משוואת איזון חומר, סוגי פעילות גופנית

ה יתרה מהותית הוא ספירת המרכיבים השייכים למערכת או לתהליך הנמצאים תחת מחקר. איזון זה יכול להיות מיושם כמעט לכל סוג של מערכת, שכן ההנחה היא כי סכום ההמונים של אלמנטים כאלה חייב להישאר קבוע בזמנים שונים של מדידות.

ניתן להבין כמו גולות רכיב, חיידקים, בעלי חיים, יומני, מרכיבים לעוגה; ובמקרה של כימיה, מולקולות או יונים, או ליתר דיוק, תרכובות או חומרים. לאחר מכן, המסה הכוללת של המולקולות הנכנסות למערכת, עם או ללא תגובה כימית, חייבת להישאר קבועה; כל עוד אין הפסדי דליפה.

בפועל יש מספר רב של בעיות, אשר יכולות להשפיע על מאזן החומר, בנוסף להתחשבות בתופעות שונות של החומר והשפעת משתנים רבים (טמפרטורה, לחץ, זרימה, תסיסה, גודל הכור וכו ')..

על הנייר, עם זאת, החישובים של מאזן החומר חייב להיות בקנה אחד; כלומר, המסה של התרכובות הכימיות לא יכולה להיעלם בכל עת. ביצוע איזון זה מקביל לשים ערימת סלעים באיזון. אם אחד ההמונים יוצא מהמקום, הכל מתמוטט; במקרה זה, משמעות הדבר היא כי החישובים אינם נכונים.

אינדקס

• 1 משוואה כללית של מאזן חומרי
  • 1.1 פישוט
  • 1.2 דוגמה לשימוש בו: דגים בנהר
• 2 סוגים
  • 2.1 מאזן דיפרנציאלי
  • 2.2 מאזן כולל
• 3 תרגיל לדוגמה
• 4 הפניות

משוואה כללית של מאזן חומרי

בכל מערכת או תהליך יש להגדיר תחילה מה הם הגבולות שלהם. מהם, זה יהיה ידוע אילו תרכובות להיכנס או לצאת. זה נוח לעשות את זה במיוחד אם יש יחידות מרובות של תהליך לשקול. כאשר כל היחידות או המערכות נחשבות, אזי נדונה איזון חומר כללי.

איזון זה יש משוואה, אשר ניתן להחיל על כל מערכת לציית לחוק שימור המסה. המשוואה היא כדלקמן:

E + G - S - C = A

איפה E הוא כמות החומר כי הזן למערכת; G הוא מה שיש ליצור אם מתרחשת תגובה כימית בתהליך (כמו בכור); S הוא מה משאיר של המערכת; C הוא מה שיש צורכים, שוב, אם יש תגובה; ולבסוף, A הוא מה שאתה לצבור.

פישוט

אם במערכת או בתהליך הנלמד אין תגובה כימית, G ו- C שווים אפס. לפיכך, המשוואה נותרה כדלקמן:

E - S = A

אם המערכת נחשבת גם במצב נייח, ללא שינויים ניכרים במשתנים או בתזרים של המרכיבים, נאמר כי אין דבר המצטבר בפנים שלה. לכן, A הוא אפס, ואת המשוואה בסופו של דבר להיות פשוטה יותר:

E = S

כלומר, כמות החומר שנכנס שווה לסכום שיוצא. שום דבר לא יכול ללכת לאיבוד או להיעלם.

מצד שני, אם יש תגובה כימית, אבל המערכת במצב נייח, G ו- C יהיו ערכים ו- A יישאר אפס:

E + G - S - C = 0

E + G = S + C

כלומר, בכור המסה של ריאגנטים נכנסים ואת המוצרים שהם מייצרים בו, שווה המוני של מוצרים ריאגנטים שיוצאים, ועל ריאגנטים נצרך.

דוגמה לשימוש בו: דגים בנהר

נניח שאתה לומד את מספר הדגים בנהר, אשר הבנקים באים לייצג את הגבול של המערכת. זה ידוע כי בממוצע 568 דגים נכנסים בשנה, 424 נולדים (שנוצר), 353 למות (צורכים), ו 236 נודדים או לעזוב.

החלת המשוואה הכללית אז יש לנו:

568 + 424 - 353 - 236 = 403

כלומר, 403 דגים בשנה מצטברים בנהר; כלומר, בשנה הנהר מועשר יותר של דגים. אם A היה בעל ערך שלילי, זה אומר שמספר הדגים הולך ופוחת, אולי להשפעות סביבתיות שליליות.

סוגים

מן המשוואה הכללית אתה יכול לחשוב שיש ארבע משוואות עבור סוגים שונים של תהליכים כימיים. עם זאת, מאזן החומר מחולק לשני סוגים על פי קריטריון אחר: זמן.

מאזן דיפרנציאלי

במאזן חומר ההפרש יש לך את כמות הרכיבים בתוך המערכת בזמן נתון או רגע. כמויות המסה האמורות מתבטאות ביחידות זמן, ולכן מייצגות מהירויות; לדוגמה, Kg / h, המציין כמה קילומטרים נכנסים, יוצאים, מצטברים, מייצרים או צורכים תוך שעה.

כדי שיהיה מסה (או volumetric, עם צפיפות בהישג יד) זורם, המערכת צריכה להיות פתוחה בדרך כלל.

איזון אינטגרלי

כאשר המערכת סגורה, כפי שקורה עם התגובות שבוצעו כורים לסירוגין (סוג אצווה), ההמונים של מרכיביו הם בדרך כלל יותר מעניין לפני ואחרי התהליך; כלומר, בין הזמנים הראשוניים והאחרונים t.

לכן, כמויות מבוטא כמו המוני בלבד ולא במהירויות. סוג זה של איזון הוא עשה נפשית בעת שימוש בלנדר: המסה של החומרים שנכנסים חייב להיות שווה מה נשאר לאחר כיבוי המנוע.

תרגיל לדוגמה

רצוי לדלל זרימה של תמיסת מתנול 25% במים, עם עוד אחד של ריכוז של 10%, יותר לדלל, באופן כזה 100 ק"ג / שעה של פתרון מתנול 17% נוצרת. כמה משני פתרונות מתנול, ב 25 ו - 10%, צריך להיכנס למערכת לשעה כדי להשיג את זה? נניח כי המערכת נמצאת במצב יציב

התרשים הבא מדגים את ההצהרה:

אין תגובה כימית, ולכן כמות המתנול שנכנסת חייבת להיות שווה לזו שיוצאת:

ה_מתנול = S_מתנול

0.25 n₁^PAGE + 0.10 n₂^PAGE = 0.17 n₃^PAGE

רק הערך של n ידוע₃^PAGE. השאר אינם ידועים. כדי לפתור משוואה זו של שני אלמונים, נדרש איזון נוסף: זה של מים. ואז לעשות את אותו מאזן מים יש לך:

0.75 n₁^PAGE + 0.90 n₂^PAGE = 0.83 n₃^PAGE

ערך n מסולק למים₁^PAGE (יכול להיות גם n₂^PAGE)

n₁^PAGE = (83 ק"ג / שעה - 0.90n₂^PAGE) / (0.75)

החלפת n מכן₁^PAGE במשוואה של איזון חומר למתנול, ופתרון עבור₂^PAGE יש לך:

0.25 [83 Kg / h - 0.90n₂^PAGE) / (0.75)] + 0.10 n₂^PAGE = 0.17 (100 ק"ג / שעה)

n₂^PAGE = 53.33 ק"ג / שעה

וכדי לקבל n₁^PAGE פשוט לחסר:

n₁^PAGE = (100- 53.33) ק"ג / שעה

= 46.67 ק"ג / שעה

לכן, לשעה יש להזין את המערכת 46.67 ק"ג של תמיסת מתנול 25%, ו 53.33 ק"ג של הפתרון 10%.

הפניות

1. פלדר ורוסו. (2000). עקרונות יסוד של תהליכים כימיים. (מהדורה שנייה). אדיסון וסלי.
2. פרננדז גרמן. (20 באוקטובר 2012). הגדרת מאזן החומר. שוחזר מ: industriaquimica.net
3. מאזן החומר: תהליכים תעשייתיים I. [PDF]. מקור: 3.fi.mdp.edu.ar
4. בית הספר האזורי לה פלאטה. (s.f.). מאזן החומר. [PDF] מקור: frlp.utn.edu.ar
5. גומז קלאודיה ס. קוינטרו. (s.f.). מאזן החומר. [PDF] מקור: webdelprofesor.ula.ve