- A tömegmérleg általános egyenlete
- Egyszerűsítés
- Példa a felhasználásra: hal a folyóban
- típusai
- Diferenciális egyensúly
- Átfogó egyensúly
- Példa gyakorlatra
- Irodalom
Az anyagmérleg a vizsgált rendszerhez vagy folyamathoz tartozó összetevők száma. Ez az egyensúly szinte bármilyen típusú rendszerre alkalmazható, mivel feltételezik, hogy az ilyen elemek tömegének összegének állandónak kell maradnia a különböző mérési időpontokban.
Az összetevő megérthető márványokként, baktériumokként, állatokként, rönkökként, sütemény összetevőiént; és kémia, molekulák vagy ionok, vagy pontosabban, vegyületek vagy anyagok esetében. Tehát a rendszerbe belépő molekulák teljes tömegének kémiai reakcióval vagy anélkül állandónak kell maradnia; mindaddig, amíg nincsenek szivárgási veszteségek.
Sziklahalom: a kiegyensúlyozott anyag szó szerinti példája. Forrás: Pxhere.
A gyakorlatban számtalan probléma van, amelyek befolyásolhatják az anyag egyensúlyát, amellett, hogy figyelembe veszik az anyag különféle jelenségeit és sok változó hatását (hőmérséklet, nyomás, áramlás, keverés, a reaktor mérete stb.).
Papíron azonban a tömegmérleg számításának meg kell egyeznie; vagyis a kémiai vegyületek tömege soha nem tűnik el. Ennek az egyensúlynak a felvétele ugyanolyan, mint egy halom kő kiegyensúlyozása. Ha az egyik tömeg elhagyja a helyét, akkor minden szétesik; ebben az esetben azt jelentené, hogy a számítások helytelenek.
A tömegmérleg általános egyenlete
Bármely rendszerben vagy folyamatban először meg kell határozni, hogy mi a határa. Ezek közül megtudja, mely vegyületek lépnek be vagy távoznak. Ez különösen akkor kényelmes, ha több folyamat egységet is figyelembe kell venni. Ha az összes egységet vagy alrendszert figyelembe vesszük, akkor az általános tömegmérlegről beszélünk.
Ennek az egyensúlynak van egy egyenlete, amely alkalmazható minden olyan rendszerre, amely betartja a tömegmegőrzési törvényt. Az egyenlet a következő:
E + G - S - C = A
Ahol E az anyag mennyisége, amely belép a rendszerbe; G az, amely akkor keletkezik, ha kémiai reakció következik be a folyamatban (mint egy reaktorban); S az, ami kijön a rendszerből; C az, amit ismét elfogyasztunk, ha van reakció; és végül: A az, ami felhalmozódik.
Egyszerűsítés
Ha a vizsgált rendszerben vagy folyamatban nincs kémiai reakció, akkor G és C értéke nulla. Így az egyenlet így néz ki:
E - S = A
Ha a rendszert szintén állandó állapotban vesszük figyelembe, a változók vagy az alkatrészek áramlásának észrevehető változása nélkül, akkor azt mondják, hogy semmi sem halmozódik fel benne. Ezért A értéke nulla, és az egyenlet tovább egyszerűsödik:
E = S
Más szavakkal, az anyagmennyiség, amely belép, egyenlő azzal, ami elhagyja. Semmi sem elveszhet vagy eltűnhet.
Másrészről, ha kémiai reakció következik be, de a rendszer egyensúlyi állapotban van, akkor G és C értékei lesznek, és A értéke nulla marad:
E + G - S - C = 0
E + G = S + C
Ez azt jelenti, hogy a reaktorban a belépő reagensek és az általuk előállított termékek tömege megegyezik a kilépő termékek és reagensek, valamint az elfogyasztott reagensek tömegével.
Példa a felhasználásra: hal a folyóban
Tegyük fel, hogy megvizsgálja a folyóban lévő halak számát, amelynek partjai a rendszer határát képviselik. Ismert, hogy évente átlagosan 568 halak lépnek be, 424 született (generál), 353 elpusztul (fogyaszt), és 236 vándorol vagy távozik.
Az általános egyenlet alkalmazásával:
568 + 424 - 353 - 236 = 403
Ez azt jelenti, hogy évente 403 hal halmozódik fel a folyóban; azaz évente a folyó gazdagabb lesz a halakkal. Ha A negatív értéke lenne, ez azt jelentené, hogy a halak száma csökken, talán a negatív környezeti hatások miatt.
típusai
Az általános egyenlet alapján úgy gondolhatjuk, hogy négy egyenlet létezik a különféle kémiai folyamatokra. A tömegmérleget azonban egy másik kritérium szerint két típusra osztják: idő.
Diferenciális egyensúly
A differenciál anyagmérlegben az alkatrészek mennyisége a rendszerben van egy adott időben vagy pillanatban. Az említett tömegmennyiségeket időegységekben fejezik ki, és ezért a sebességeket képviselik; Például Kg / h, jelezve, hogy hány kilométert ér el, távozik, halmoz fel, generál vagy fogyaszt egy órán belül.
A tömegáramok (vagy térfogatáram, a rendelkezésre álló sűrűség mellett) eléréséhez a rendszernek általában nyitottnak kell lennie.
Átfogó egyensúly
Amikor a rendszer bezáródik, amint ez megtörténik a szakaszos reaktorokban (szakaszos típusú) végrehajtott reakciókkal, az alkotóelemek tömege általában érdekesebb a folyamat előtt és után; azaz a t kezdeti és utolsó időszaka között.
Ezért a mennyiségeket pusztán tömegként, és nem sebességként fejezik ki. Ez a fajta egyensúly keverőgép használatakor mentálisan történik: a bevitt összetevők tömegének meg kell egyeznie a motor kikapcsolása után maradt tömeggel.
Példa gyakorlatra
Kívánatos egy 25% -os metanolos oldat vízben való hígítása egy másik, 10% -os koncentrációjú, még hígítható oly módon, hogy 100 kg / h mennyiségű 17% -os metanolos oldat keletkezzen. A 25% -os és a 10% -os metanolos oldatoknak mekkora mennyiségének kell belépnie a rendszerbe óránként ennek eléréséhez? Tegyük fel, hogy a rendszer állandó állapotban van
A következő ábra szemlélteti az állítást:
A metanolos oldat hígításának tömegmérlegének folyamatábrája. Forrás: Gabriel Bolívar.
Nincs kémiai reakció, tehát a bevitt metanol mennyiségének meg kell egyeznie a maradék mennyiségével:
E metanol = S metanol
0,25 n 1 · + 0,10 n 2 · = 0,17 n 3 ·
Csak n 3 · értéke ismert. A többi ismeretlen. Két ismeretlen egyenlet megoldásához további egyensúlyra van szükség: a víz egyensúlyára. Ugyanazt az egyensúlyt teremtve a víz számára:
0,75 n 1 · + 0,90 n 2 · = 0,83 n 3 ·
Az víznél n 1 · értékét oldjuk meg (ez is n 2 · lehet):
n 1 · = (83 kg / h - 0.90n 2 ·) / (0,75)
Ha n 1 · helyettesíti a metanol tömegmérleg-egyenletében és megoldja az n 2 · értékét:
0,25 + 0,10 n 2 · = 0,17 (100 kg / h)
n 2 · = 53,33 kg / h
És n 1 esetében · egyszerűen vonja le:
n 1 · = (100- 53.33) Kg / h
= 46,67 Kg / h
Ezért óránként 46,67 kg 25% -os metanolos oldatot és 53,33 kg 10% -os oldatot kell belépnie a rendszerbe.
Irodalom
- Felder és Rousseau. (2000). A kémiai folyamatok alapelvei. (Második kiadás.). Addison Wesley.
- Fernández Germán. (2012. október 20.). A tömegmérleg meghatározása. Helyreállítva: industriaquimica.net
- Anyagmérlegek: ipari folyamatok.. Helyreállítva: 3.fi.mdp.edu.ar
- UNT La Plata Regionális Főiskola. (Sf). Anyag-egyensúly.. Helyreállítva: frlp.utn.edu.ar
- Gómez Claudia S. Quintero. (Sf). Anyagmérlegek.. Helyreállítva: webdelprofesor.ula.ve