Materialbalanse generell ligning, typer og trening

den materialbalanse er tellingen av komponentene som tilhører et system eller en prosess under studien. Denne balansen kan brukes nesten til hvilken som helst type system, da det antas at summen av massene av slike elementer må forbli konstant ved forskjellige målingstider.

Kan forstås som en komponent marmor, bakterier, dyr, logger, ingredienser for en kake; og i tilfelle av kjemi, molekyler eller ioner, eller mer spesifikt forbindelser eller stoffer. Så må den totale massen av molekylene som kommer inn i et system, med eller uten kjemisk reaksjon, forblir konstant; så lenge det ikke er noen lekkasje tap.

I praksis er det utallige problemer som kan påvirke saksbalansen, i tillegg til å ta hensyn til ulike fenomener og effekten av mange variabler (temperatur, trykk, strømning, agitasjon, reaktorstørrelse etc.).

På papir må imidlertid beregningene av materialbalansen sammenfalle; det vil si at massen av kjemiske forbindelser ikke må forsvinne når som helst. Å gjøre denne balansen er analog med å sette en haug av bergarter i balanse. Hvis en av massene kommer ut av sted, faller alt fra hverandre; i dette tilfellet vil det bety at beregningene er feil.

index

• 1 Generell ligning av materialbalanse
  • 1.1 Forenkling
  • 1.2 Eksempel på bruk: fisk i elva
• 2 typer
  • 2.1 Differensiell balanse
  • 2.2 Omfattende balanse
• 3 prøveøvelse
• 4 referanser

Generell ligning av materialbalanse

I hvilket som helst system eller prosess bør defineres først hva er deres grenser. Fra dem vil det være kjent hvilke forbindelser som kommer inn eller ut. Det er praktisk å gjøre det, spesielt hvis det er flere prosessprosesser å vurdere. Når alle enhetene eller delsystemene vurderes, diskuteres en generell materialbalanse.

Denne balansen er en ligning som kan anvendes på et hvilket som helst system som er i samsvar med loven om bevaring av masse. Ligningen er følgende:

E + G - S - C = A

Hvor E er mengden materie som trer til systemet; G er det som er genererer hvis det skjer en kjemisk reaksjon i prosessen (som i en reaktor); S er hva blader av systemet; C er hva som er forbruker, igjen, hvis det er en reaksjon; og til slutt er A hva du akkumulerer.

forenkling

Hvis det i systemet eller prosessen blir studert, er det ingen kjemisk reaksjon, G og C er verdt null. Dermed forblir ligningen som:

E - S = A

Hvis systemet også anses å være i stasjonær tilstand, uten vesentlige endringer i variablene eller strømmen av komponentene, sies det at ingenting samler seg i sitt indre. Derfor er A null, og ligningen slutter å bli forenklet videre:

E = S

Det vil si at mengden materiale som kommer inn, er lik mengden som kommer ut. Ingenting kan gå tapt eller forsvinne.

På den annen side, hvis det er en kjemisk reaksjon, men systemet er i stasjonær 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 innkommende reagenser og produktene de genererer i den, lik massen av produktene og reagensene som kommer ut, og til reagensene som forbrukes.

Eksempel på bruk: fisk i elva

Anta at du studerer antall fisk i en elv, hvis banker kommer til å representere grensen til systemet. Det er kjent at i gjennomsnitt inntar 568 fisk per år, 424 er født (generert), 353 dør (forbruker) og 236 migrerer eller forlater.

Ved å bruke den generelle ligningen har vi:

568 + 424 - 353 - 236 = 403

Dette betyr at 403 fisk per år samles i elva; det vil si, per år er elven beriket mer fisk. Hvis A hadde en negativ verdi, ville det bety at antall fisk reduseres, kanskje til negative miljøpåvirkninger.

typen

Fra den generelle ligningen kan man tenke at det er fire ligninger for ulike typer kjemiske prosesser. Materialbalansen er imidlertid delt inn i to typer i henhold til et annet kriterium: tid.

Differensiell balanse

I differensialmaterialebalansen har du mengden av komponentene i et system på et gitt tidspunkt eller øyeblikk. Disse massemengder uttrykkes med tidsenheter, og representerer derfor hastigheter; for eksempel Kg / h, som angir hvor mange kilometer som kommer inn, forlater, akkumulerer, genererer eller forbruker om en time.

For å få massestrømmer (eller volumetrisk tetthet med hånden), skal systemet generelt være åpen.

Integral balanse

Når systemet er lukket, som skjer med reaksjonene utført i intermitterende reaktorer (batchtype), er massene av komponentene som regel mer interessante før og etter prosessen; det vil si mellom innledende og sluttider t.

Derfor er mengder uttrykt som bare masse og ikke hastigheter. Denne typen balanse gjøres mentalt når du bruker en blender: massen av ingrediensene som kommer inn må være lik det som gjenstår etter å ha slått av motoren.

Eksempel øvelse

Det er ønskelig å fortynne en strøm av en 25% metanoloppløsning i vann, med en annen konsentrasjon på 10%, fortynnet på en slik måte at 100 kg / h av en 17% metanolløsning oppnås. Hvor mye av begge metanolløsninger, ved 25 og 10%, skal gå inn i systemet per time for å oppnå dette? Anta at systemet er i steady state

Følgende diagram illustrerer setningen:

Det er ingen kjemisk reaksjon, så mengden metanol som kommer inn må være lik den som kommer ut:

E_metanol = S_metanol

0,25 n₁^· + 0,10 n₂^· = 0,17 n₃^·

Bare verdien av n er kjent₃^·. Resten er ukjente. For å løse denne ligningen av to ukjente, er det nødvendig med en annen balanse: vannets. Deretter gjør du den samme balansen for vann du har:

0,75 n₁^· + 0,90 n₂^· = 0,83 n₃^·

Verdien av n er ryddet for vann₁^· (kan også være n₂^·):

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

Erstatter da n₁^· i ligningen av materialbalanse for metanol, og løse for₂^· du har:

0,25 [(83 kg / h - 0,90n₂^·) / (0,75)] + 0,10 n₂^· = 0,17 (100 kg / h)

n₂^· = 53,33 kg / h

Og for å få n₁^· bare trekke fra:

n₁^· = (100-53,33) Kg / h

= 46,67 kg / h

Derfor må per time inn i systemet 46,67 kg 25% metanolløsning og 53,33 kg av 10% løsningen.

referanser

1. Felder og Rousseau. (2000). Elementære prinsipper for kjemiske prosesser. (Andre utgave.). Addison Wesley.
2. Fernández Germán. (20. oktober 2012). Definisjon av materialbalanse. Gjenopprettet fra: industriaquimica.net
3. Materielle saldo: industrielle prosesser I. [PDF]. Hentet fra: 3.fi.mdp.edu.ar
4. UNT Regional School La Plata. (N.d.). Balanse av saken. [PDF]. Hentet fra: frlp.utn.edu.ar
5. Gómez Claudia S. Quintero. (N.d.). Balanse av saken. [PDF]. Hentet fra: webdelprofesor.ula.ve