МАТЕРИЈАЛНА РАВНОТЕЖА: ОПШТА ЈЕДНАЧИНА, ВРСТЕ И ВЕЖБА - ХЕМИЈА - 2025

Материјална биланца је број компоненти које припадају неком систему или процесу који се проучава. Ова равнотежа се може применити на скоро било који тип система, јер се претпоставља да сума маса таквих елемената мора остати константна у различитим временима мерења.

Компонента се може разумети као мермер, бактерије, животиње, трупци, састојци за торту; и у случају хемије, молекула или јона или тачније, једињења или супстанце. Дакле, укупна маса молекула који улазе у систем, са или без хемијске реакције, мора остати константна; све док нема губитака од цурења.

Каменита хрпа: дословни примјер уравнотежене материје. Извор: Пкхере.

У пракси постоји безброј проблема који могу утицати на равнотежу материје, осим што узму у обзир различите појаве материје и ефекат многих променљивих (температура, притисак, проток, мешање, величина реактора итд.).

На папиру, међутим, прорачуни масног биланса морају се подударати; то јест, маса хемијских једињења не сме ни у једном тренутку да нестане. Узимање ове равнотеже аналогно је балансирању гомиле стена. Ако се неко од масе не умакне, све се распада; у овом случају то би значило да су прорачуни погрешни.

Општа једначина равнотеже масе

У било којем систему или процесу прво мора бити дефинисано које су његове границе. Из њих ће бити познато која једињења улазе или излазе. Ово је посебно погодно ако треба узети у обзир више процесних јединица. Када се узму у обзир све јединице или подсистеми, тада говоримо о општем балансу масе.

Ова равнотежа има једначину која се може применити на било који систем који поштује закон очувања масе. Једначина је следећа:

Е + Г - С - Ц = А

Где је Е количина материје која улази у систем; Г је оно што настаје ако се током процеса догоди хемијска реакција (као у реактору); С је оно што излази из система; Ц је оно што се поново конзумира ако постоји реакција; и на крају, А је оно што се акумулира .

Поједностављивање

Ако у систему или процесу који се проучава не постоји хемијска реакција, Г и Ц су вредне нуле. Дакле, једначина изгледа као:

Е - С = А

Ако се систем такође сматра стабилним, без приметних промена променљивих или токова компоненти, каже се да се у њему ништа не накупља. Стога, А вреди нула, а једначина се додатно поједностављује:

Е = С

Другим речима, количина материје која уђе једнака је количини која оставља. Ништа се не може изгубити или нестати.

С друге стране, ако дође до хемијске реакције, али систем је у стабилном стању, Г и Ц ће имати вредности, а А ће остати нула:

Е + Г - С - Ц = 0

Е + Г = С + Ц

Значи да је у реактору маса реагена који улазе и производа који у њему стварају једнака маси производа и реагенса који остају и реагенса који се троше.

Пример употребе: риба у реци

Претпоставимо да проучавате број риба у реци, чије обале представљају границе система. Познато је да у просеку 568 риба унесе годишње, 424 се роди (створи), 353 угине (поједе), а 236 се сели или напусти.

Примењујући тадашњу општу једначину:

568 + 424 - 353 - 236 = 403

То значи да се годишње у реци накупља 403 рибе; то јест, река годишње обогаћује рибом. Ако је А имала негативну вредност, то би значило да се број риба смањује, можда због негативних утицаја на животну средину.

Врсте

Из опште једначине може се закључити да постоје четири једначине за различите врсте хемијских процеса. Међутим, маса масе је подељена у две врсте према другом критеријуму: време.

Диференцијални баланс

У диференцијалној материјалној биланци имамо количину компоненти унутар система у датом тренутку или тренутку. Наведене масне количине су изражене у јединицама времена и, према томе, представљају брзине; на пример, Кг / х, што показује колико километара пређе, напусти, акумулира, генерише или потроши за сат времена.

Да би постојали масни протоци (или обимни, са густином при руци), систем генерално мора бити отворен.

Свеобухватни баланс

Када је систем затворен, као што се догађа са реакцијама које се одвијају у повременим реакторима (тип шарже), масе његових компоненти су обично занимљивије пре и после процеса; то јест између почетног и завршног времена т.

Стога су количине изражене као пуке масе, а не као брзине. Ова врста равнотеже се прави ментално када се користи миксером: маса унесених састојака мора бити једнака оној преосталој након искључивања мотора.

Пример вежбе

Пожељно је да се разблажи проток 25% раствора метанола у води, са још једном разблаженом концентрацијом од 10%, на начин да се створи 100 кг / х 17% раствора метанола. Колико и 25% и 10% раствора метанола мора да уђе у систем на сат да би се то постигло? Претпоставимо да је систем у стабилном стању

Следећи дијаграм је пример изјаве:

Дијаграм тока за масни баланс разблажења раствора метанола. Извор: Габриел Боливар.

Нема хемијске реакције, тако да количина унесеног метанола мора бити једнака количини која одлази:

Е _{Метанол} = С _{Метанол}

0,25 н ₁ ^· + 0,10 н ₂ ^· = 0,17 н ₃ ^·

^{Позната је} само вредност н ₃ ^· . Остало су непознанице. Да бисте решили ову једначину две непознанице, потребна је друга равнотежа: вода. Ако направимо исти баланс за воду, имамо:

0,75 н ₁ ^· + 0,90 н ₂ ^· = 0,83 н ₃ ^·

Вредност н ₁ ^· решава се за воду (може бити и н ₂ ^· ):

н ₁ ^· = (83 Кг / х - 0.90н ₂ ^· ) / (0.75)

Заменом тада је н ₁ ^· у једначини маса биланса за метанола, и решавање за н ₂ ^· имамо:

0.25 + 0.10 н ₂ ^· = 0,17 (100 Кг / х)

н ₂ ^· = 53,33 кг / х

А за н ₁ ^· једноставно одузмите:

н ₁ ^· = (100- 53,33) Кг / х

= 46,67 кг / х

Због тога, током сата у систем мора ући 46,67 кг 25% раствора метанола и 53,33 кг 10% раствора.

Референце

1. Фелдер и Роуссеау. (2000). Елементарни принципи хемијских процеса. (Друго издање.). Аддисон Веслеи.
2. Фернандез Герман. (20. октобар 2012.). Дефиниција масене равнотеже. Опоравак од: индустриакуимица.нет
3. Биланс материје: индустријски процеси И .. Опоравак од: 3.фи.мдп.еду.ар
4. Регионални колеџ УНТ Ла Плата. (сф) Материјални биланс. . Опоравак од: фрлп.утн.еду.ар
5. Гомез Цлаудиа С. Куинтеро. (сф) Материјалне биланце. . Опоравак од: вебделпрофесор.ула.ве