- Pangkalahatang equation ng balanse ng masa
- Pagpapasimple
- Halimbawa ng paggamit: isda sa ilog
- Mga Uri
- Pagkakaiba-iba ng balanse
- Komprehensibong balanse
- Halimbawa ng ehersisyo
- Mga Sanggunian
Ang balanse ng materyal ay ang bilang ng mga sangkap na kabilang sa isang sistema o proseso sa ilalim ng pag-aaral. Ang balanse na ito ay maaaring mailapat sa halos anumang uri ng system, dahil ipinapalagay na ang kabuuan ng masa ng naturang mga elemento ay dapat manatiling pare-pareho sa iba't ibang mga oras ng pagsukat.
Ang sangkap ay maaaring maunawaan bilang mga marmol, bakterya, hayop, log, sangkap para sa isang cake; at sa kaso ng kimika, mga molekula o ion, o mas partikular, mga compound o sangkap. Kaya ang kabuuang masa ng mga molekula na pumapasok sa isang sistema, na mayroon o walang kemikal na reaksyon, ay dapat manatiling pare-pareho; basta walang mga pagkalugi sa pagtulo.
Pile ng bato: isang literal na halimbawa ng balanseng bagay. Pinagmulan: Pxhere.
Sa pagsasagawa ay may mga hindi mabilang na mga problema na maaaring makaapekto sa balanse ng bagay, bilang karagdagan sa isinasaalang-alang ang iba't ibang mga phenomena ng bagay at ang epekto ng maraming mga variable (temperatura, presyon, daloy, pagkabalisa, laki ng reaktor, atbp.).
Sa papel, gayunpaman, ang mga pagkalkula ng balanse ng masa ay dapat tumugma; iyon ay, ang masa ng mga compound ng kemikal ay hindi dapat mawala sa anumang oras. Ang pagkuha sa balanse na ito ay magkatulad sa pagbabalanse ng isang tumpok ng mga bato. Kung ang isa sa mga masa ay mawawala sa lugar, lahat ay nahuhulog; sa kasong ito, nangangahulugang mali ang pagkalkula.
Pangkalahatang equation ng balanse ng masa
Sa anumang sistema o proseso, dapat munang tukuyin kung ano ang mga hangganan nito. Mula sa kanila, malalaman kung aling mga compound ang pumapasok o umalis. Ito ay lalong maginhawa kung mayroong maraming mga yunit ng proseso upang isaalang-alang. Kung ang lahat ng mga yunit o subsystem ay isinasaalang-alang, pagkatapos ay nagsasalita kami ng isang pangkalahatang balanse ng masa.
Ang balanse na ito ay may isang equation, na maaaring mailapat sa anumang system na sumusunod sa batas ng pag-iingat ng masa. Ang equation ay ang mga sumusunod:
E + G - S - C = A
Kung saan ang E ang dami ng bagay na pumapasok sa system; Ang G ay kung ano ang nabuo kung ang isang reaksiyong kemikal ay nangyayari sa proseso (tulad ng sa isang reaktor); S ay kung ano ang lumalabas sa system; C ay kung ano ang natupok , muli, kung may reaksyon; at sa wakas, A ay kung ano ang naipon .
Pagpapasimple
Kung walang reaksiyong kemikal sa sistema o proseso sa ilalim ng pag-aaral, ang G at C ay nagkakahalaga ng zero. Kaya, ang equation ay mukhang:
E - S = A
Kung ang system ay isinasaalang-alang din sa isang matatag na estado, nang walang pinapahalagahan na mga pagbabago sa mga variable o daloy ng mga sangkap, sinasabing walang nag-iipon sa loob nito. Samakatuwid, ang A ay nagkakahalaga ng zero, at ang equation ay nagtatapos sa pagpapagaan ng karagdagang:
E = S
Sa madaling salita, ang halaga ng bagay na pumapasok ay katumbas ng naiwan. Walang maaaring mawala o mawala.
Sa kabilang banda, kung mayroong isang reaksyon ng kemikal, ngunit ang sistema ay nasa isang matatag na estado, ang G at C ay magkakaroon ng mga halaga at mananatiling zero:
E + G - S - C = 0
E + G = S + C
Ibig sabihin na sa isang reaktor ang masa ng mga reagents na pumapasok at ng mga produktong ibinubuo nito, ay katumbas ng masa ng mga produkto at reagents na umalis, at ng mga reagents na natupok.
Halimbawa ng paggamit: isda sa ilog
Ipagpalagay na pinag-aaralan mo ang bilang ng mga isda sa isang ilog, na ang mga bangko ay darating upang kumatawan sa hangganan ng system. Alam na sa average na 568 na isda ay pumapasok bawat taon, 424 ay ipinanganak (bumubuo), 353 namatay (kumonsumo), at 236 lumipat o umalis.
Paglalapat ng pangkalahatang equation na mayroon kami pagkatapos:
568 + 424 - 353 - 236 = 403
Nangangahulugan ito na bawat taon 403 na isda na maipon sa ilog; ibig sabihin, bawat taon ang ilog ay nagiging mas mayamang isda. Kung ang A ay may negatibong halaga, nangangahulugan ito na ang bilang ng mga isda ay bumababa, marahil dahil sa negatibong epekto sa kapaligiran.
Mga Uri
Mula sa pangkalahatang equation maiisip na mayroong apat na equation para sa iba't ibang uri ng mga proseso ng kemikal. Gayunpaman, ang balanse ng masa ay nahahati sa dalawang uri ayon sa isa pang criterion: oras.
Pagkakaiba-iba ng balanse
Sa balanse na materyal na balanse mayroon kaming dami ng mga sangkap sa loob ng isang sistema sa isang naibigay na oras o sandali. Ang sinabi ng dami ng masa ay ipinahayag sa mga yunit ng oras, at samakatuwid, ay kumakatawan sa bilis; halimbawa, ang Kg / h, na nagpapahiwatig kung gaano karaming mga kilometro ang pumasok, umalis, mag-ipon, makabuo o kumonsumo sa isang oras.
Para may mga daloy ng masa (o volumetric, na may density sa kamay), dapat na bukas ang sistema.
Komprehensibong balanse
Kapag ang sistema ay sarado, tulad ng mangyayari sa mga reaksyon na isinasagawa sa mga magkakasunod na mga reaktor (uri ng batch), ang masa ng mga sangkap nito ay karaniwang mas kawili-wili bago at pagkatapos ng proseso; iyon ay, sa pagitan ng paunang at huling oras t.
Samakatuwid, ang dami ay ipinahayag bilang mga masa lamang at hindi tulin. Ang ganitong uri ng balanse ay ginawa sa pag-iisip kapag gumagamit ng isang blender: ang masa ng mga sangkap na pumapasok ay dapat na katumbas ng naiwan pagkatapos i-off ang makina.
Halimbawa ng ehersisyo
Ito ay nais na maghalo ng isang daloy ng isang 25% na solusyon ng methanol sa tubig, na may isa pang 10% na konsentrasyon, mas matunaw, sa isang paraan na 100 Kg / h ng isang 17% na solusyon ng methanol ay nabuo. Gaano karami ng parehong 25% at 10% na solusyon sa methanol ang dapat pumasok sa system bawat oras upang makamit ito? Ipagpalagay na ang sistema ay nasa isang matatag na estado
Ang sumusunod na diagram ay nagpapakita ng pahayag:
Ang diagram ng daloy para sa balanse ng masa ng pagbabanto ng solusyon ng methanol. Pinagmulan: Gabriel Bolívar.
Walang reaksyon ng kemikal, kaya ang halaga ng pagpasok ng methanol ay dapat na katumbas ng halagang iniiwan:
E Methanol = S Methanol
0.25 n 1 · + 0.10 n 2 · = 0.17 n 3 ·
Tanging ang halaga ng n 3 · ang nalalaman . Ang nalalabi ay hindi alam. Upang malutas ang equation na ito ng dalawang hindi alam, kinakailangan ang isa pang balanse: ng tubig. Ang paggawa ng parehong balanse para sa tubig, mayroon kami:
0.75 n 1 · + 0.90 n 2 · = 0.83 n 3 ·
Ang halaga ng n 1 · ay nalutas para sa tubig (maaari rin itong n 2 · ):
n 1 · = (83 Kg / h - 0.90n 2 · ) / (0.75)
Substituting pagkatapos n 1 · sa equation ng balanse ng masa para sa methanol, at paglutas para sa n 2 · mayroon kami:
0.25 + 0.10 n 2 · = 0.17 (100 Kg / h)
n 2 · = 53.33 Kg / h
At para sa n 1 · simpleng ibawas:
n 1 · = (100- 53.33) Kg / h
= 46.67 Kg / h
Samakatuwid, bawat oras, 46.67 kg ng 25% na solusyon ng methanol at 53.33 kg ng 10% na solusyon ay dapat pumasok sa system.
Mga Sanggunian
- Felder at Rousseau. (2000). Mga elementong prinsipyo ng mga proseso ng kemikal. (Ikalawang edisyon.). Addison Wesley.
- Fernández Aleman. (Oktubre 20, 2012). Kahulugan ng balanse ng masa. Nabawi mula sa: industryriaquimica.net
- Mga Balanse ng bagay: pang-industriya na proseso I. Nabawi mula sa: 3.fi.mdp.edu.ar
- UNT Regional College La Plata. (sf). Balanse sa materyal. . Nabawi mula sa: frlp.utn.edu.ar
- Gómez Claudia S. Quintero. (sf). Mga balanse ng materyal. . Nabawi mula sa: webdelprofesor.ula.ve