- Massataseen yleinen yhtälö
- Yksinkertaistaminen
- Esimerkki käytöstä: kalat joessa
- Tyypit
- Tasapaino
- Kattava tasapaino
- Esimerkki harjoituksesta
- Viitteet
Aineisto saldo on lasken kuuluvien osien järjestelmän tai prosessin tutkittavana. Tätä tasapainoa voidaan soveltaa melkein mihin tahansa järjestelmään, koska oletetaan, että tällaisten elementtien massojen summan on pysyttävä vakiona eri mittausaikoina.
Komponentti voidaan ymmärtää marmorit, bakteerit, eläimet, tukit, kakun aineosat; ja kemiassa molekyylit tai ionit tai tarkemmin sanoen yhdisteet tai aineet. Joten järjestelmään saapuvien molekyylien kokonaismassan, joko kemiallisen reaktion kanssa tai ilman, on pysyttävä vakiona; kunhan vuotohäviöitä ei ole.
Kivipaalu: kirjaimellinen esimerkki tasapainoisesta aineesta. Lähde: Pxhere.
Käytännössä on lukemattomia ongelmia, jotka voivat vaikuttaa aineen tasapainoon sen lisäksi, että otetaan huomioon aineen eri ilmiöt ja monien muuttujien vaikutukset (lämpötila, paine, virtaus, sekoitus, reaktorin koko jne.).
Paperilla massataselaskelmien on kuitenkin vastattava toisiaan; toisin sanoen kemiallisten yhdisteiden massa ei saa milloinkaan häviä. Tämän tasapainon ottaminen on samanlainen kuin kasa kivien tasapainottaminen. Jos jokin massoista palaa paikalleen, kaikki hajoaa; tässä tapauksessa se tarkoittaisi, että laskelmat ovat vääriä.
Massataseen yleinen yhtälö
Missä tahansa järjestelmässä tai prosessissa on ensin määriteltävä, mitkä ovat sen rajat. Niistä tiedetään, mitkä yhdisteet tulevat tai lähtevät. Tämä on erityisen kätevää, jos harkittavana on useita prosessiyksiköitä. Kun kaikkia yksiköitä tai alajärjestelmiä tarkastellaan, puhumme yleisestä massapainosta.
Tällä tasapainolla on yhtälö, jota voidaan soveltaa mihin tahansa järjestelmään, joka noudattaa massan säilyttämistä koskevaa lakia. Yhtälö on seuraava:
E + G - S - C = A
Missä E on aineen määrä, joka pääsee järjestelmään; G on mitä syntyy, jos prosessissa tapahtuu kemiallinen reaktio (kuten reaktorissa); S on mitä järjestelmästä tulee ulos; C on se, mitä kulutetaan jälleen, jos tapahtuu reaktio; ja lopuksi, A on mitä on kertynyt.
Yksinkertaistaminen
Jos tutkittavassa järjestelmässä tai prosessissa ei tapahdu kemiallista reaktiota, G ja C ovat nollan arvoisia. Siten yhtälö näyttää seuraavalta:
E - S = A
Jos järjestelmää pidetään myös vakiotilassa ilman merkittäviä muutoksia komponenttien muuttujissa tai virtauksissa, sanotaan, että mikään ei kerää sitä. Siksi A on nollan arvoinen, ja yhtälö lopulta yksinkertaistuu edelleen:
E = S
Toisin sanoen, sisään tulevan aineen määrä on yhtä suuri kuin jäljelle jäävä. Mikään ei voi kadota tai kadota.
Toisaalta, jos tapahtuu kemiallinen reaktio, mutta järjestelmä on tasapainossa, G: llä ja C: llä on arvot ja A pysyy nolla:
E + G - S - C = 0
E + G = S + C
Tarkoittaen, että reaktorissa sisään tulevien reagenssien ja siinä syntyvien tuotteiden massa on yhtä suuri kuin lähtevien tuotteiden ja reagenssien sekä käytettyjen reagenssien massa.
Esimerkki käytöstä: kalat joessa
Oletetaan, että tutkit kalojen määrää joessa, jonka rannat edustavat järjestelmän rajaa. Tiedetään, että keskimäärin 568 kalaa saapuu vuodessa, 424 syntyy (tuottaa), 353 kuolee (kuluttaa) ja 236 muuttuu tai poistuu.
Sovelletaan sitten yleistä yhtälöä:
568 + 424 - 353 - 236 = 403
Tämä tarkoittaa, että jokeen kerääntyy vuodessa 403 kalaa; toisin sanoen joki tulee rikkaammaksi kaloilla vuodessa. Jos A: lla olisi negatiivinen arvo, se tarkoittaisi, että kalojen määrä vähenee ehkä negatiivisten ympäristövaikutusten vuoksi.
Tyypit
Yleisen yhtälön perusteella voidaan ajatella, että erityyppisiä kemiallisia prosesseja varten on neljä yhtälöä. Massatase on kuitenkin jaettu kahteen tyyppiin toisen kriteerin mukaan: aika.
Tasapaino
Materiaalierottelussa meillä on komponenttien määrä järjestelmässä tietyllä hetkellä tai ajankohtana. Mainitut massamäärät on ilmaistu aikayksiköinä ja edustavat siksi nopeuksia; esimerkiksi Kg / h, joka ilmaisee kuinka monta kilometriä tunnissa kulkee, lähtee, kertyy, tuottaa tai kuluttaa.
Jotta massavirtauksia (tai tilavuudeltaan tiheyden ollessa kyseessä) olisi, järjestelmän on yleensä oltava avoin.
Kattava tasapaino
Kun järjestelmä suljetaan, kuten tapahtuu ajoittaisissa reaktoreissa (erätyyppi) toteutettavien reaktioiden kanssa, sen komponenttien massat ovat yleensä mielenkiintoisempia ennen prosessia ja sen jälkeen; eli alkuperäisen ja viimeisen ajan t välillä.
Siksi määrät ilmaistaan pelkkinä massoina eikä nopeuksina. Tämän tyyppinen tasapaino saadaan aikaan henkisesti käytettäessä tehosekoitinta: tulevien aineosien massan on oltava yhtä suuri kuin se, joka jää moottorin sammuttamisen jälkeen.
Esimerkki harjoituksesta
On toivottavaa laimentaa 25-prosenttisen metanoliliuoksen virtaus vedessä toisella, jolla on 10-prosenttinen konsentraatio, laimennetumpi siten, että syntyy 100 kg / h 17-prosenttista metanoliliuosta. Kuinka paljon sekä 25% että 10% metanoliliuoksesta on kuljettava järjestelmään tunnissa tämän saavuttamiseksi? Oletetaan, että järjestelmä on vakaassa tilassa
Seuraava kaavio kuvaa esimerkkiä lausunnosta:
Vuokaavio metanoliliuoksen laimennoksen massataseelle. Lähde: Gabriel Bolívar.
Kemiallista reaktiota ei tapahdu, joten tulevan metanolimäärän on oltava yhtä suuri kuin jäljellä oleva määrä:
E metanoli = S metanoli
0,25 n 1 · + 0,10 n 2 · = 0,17 n 3 ·
Vain n 3 · arvo on tiedossa. Loput ovat tuntemattomia. Tämän kahden tuntemattoman yhtälön ratkaisemiseksi tarvitaan toinen tasapaino: veden tasapaino. Samalla kun tasapainotamme vettä, meillä on:
0,75 n 1 · + 0,90 n 2 · = 0,83 n 3 ·
Arvon n 1 · arvo on ratkaistu vedelle (se voi olla myös n 2 ·):
n 1 · = (83 kg / h - 0.90n 2 ·) / (0,75)
Korvaamalla sitten n 1 · massataseen yhtälöön metanolille ja ratkaisemalla n 2 · meillä on:
0,25 + 0,10 n 2 · = 0,17 (100 kg / h)
n 2 · = 53,33 kg / h
Ja n 1: n osalta · yksinkertaisesti vähennä:
n 1 · = (100- 53,33) kg / h
= 46,67 kg / h
Siksi tunnissa 46,67 kg 25-prosenttista metanoliliuosta ja 53,33 kg 10-prosenttista liuosta on päästävä järjestelmään.
Viitteet
- Felder ja Rousseau. (2000). Kemiallisten prosessien perusperiaatteet. (Toinen painos.). Addison Wesley.
- Fernández Germán. (20. lokakuuta 2012). Määritelmä massatasapaino. Palautettu osoitteesta: industriaquimica.net
- Aineen tasapainot: teolliset prosessit.. Palautettu: 3.fi.mdp.edu.ar
- UNT: n alueellinen korkeakoulu La Plata. (SF). Materiaalitase.. Palautettu: frlp.utn.edu.ar
- Gómez Claudia S. Quintero. (SF). Materiaalitaseet.. Palautettu osoitteesta: webdelprofesor.ula.ve