Materialbalans allmänna ekvation, typer och träning



den materialbalans är räkningen av de komponenter som hör till ett system eller en process som studeras. Denna balans kan tillämpas nästan på vilken typ av system som helst, eftersom det antas att summan av massorna av sådana element måste förbli konstanta vid olika mättider.

Kan förstås som en komponentmarmor, bakterier, djur, stockar, ingredienser för en tårta; och i fråga om kemi, molekyler eller joner, eller mer specifikt föreningar eller substanser. Därefter måste den totala massan av molekylerna som kommer in i ett system, med eller utan kemisk reaktion, förbli konstant; så länge som det inte finns några läckageförluster.

I praktiken många problem som kan påverka materialbalansen, förutom att du måste ta hänsyn till olika fenomen av materia och effekten av många variabler (temperatur, tryck, flöde, agitation, reaktorstorlek, etc.) presenteras.

På papper måste dock beräkningarna av materialbalansen sammanfalla det vill säga massan av de kemiska föreningarna får inte försvinner när som helst. Att göra denna balans är analog med att lägga en hög med stenar i balans. Om en av massorna kommer ur sin plats faller allt ifrån varandra; i det här fallet skulle det innebära att beräkningarna är felaktiga.

index

  • 1 Allmän ekvation av materialbalans
    • 1.1 Förenkling
    • 1.2 Exempel på användning: fisk i floden
  • 2 typer
    • 2.1 Differensiell balans
    • 2.2 Omfattande balans
  • 3 Provövning
  • 4 referenser

Allmän ekvation av materialbalans

I vilken som helst system eller process bör definieras först vad är deras gränser. Från dem kommer det att vara känt vilka föreningar som kommer in eller ut. Det är bekvämt att göra det, särskilt om det finns flera processer att överväga. När alla enheter eller delsystem beaktas, diskuteras en allmän materialbalans.

Denna balans har en ekvation som kan tillämpas på alla system som lyder i lagen om bevarande av massa. Ekvationen är följande:

E + G - S - C = A

Där E är mängden materia som inträder till systemet; G är vad som är genererar om en kemisk reaktion sker i processen (som i en reaktor); S är vad löv av systemet; C är vad som är konsumera, igen, om det finns en reaktion; och äntligen är A vad du ackumulerar.

förenkling

Om det i systemet eller processen som studeras finns ingen kemisk reaktion, är G och C värda noll. Således förblir ekvationen som:

E-S = A

Om systemet också anses vara i ett stationärt tillstånd, utan märkbara förändringar i variablerna eller flödena av komponenterna, sägs att inget ackumuleras i dess inre. Därför är A noll, och ekvationen slutar förenklas ytterligare:

E = S

Det vill säga mängden material som går in är lika med det belopp som kommer ut. Ingenting kan gå vilse eller försvinna.

Å andra sidan, om det finns en kemisk reaktion, men systemet är i ett stationärt tillstånd, kommer G och C att ha värden och A kommer att förbli noll:

E + G - S - C = 0

E + G = S + C

Vilket innebär att en reaktor massa av reagenser kommer in i och produkter som genereras däri, är lika med massan av reaktanter och produkter som lämnar, och reagens som förbrukas.

Exempel på användningen: fisk i floden

Antag att du studerar antalet fiskar i en flod, vars banker kommer att representera gränsen för systemet. Det är känt att i genomsnitt 568 fisk går in per år, 424 är födda (genererade), 353 dör (konsumerar) och 236 migrerar eller lämnar.

Användning av den allmänna ekvationen då har vi:

568 + 424 - 353 - 236 = 403

Detta innebär att 403 fiskar per år ackumuleras i floden. det vill säga, per år är floden berikad mer fisk. Om A hade ett negativt värde skulle det innebära att antalet fisk minskar, kanske till negativa miljöpåverkan.

Typ

Från den allmänna ekvationen kan man tro att det finns fyra ekvationer för olika typer av kemiska processer. Materialbalansen är emellertid uppdelad i två typer enligt ett annat kriterium: tid.

Differensiell balans

I differentialmaterialbalansen har du kvantiteten av komponenterna inom ett system vid en given tidpunkt eller ett ögonblick. Nämnda masskvantiteter uttrycks med tidsenheter och representerar därför hastigheter; till exempel, kg / h, vilket indikerar hur många kilometer enter, utgång, ackumuleras, generera eller konsumera på en timme.

För att det ska vara massa (eller volymetrisk, med densitet vid handen) ska systemet normalt vara öppet.

Integrerad balans

När systemet stängs, som händer med reaktionerna som utförs i intermittenta reaktorer (satsart), är massorna av dess komponenter vanligtvis mer intressanta före och efter processen; det vill säga mellan inledande och sista tiderna t.

Mängder uttrycks därför som enbart massor och inte hastigheter. Denna typ av balans görs mentalt vid användning av en blender: massan av ingredienserna som kommer in måste vara lika med vad som återstår efter att ha stängt av motorn.

Exempel övning

Det är önskvärt att späda ut ett flöde av en 25% metanollösning i vatten, med en annan koncentration av 10% mer utspädd, på så sätt att 100 kg / h av en 17% metanollösning alstras. Hur mycket av båda metanollösningarna, vid 25 och 10%, ska komma in i systemet per timme för att uppnå detta? Antag att systemet är i stadigt tillstånd

Följande diagram exemplifierar uttalandet:

Det finns ingen kemisk reaktion, så mängden metanol som kommer in måste vara lika med den som kommer ut:

Emetanol = Smetanol

0,25 n1· + 0,10 n2· = 0,17 n3·

Endast värdet av n är känt3·. Resten är okända. För att lösa denna ekvation av två okända, behövs en annan balans: vattenets. Sedan gör du samma balans för vatten du har:

0,75 n1· + 0,90 n2· = 0,83 n3·

Värdet på n rensas för vatten1· (kan också vara n2·):

n1· = (83 kg / h - 0,90n2·) / (0,75)

Ersätt då n1· i ekvationen av materialbalans för metanol och lösa för2· du har:

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

n2· = 53,33 kg / h

Och för att få n1· helt enkelt subtrahera:

n1· = (100-53,33) Kg / h

= 46,67 kg / h

Därför, per timme måste komma in i systemet 46,67 kg av metanollösning 25% och 53,33 kg av 10% lösning.

referenser

  1. Felder och Rousseau. (2000). Grundläggande principer för kemiska processer. (Andra upplagan.). Addison Wesley.
  2. Fernández Germán. (20 oktober 2012). Definition av materialbalans. Återställd från: industriaquimica.net
  3. Mängdsbalanser: industriella processer I. [PDF]. Hämtad från: 3.fi.mdp.edu.ar
  4. UNT Regional School La Plata. (N.D.). Mässans balans. [PDF]. Hämtad från: frlp.utn.edu.ar
  5. Gómez Claudia S. Quintero. (N.D.). Mässans balans. [PDF]. Hämtad från: webdelprofesor.ula.ve