- Generel ligning af massebalance
- Forenkling
- Eksempel på brug: fisk i floden
- typer
- Differentialbalance
- Omfattende balance
- Eksempel øvelse
- Referencer
Materialet balance er optællingen af de komponenter, der hører til et system eller proces, der undersøges. Denne balance kan anvendes på næsten enhver type system, da det antages, at summen af masserne af sådanne elementer skal forblive konstant på forskellige målingstider.
Komponenten kan forstås som marmor, bakterier, dyr, træstammer, ingredienser til en kage; og i tilfælde af kemi, molekyler eller ioner eller mere specifikt forbindelser eller stoffer. Så den samlede masse af molekylerne, der kommer ind i et system, med eller uden en kemisk reaktion, skal forblive konstant; så længe der ikke er lækagetab.
Stenbunke: et bogstaveligt eksempel på afbalanceret stof. Kilde: Pxhere.
I praksis er der utallige problemer, der kan påvirke stoffets balance, ud over at tage hensyn til forskellige fænomener af stof og effekten af mange variabler (temperatur, tryk, strømning, omrøring, reaktorens størrelse osv.).
På papiret skal imidlertid massebalanceberegningerne stemme overens; det vil sige, massen af de kemiske forbindelser må ikke forsvinde på noget tidspunkt. At tage denne balance er analogt med at afbalancere en bunke klipper. Hvis en af masserne kommer ud af sin plads, falder alt fra hinanden; i dette tilfælde ville det betyde, at beregningerne er forkerte.
Generel ligning af massebalance
I ethvert system eller proces skal det først defineres, hvad dets grænser er. Fra dem vil det være kendt, hvilke forbindelser der kommer ind eller forlader. Dette er især praktisk, hvis der er flere procesenheder, der skal overvejes. Når alle enheder eller undersystemer overvejes, taler vi om en generel massebalance.
Denne balance har en ligning, som kan anvendes på ethvert system, der adlyder loven om bevarelse af masse. Ligningen er som følger:
E + G - S - C = A
Hvor E er den mængde stof, der kommer ind i systemet; G er hvad der genereres, hvis der opstår en kemisk reaktion i processen (som i en reaktor); S er det, der kommer ud af systemet; C er det, der forbruges igen, hvis der er en reaktion; og til sidst A er det, der er akkumuleret.
Forenkling
Hvis der ikke er nogen kemisk reaktion i systemet eller processen, der undersøges, er G og C værd nul. Ligningen ser således ud:
E - S = A
Hvis systemet også betragtes i en stabil tilstand uden mærkbare ændringer i komponenternes variabler eller strømme, siges det, at der ikke akkumuleres noget inde i det. Derfor er A værd nul, og ligningen ender med at forenkle yderligere:
E = S
Med andre ord er mængden af stof, der kommer ind, lig med den, der forlader. Intet kan gå tabt eller forsvinde.
På den anden side, hvis der er en kemisk reaktion, men systemet er i en stabil tilstand, vil G og C have værdier, og A vil forblive nul:
E + G - S - C = 0
E + G = S + C
Det betyder, at i en reaktor er massen af de reagenser, der kommer ind, og af de produkter, de genererer i, lig med massen af de produkter og reagenser, der forlader, og af de forbrugte reagenser.
Eksempel på brug: fisk i floden
Antag, at du studerer antallet af fisk i en flod, hvis bredder repræsenterer systemets grænse. Det vides, at gennemsnitligt kommer 568 fisk ind om året, 424 fødes (genererer), 353 dør (forbruger) og 236 vandrer eller forlader.
Anvendelse af den generelle ligning, som vi har:
568 + 424 - 353 - 236 = 403
Det betyder, at der hvert år samles 403 fisk i floden; det vil sige, at floden bliver rigere med fisk pr. år. Hvis A havde en negativ værdi, ville det betyde, at antallet af fisk falder, måske på grund af negative miljøpåvirkninger.
typer
Fra den generelle ligning kan man tro, at der er fire ligninger for forskellige typer kemiske processer. Massebalancen er dog opdelt i to typer efter et andet kriterium: tid.
Differentialbalance
I den differentielle materialebalance har vi mængden af komponenterne i et system på et givet tidspunkt eller tidspunkt. Nævnte massemængder udtrykkes i tidsenheder og repræsenterer derfor hastigheder; for eksempel Kg / h, der angiver, hvor mange kilometer der kommer ind, forlader, akkumulerer, genererer eller forbruger på en time.
For at der skal være massestrømme (eller volumetrisk med densitet ved hånden), skal systemet generelt være åbent.
Omfattende balance
Når systemet er lukket, som det sker med reaktionerne, der udføres i intermitterende reaktorer (batchtype), er masserne af dets komponenter normalt mere interessante før og efter processen; det vil sige mellem de første og sidste tid t.
Derfor udtrykkes mængder som blot masser og ikke hastigheder. Denne type balance skabes mentalt, når du bruger en blender: massen af ingredienserne, der kommer ind, skal være lig den, der er tilbage, efter at motoren er slukket.
Eksempel øvelse
Det ønskes at fortynde en strøm af en 25% methanolopløsning i vand med en anden med en koncentration på 10%, mere fortyndet, på en sådan måde, at der dannes 100 kg / h af en 17% methanolopløsning. Hvor meget af både 25% og 10% methanolopløsninger skal ind i systemet per time for at opnå dette? Antag, at systemet er i stabil tilstand
Følgende diagram illustrerer udsagnet:
Flowdiagram for massebalancen for fortynding af methanolopløsningen. Kilde: Gabriel Bolívar.
Der er ingen kemisk reaktion, så mængden af methanol, der kommer ind, skal være lig med den mængde, der forlader:
E Methanol = S Methanol
0,25 n 1 · + 0,10 n 2 · = 0,17 n 3 ·
Kun værdien af n 3 · er kendt. Resten er ukendte. For at løse denne ligning af to ukendte er en anden balance nødvendig: vand. At skabe den samme balance for vand, har vi:
0,75 n 1 · + 0,90 n 2 · = 0,83 n 3 ·
Værdien af n 1 · løses for vand (det kan også være n 2 ·):
n 1 · = (83 kg / h - 0.90n 2 ·) / (0,75)
Ved at substituere derefter n 1 · i massebalance ligningen for methanol og løse for n 2 · har vi:
0,25 + 0,10 n 2 · = 0,17 (100 kg / h)
n 2 · = 53,33 kg / h
Og for n 1 · trække blot:
n 1 · = (100- 53.33) Kg / h
= 46,67 kg / h
Derfor skal 46,67 kg 25% methanolopløsning og 53,33 kg 10% opløsning pr. Time komme ind i systemet.
Referencer
- Felder og Rousseau. (2000). Grundlæggende principper for kemiske processer. (Anden version.). Addison Wesley.
- Fernández Germán. (20. oktober 2012). Definition af massebalance. Gendannes fra: industriaquimica.net
- Materialebalancer: industrielle processer I. Gendannes fra: 3.fi.mdp.edu.ar
- UNT Regional College La Plata. (Sf). Materiel balance.. Gendannes fra: frlp.utn.edu.ar
- Gómez Claudia S. Quintero. (Sf). Materialevægte.. Gendannes fra: webdelprofesor.ula.ve