- Generell ligning av massebalanse
- forenkling
- Eksempel på bruk: fisk i elva
- typer
- Differensiell balanse
- Omfattende balanse
- Eksempel trening
- referanser
Materialet Balansen er tellingen av komponentene som tilhører et system eller en fremgangsmåte som studeres. Denne balansen kan brukes på nesten alle typer system, siden det antas at summen av massene til slike elementer må forbli konstant på forskjellige målingstider.
Komponenten kan forstås som klinkekuler, bakterier, dyr, tømmerstokker, ingredienser til en kake; og i tilfelle kjemi, molekyler eller ioner, eller mer spesifikt forbindelser eller stoffer. Så den totale massen av molekylene som kommer inn i et system, med eller uten en kjemisk reaksjon, må forbli konstant; så lenge det ikke er lekkasjetap.
Fjellhaug: et bokstavelig eksempel på balansert materie. Kilde: Pxhere.
I praksis er det utallige problemer som kan påvirke stoffets balanse, i tillegg til å ta hensyn til forskjellige fenomener av materie og effekten av mange variabler (temperatur, trykk, flyt, agitasjon, størrelse på reaktoren, etc.).
På papiret må imidlertid massebalanseberegningene stemme overens; det vil si at massen av de kjemiske forbindelsene ikke må forsvinne på noe tidspunkt. Å ta denne balansen er analogt med å balansere en haug med bergarter. Hvis en av massene blir malplassert, faller alt fra hverandre; i dette tilfellet vil det bety at beregningene er feil.
Generell ligning av massebalanse
I ethvert system eller prosess, må det først defineres hva dets grenser er. Fra dem vil det være kjent hvilke forbindelser som kommer inn eller forlater. Dette er spesielt praktisk hvis det er flere prosessenheter å vurdere. Når alle enheter eller undersystemer blir vurdert, snakker vi om en generell massebalanse.
Denne balansen har en ligning, som kan brukes på ethvert system som adlyder loven om bevaring av masse. Ligningen er som følger:
E + G - S - C = A
Hvor E er mengden materie som kommer inn i systemet; G er det som genereres hvis det oppstår en kjemisk reaksjon i prosessen (som i en reaktor); S er det som kommer ut av systemet; C er det som konsumeres , igjen, hvis det er en reaksjon; og til slutt, A er det som akkumuleres .
forenkling
Hvis det ikke er noen kjemisk reaksjon i systemet eller prosessen som studeres, er G og C verdt null. Således ser ligningen ut:
E - S = A
Hvis systemet også vurderes i jevn tilstand, uten nevneverdige endringer i variablene eller strømningene til komponentene, sies det at det ikke samler seg noe inni det. Derfor er A verdt null, og ligningen ender opp med å forenkle ytterligere:
E = S
Med andre ord, mengden materie som kommer inn er lik den som forlater. Ingenting kan gå tapt eller forsvinne.
På den annen side, hvis det er en kjemisk reaksjon, men systemet er i jevn tilstand, vil G og C ha verdier og A vil forbli null:
E + G - S - C = 0
E + G = S + C
Det betyr at i en reaktor er massen av reagensene som kommer inn og av produktene som de genererer i den, lik massen til produktene og reagensene som går igjen, og av reagensene som forbrukes.
Eksempel på bruk: fisk i elva
Anta at du studerer antall fisk i en elv, hvis bredder kommer til å representere grensen for systemet. Det er kjent at gjennomsnittlig 568 fisk kommer inn per år, 424 fødes (genererer), 353 dør (konsumerer) og 236 vandrer eller forlater.
Bruke den generelle ligningen vi har da:
568 + 424 - 353 - 236 = 403
Dette betyr at det årlig samles 403 fisk i elven; det vil si at elva blir rikere med fisk per år. Hvis A hadde en negativ verdi, ville det bety at antall fisk synker, kanskje på grunn av negative miljøpåvirkninger.
typer
Fra den generelle ligningen kan man tro at det er fire ligninger for forskjellige typer kjemiske prosesser. Massebalansen er imidlertid delt i to typer etter et annet kriterium: tid.
Differensiell balanse
I den differensielle materialbalansen har vi mengden av komponentene i et system på et gitt tidspunkt eller tidspunkt. Nevnte massemengder er uttrykt i tidsenheter og representerer derfor hastigheter; for eksempel Kg / h, som indikerer hvor mange kilometer som kommer inn, forlater, akkumulerer, genererer eller forbruker i løpet av en time.
For at det skal være massestrømmer (eller volumetriske, med tettheten for hånden), må systemet generelt være åpent.
Omfattende balanse
Når systemet er lukket, som skjer med reaksjonene som er utført i intermitterende reaktorer (batchtype), er massene av komponentene vanligvis mer interessante før og etter prosessen; det vil si mellom start- og sluttidspunktet t.
Derfor uttrykkes mengder som bare masser og ikke hastigheter. Denne typen balanse lages mentalt når du bruker en blender: massen av ingrediensene som kommer inn må være lik den som er igjen etter å ha slått av motoren.
Eksempel trening
Det er ønsket å fortynne en strømning av en 25% metanoloppløsning i vann, med en annen med en 10% konsentrasjon, mer fortynnet, på en slik måte at 100 kg / t av en 17% metanoloppløsning genereres. Hvor mye av både 25% og 10% metanoloppløsninger må inn i systemet per time for å oppnå dette? Anta at systemet er i jevn tilstand
Følgende diagram illustrerer utsagnet:
Flowdiagram for massebalansen i fortynningen av metanoloppløsningen. Kilde: Gabriel Bolívar.
Det er ingen kjemisk reaksjon, så mengden metanol som kommer inn må være lik mengden som går igjen:
E metanol = S metanol
0,25 n 1 · + 0,10 n 2 · = 0,17 n 3 ·
Bare verdien av n 3 · er kjent . Resten er ukjente. For å løse denne ligningen av to ukjente, trengs en annen balanse: vannmassen. Å gjøre den samme balansen for vann, har vi:
0,75 n 1 · + 0,90 n 2 · = 0,83 n 3 ·
Verdien av n 1 · løses for vann (det kan også være n 2 · ):
n 1 · = (83 kg / t - 0,90n 2 · ) / (0,75)
Ved å erstatte deretter n 1 · i massebalanseligningen for metanol, og løse for n 2 · har vi:
0,25 + 0,10 n 2 · 0,17 (100 kg / t)
n 2 · = 53,33 kg / t
Og for n 1 · bare trekke fra:
n 1 · = (100- 53.33) Kg / h
= 46,67 kg / t
Derfor må 46,67 kg 25% metanoloppløsning og 53,33 kg 10% løsning inn i systemet per time.
referanser
- Felder og Rousseau. (2000). Elementære prinsipper for kjemiske prosesser. (Andre utgave.). Addison Wesley.
- Fernández Germán. (20. oktober 2012). Definisjon av massebalanse. Gjenopprettet fra: industriaquimica.net
- Materialebalanser: industrielle prosesser I .. Gjenopprettet fra: 3.fi.mdp.edu.ar
- UNT Regional College La Plata. (SF). Materiell balanse. . Gjenopprettet fra: frlp.utn.edu.ar
- Gómez Claudia S. Quintero. (SF). Materialbalanser. . Gjenopprettet fra: webdelprofesor.ula.ve