Anyagegyensúly általános egyenlet, típusok és gyakorlat



az anyagi egyensúly a vizsgált rendszerbe vagy folyamatba tartozó komponensek számlálása. Ezt az egyensúlyt szinte bármilyen típusú rendszerre lehet alkalmazni, mivel feltételezzük, hogy az ilyen elemek tömegének összege változatlan marad a mérések különböző időpontjaiban..

Úgy tekinthető, mint egy komponens golyók, baktériumok, állatok, naplók, sütemény összetevők; kémia, molekulák vagy ionok, vagy konkrétabban vegyületek vagy anyagok esetében. Ezután a rendszerbe belépő, kémiai reakcióval vagy anélkül belépő molekulák teljes tömegének állandónak kell maradnia; mindaddig, amíg nincs szivárgási veszteség.

A gyakorlatban számtalan probléma merül fel, amelyek befolyásolhatják az anyag egyensúlyát, továbbá figyelembe veszik az anyag különböző jelenségeit és számos változó hatását (hőmérséklet, nyomás, áramlás, keverés, reaktor mérete stb.)..

Papíron azonban az anyagegyenleg számításainak egybe kell esniük; azaz a kémiai vegyületek tömege semmiképpen nem tűnik el. Ennek az egyensúlynak a megteremtése analóg a halom kövek kiegyensúlyozásával. Ha az egyik tömeg elhagyja a helyét, minden szétesik; ebben az esetben ez azt jelenti, hogy a számítások tévesek.

index

  • 1 Az anyagmérleg általános egyenlete
    • 1.1 Egyszerűsítés
    • 1.2 Példa annak használatára: hal a folyóban
  • 2 típus
    • 2.1
    • 2.2 Átfogó egyensúly
  • 3 Minta gyakorlat
  • 4 Referenciák

Az anyagmérleg általános egyenlete

Bármely rendszerben vagy folyamatban először meg kell határozni, hogy milyen határaik vannak. Ezekből ismert lesz, hogy mely vegyületek jönnek be vagy kilépnek. Kényelmes megtenni, különösen, ha több folyamategység van. Amikor az összes egységet vagy alrendszert figyelembe vesszük, akkor egy általános anyagmérleget tárgyalunk.

Ez az egyensúly olyan egyenletet tartalmaz, amely minden olyan rendszerre alkalmazható, amely betartja a tömegmegőrzési törvényt. Az egyenlet a következő:

E + G - S - C = A

Ahol E az anyag mennyisége belép a rendszerbe; G mi az generál ha a folyamatban kémiai reakció lép fel (mint egy reaktorban); S mi az levelek a rendszer; C mi az fogyaszt, ismét, ha van reakció; és végül, A az, amit te felhalmozódik.

egyszerűsítés

Ha a vizsgált rendszerben vagy folyamatban nincs kémiai reakció, G és C értéke nulla. Így az egyenlet így marad:

E - S = A

Ha a rendszert stacionárius állapotban is tartják, anélkül, hogy észrevehető változások történnének a komponensek változóiban vagy áramlásában, akkor azt mondják, hogy semmi sem halmozódik fel belsejében. Ezért az A nulla, és az egyenlet tovább egyszerűsödik:

E = S

Ez azt jelenti, hogy a belépő anyag mennyisége megegyezik a kijövő mennyiséggel. Semmi sem elveszhet vagy eltűnik.

Másrészt, ha van egy kémiai reakció, de a rendszer helyhez kötött állapotban van, G és C értékek lesznek, és A nulla:

E + G - S - C = 0

E + G = S + C

Ez azt jelenti, hogy a reaktorban a bejövő reagensek és a benne előállított termékek tömege megegyezik a kiáramló termékek és reagensek tömegével, valamint az elfogyasztott reagensekkel..

Példa annak használatára: hal a folyóban

Tegyük fel, hogy a folyó halak számát tanulmányozza, amelynek bankjai a rendszer határait képviselik. Ismert, hogy évente átlagosan 568 hal belép, 424 születik (generálva), 353 die (fogyaszt), és 236 vándorol vagy távozik.

Az általános egyenlet alkalmazása esetén:

568 + 424 - 353 - 236 = 403

Ez azt jelenti, hogy évente 403 hal halmozódik fel a folyón; azaz a folyó évente több halat gazdagít. Ha az A-nak negatív értéke lenne, akkor a halak száma csökken, talán negatív környezeti hatásokkal.

típus

Az általános egyenletből azt gondolhatjuk, hogy négyféle egyenlet létezik a különböző típusú kémiai folyamatokra. Az anyagmérleg azonban egy másik kritérium szerint két típusra oszlik: idő.

Differenciál egyensúly

A differenciált anyagmérlegben a rendszerben lévő komponensek mennyisége egy adott időpontban vagy pillanatban van. Az említett tömegmennyiségeket időegységekkel fejezzük ki, és ezért a sebességeket képviselik; például Kg / h, jelezve, hogy egy kilométeren belül hány kilométer van belépve, elhagyva, felhalmozva, generálva vagy fogyasztva.

Ahhoz, hogy a tömeg (vagy volumetrikus, sűrűségű legyen) áramlásokkal járjon, a rendszernek általában nyitottnak kell lennie.

Integrált egyensúly

Amikor a rendszer zárt állapotban van, mint ahogy az a szakaszos reaktorokban végrehajtott reakcióknál (kötegelt típus), az összetevőinek tömege általában érdekesebb a folyamat előtt és után; azaz a kezdeti és a végső idők között t.

Ezért a mennyiségeket pusztán tömegben és nem sebességben fejezzük ki. Ez a fajta egyensúly a keverő használatakor mentálisan történik: a belépő összetevők tömegének meg kell egyeznie azzal, ami a motor kikapcsolása után maradt..

Példa gyakorlat

Kívánatos, hogy egy 25% -os metanolos oldat áramlását vízben hígítsuk, egy másik, 10% -os koncentrációjú oldattal, oly módon, hogy 100 kg / óra 17% -os metanolos oldatot kapjunk. Hány metanolos oldat, 25 és 10% között, óránként be kell lépnie a rendszerbe? Tegyük fel, hogy a rendszer stabil állapotban van

A következő ábra példát mutat be:

Nincs kémiai reakció, így a belépő metanol mennyiségének meg kell egyeznie azzal, ami a következő:

Emetanol = Smetanol

0,25 n1· + 0,10 n2· = 0,17 n3·

Csak az n értéke ismert3·. A többi ismeretlen. E két ismeretlen egyenlet megoldásához egy másik egyensúlyra van szükség: a vízre. Ezután egyenlő egyensúlyt ad a vízben:

0,75 n1· + 0,90 n2· = 0,83 n3·

Az n értékét a víz kiüríti1· (lehet n2·):

n1· = (83 kg / óra - 0,90 n2·) / (0,75)

Helyettesítő, majd n1· a metanol anyagegyenlegének egyenletében, és a megoldáshoz2· van:

0,25 [(83 kg / óra - 0,90n)2·) / (0,75) + 0,10 n2· = 0,17 (100 kg / óra)

n2· = 53,33 kg / óra

És hogy n1· egyszerűen vonja le:

n1· = (100-53,33) kg / óra

= 46,67 kg / óra

Ezért óránként 46,67 kg 25% -os metanol-oldatot és 53,33 kg 10% -os oldatot kell beadni a rendszerbe..

referenciák

  1. Felder és Rousseau. (2000). A kémiai folyamatok alapelvei. (Második kiadás.). Addison Wesley.
  2. Fernández Germán. (2012. október 20.). Az anyagmérleg meghatározása. Helyreállítás: industriaquimica.net
  3. Anyagegyenlegek: ipari folyamatok I. [PDF]. A lap eredeti címe: 3.fi.mdp.edu.ar
  4. UNT Regionális Iskola La Plata. (N.d.). Az anyag egyensúlya. [PDF]. Lap forrása: frlp.utn.edu.ar
  5. Gómez Claudia S. Quintero. (N.d.). Az anyag egyensúlya. [PDF]. Lap forrása: webdelprofesor.ula.ve