- Splošna enačba masne bilance
- Poenostavitev
- Primer uporabe: ribe v reki
- Vrste
- Diferencialno ravnovesje
- Celovito ravnotežje
- Primer vaje
- Reference
Materialna bilanca je število sestavnih delov, ki spadajo v preiskovani sistem ali postopek. To ravnovesje je mogoče uporabiti za skoraj vse vrste sistemov, saj se domneva, da mora vsota mas takšnih elementov v različnih merilnih časih ostati konstantna.
Sestavni del je mogoče razumeti kot marmor, bakterije, živali, hlode, sestavine za torto; in v primeru kemije, molekul ali ionov ali natančneje spojin ali snovi. Torej mora skupna masa molekul, ki vstopajo v sistem, s kemično reakcijo ali brez nje, ostati nespremenjena; dokler ni izgub zaradi uhajanja.
Rock skala: dobeseden primer uravnotežene snovi. Vir: Pxhere.
V praksi je nešteto težav, ki lahko vplivajo na ravnovesje snovi, poleg tega, da upoštevamo različne pojave materije in učinek številnih spremenljivk (temperatura, tlak, pretok, vznemirjenost, velikost reaktorja itd.).
Na papirju pa se morajo izračuni masne bilance ujemati; to pomeni, da masa kemičnih spojin ne sme nikoli izginiti. To ravnovesje je analogno uravnavanju kupa kamnin. Če se katera od množic umakne, vse razpade; v tem primeru bi to pomenilo, da so izračuni napačni.
Splošna enačba masne bilance
V katerem koli sistemu ali postopku je treba najprej določiti, kakšne so njegove meje. Iz njih bo znano, katere spojine vstopijo ali zapustijo. To je še posebej priročno, če je treba upoštevati več procesnih enot. Če upoštevamo vse enote ali podsisteme, potem govorimo o splošnem masnem ravnovesju.
To tehtnica ima enačbo, ki jo je mogoče uporabiti v katerem koli sistemu, ki upošteva zakon ohranjanja mase. Enačba je naslednja:
E + G - S - C = A
Kjer je E količina snovi, ki vstopi v sistem; G je tisto, kar nastane, če pride do kemične reakcije (kot v reaktorju); S je tisto, kar izhaja iz sistema; C je tisto, kar zaužijemo , če pride do reakcije; in na koncu je A nabrano .
Poenostavitev
Če v preiskovanem sistemu ali postopku ni kemijske reakcije, sta G in C vredna nič. Tako je enačba videti:
E - S = A
Če sistem štejemo tudi v enakomerno stanje, brez opaznih sprememb spremenljivk ali pretokov komponent, se reče, da se v njem nič ne nabira. Zato je A vreden nič in enačba se na koncu še poenostavi:
E = S
Z drugimi besedami, količina snovi, ki jo vstopa, je enaka količini, ki jo vstopi. Nič ne more izgubiti ali izginiti.
Po drugi strani pa, če pride do kemične reakcije, vendar je sistem v enakomernem stanju, imata G in C vrednosti, A pa bo ostala nič:
E + G - S - C = 0
E + G = S + C
Pomeni, da je masa reaktorjev, ki vstopajo, in proizvodov, ki jih v njem ustvarijo, v reaktorju enaka masi produktov in reagentov, ki ostanejo, in porabljenih reagentov.
Primer uporabe: ribe v reki
Recimo, da preučujete število rib v neki reki, katerih bregovi predstavljajo mejo sistema. Znano je, da v povprečju vsako leto vstopi 568 rib, 424 se jih rodi (ustvari), 353 umre (zaužije), 236 pa se seli ali zapusti.
Nato uporabimo splošno enačbo:
568 + 424 - 353 - 236 = 403
To pomeni, da se na leto v reki nabere 403 rib; se pravi, da se reka na leto obogati z ribami. Če bi imel A negativno vrednost, bi to pomenilo, da se število rib zmanjšuje, morda zaradi negativnih vplivov na okolje.
Vrste
Iz splošne enačbe je mogoče razbrati, da obstajajo štiri enačbe za različne vrste kemičnih procesov. Vendar je masna bilanca razdeljena na dve vrsti po drugem kriteriju: čas.
Diferencialno ravnovesje
V diferencialni materialni bilanci imamo količino komponent znotraj sistema v določenem času ali trenutku. Omenjene masne količine so izražene v enotah časa in zato pomenijo hitrosti; na primer Kg / h, kar pomeni, koliko kilometrov v eni uri preide, nabere, nabere, ustvari ali porabi.
Da bi prišlo do masnih pretokov (ali volumetričnih z gostoto), mora biti sistem na splošno odprt.
Celovito ravnotežje
Ko je sistem zaprt, kot se zgodi z reakcijami v prekinitvenih reaktorjih (šaržna vrsta), so mase njegovih komponent običajno bolj in bolj zanimive pred postopkom in po njem; torej med začetnim in končnim časom t.
Zato so količine izražene kot zgolj mase in ne hitrosti. Ta vrsta ravnotežja je narejena mentalno, če uporabljate mešalnik: masa sestavljenih snovi mora biti enaka tisti, ki ostane po izklopu motorja.
Primer vaje
Zaželeno je, da se tok 25% raztopine metanola razredči v vodi z drugo 10-odstotno koncentracijo, bolj razredčeno, tako da nastane 100 Kg / h 17% raztopine metanola. Koliko 25% in 10% raztopine metanola mora v sistem vnesti v uro na uro? Predpostavimo, da je sistem v stanju mirujočega stanja
Naslednji diagram prikazuje izjavo:
Diagram toka za masno bilanco redčenja raztopine metanola. Vir: Gabriel Bolívar.
Kemične reakcije ni, zato mora biti količina vnesenega metanola enaka količini, ki jo zapusti:
E Metanol = S Metanol
0,25 n 1 · + 0,10 n 2 · = 0,17 n 3 ·
Znana je le vrednost n 3 · . Ostali so neznanci. Za rešitev te enačbe dveh neznank je potrebno drugo ravnovesje: vodo. Vzpostavimo enako ravnotežje za vodo, imamo:
0,75 n 1 · + 0,90 n 2 · = 0,83 n 3 ·
Vrednost n 1 · se reši za vodo (lahko tudi n 2 · ):
n 1 · = (83 Kg / h - 0,90n 2 · ) / (0,75)
Če enačimo z n 1 · v enačbi mase mase za metanol in rešimo za n 2 ·, imamo:
0,25 + 0,10 N 2 · = 0,17 (100 kg / h)
n 2 · = 53,33 Kg / h
In za n 1 · odštejte:
n 1 · = (100- 53,33) Kg / h
= 46,67 Kg / h
Zato mora na uro v sistem vstopiti 46,67 kg 25% raztopine metanola in 53,33 kg 10% raztopine.
Reference
- Felder in Rousseau. (2000). Elementarna načela kemijskih procesov. (Druga izdaja.). Addison Wesley.
- Fernández Germán. (20. oktober 2012). Opredelitev masnega ravnovesja. Pridobljeno: industriaquimica.net
- Materiali: industrijski procesi I. Obnovljeno od: 3.fi.mdp.edu.ar
- UNT Regional College La Plata. (sf). Materialna bilanca. . Pridobljeno: frlp.utn.edu.ar
- Gómez Claudia S. Quintero. (sf). Materialne bilance. . Pridobljeno: webdelprofesor.ula.ve