Gleichgewicht der Materie Was ist, allgemeine Gleichung, Typen

Er Materialbilanz Es ist die Anzahl der Komponenten, die zu einem System oder einem untersuchten Prozess gehören. Dieser Restbetrag kann fast auf jede Art von System angewendet werden.

Sie können durch Komponenten von Murmeln, Bakterien, Tieren, Holz und Zutaten für einen Kuchen verstehen. und im Fall von Chemie, Molekülen oder Ionen oder insbesondere Verbindungen oder Substanzen. Dann muss die Gesamtmasse der Moleküle, die in ein System eintreten, mit oder ohne chemische Reaktion konstant bleiben; Solange es keine Leckageverluste gibt.

In der Praxis werden unzählige Probleme vorgestellt, die das Gleichgewicht der Materie beeinflussen können, zusätzlich zur Berücksichtigung verschiedener Phänomene der Materie und der Auswirkung vieler Variablen (Temperatur, Druck, Strömung, Agitation, Reaktorgröße usw.).

Auf dem Papier müssen jedoch die Berechnungen des Sachenbilanzs übereinstimmen; Das heißt, die Masse chemischer Verbindungen sollte zu keinem Zeitpunkt verschwinden. Diese Balance zu machen ist analog, um einen Haufen Felsen in das Gleichgewicht zu bringen. Wenn eine der Massen fehl am Platz ist, fällt alles auseinander; In diesem Fall würde dies bedeuten, dass die Berechnungen falsch sind.

Allgemeine Sachbilanzgleichung

In jedem System oder Prozess muss es zuerst definiert werden, was ihre Grenzen sind. Von ihnen wird bekannt sein, was Verbindungen betreten oder gehen. Es ist bequem, dies zu tun, insbesondere wenn mehrere Prozesseinheiten berücksichtigt werden müssen. Wenn alle Einheiten oder Subsysteme berücksichtigt werden, wird von einer Bilanz der allgemeinen Angelegenheit die Rede sein.

Dieser Restbetrag hat eine Gleichung, die auf jedes System angewendet werden kann, das dem Gesetz des Massenschutzes gehorcht. Die Gleichung ist wie folgt:

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E + g - s - c = a

Wo e die Menge an Materie ist, die tritt ein Zum System; G ist das, was ich weiß generieren Wenn im Prozess eine chemische Reaktion auftritt (wie in einem Reaktor); S ist was kommt heraus vom System; C ist das, was ich weiß verbrauchen, Auch hier, wenn es eine Reaktion gibt; Und schließlich ist es das, was ich weiß akkumuliert.

Vereinfachung

Wenn im System oder im untersuchten Prozess keine chemische Reaktion vorliegt, sind G und C Null wert. Somit bleibt die Gleichung:

E - s = a

Wenn das System auch im stationären Zustand in Betracht gezogen wird, ohne nennenswerte Änderungen in den Variablen oder Flüssen der Komponenten, wird gesagt, dass sich im Inneren nichts ansammelt. Daher ist es Null wert, und die Gleichung vereinfacht noch mehr:

E = s

Das heißt, die Menge an Materie, die eintritt. Nichts kann verloren gehen oder verschwinden.

Andererseits, wenn es eine chemische Reaktion gibt, das System jedoch im stationären Zustand ist, haben G und C Werte und weiterhin Null:

E + g - s - c = 0

E + g = s + c

Das heißt, in einem Reaktor ist die Masse der Reagenzien, die in und der darin erzeugten Produkte eintreten, gleich der Masse der Produkte und Reagenzien, die herauskommen, und der verbrauchten Reagenzien.

Beispiel seiner Verwendung: Fisch im Fluss

Angenommen, die Anzahl der Fische in einem Fluss wird untersucht, deren Ufer die Grenze des Systems darstellen. Es ist bekannter.

Anwenden der allgemeinen Gleichung dann haben Sie:

568 + 424 - 353 - 236 = 403

Dies bedeutet, dass durch 403 Fische sie sich im Fluss ansammeln; Das heißt, pro Jahr bereichert der Fluss mehr Fische. Wenn ich einen negativen Wert hätte, würde dies bedeuten, dass die Anzahl der Fische abnimmt, möglicherweise für negative Umweltauswirkungen.

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Leute

Aus der allgemeinen Gleichung können Sie glauben, dass es vier Gleichungen für verschiedene Arten von chemischen Prozessen gibt. Das Gleichgewicht der Materie ist jedoch nach einem anderen Kriterium in zwei Typen unterteilt: Zeit.

Differentialbilanz

Im Gleichgewicht der Differentialsache befindet sich die Menge der Komponenten innerhalb eines Systems zu einem bestimmten Zeitpunkt. Diese Massenmengen werden mit Zeiteinheiten ausgedrückt und stellen daher Geschwindigkeiten dar; Zum Beispiel kg/h, um anzuzeigen, wie viele Kilometer in einer Stunde eingeben, verlassen, akkumulieren, generieren oder konsumieren.

Damit es Masse (oder volumetrische Flüsse mit der vorliegenden Dichte) gibt, muss das System im Allgemeinen offen sein.

Integraler Gleichgewicht

Wenn das System geschlossen ist, wie bei den Reaktionen, die in intermittierenden Reaktoren (Chargentyp) durchgeführt werden, interessieren die Massen seiner Komponenten normalerweise vor und nach dem Prozess. Das ist unter den anfänglichen und endgültigen t mal.

Daher werden Mengen als bloße Massen und keine Geschwindigkeiten ausgedrückt. Diese Art von Gleichgewicht wird mental hergestellt, wenn ein Mixer verwendet wird: Die Masse der Zutaten, die eintreten.

Beispiel Übung

Es ist erwünscht, einen Fluss einer 25% igen Methanollösung in Wasser zu verdünnen, wobei eine andere von 10% Konzentration, die stärker verdünnt ist. Wie viel von beiden Methanol -Lösungen mit 25 und 10%muss das System pro Stunde betreten, um dies zu erreichen? Angenommen, das System befindet sich im stationären Zustand

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Das folgende Diagramm veranschaulicht die Aussage:

Durchflussdiagramm für die Verdünnung der Verdünnung der Methanollösung. Quelle: Gabriel Bolívar.

Es gibt keine chemische Reaktion, daher muss die Menge an Methanol, die eintritt, gleich derjenigen sein, die herauskommt:

UND_Methanol = S_Methanol

0,25 n₁^· + 0,10 n₂^· = 0,17 n₃^·

Nur der Wert von n ist bekannt₃^·. Der Rest sind Unbekannte. Um diese Gleichung von zwei Unbekannten zu lösen, ist ein weiterer Gleichgewicht erforderlich: das des Wassers. Dann das gleiche Gleichgewicht für Wasser zu machen ist:

0,75 n₁^· + 0,90 n₂^· = 0,83 n₃^·

Der Wert von n wird für Wasser gelöscht₁^· (Es kann auch n sein₂^·):

N₁^· = (83 kg/h - 0,90n₂^·)/ (0,75)

Ersetzen dann n₁^· In der Materie -Balance -Gleichung für Methanol und Lösung für n₂^· Du hast:

0,25 [83 kg/h - 0,90n₂^·)/ (0,75)] + 0,10 n₂^· = 0,17 (100 kg/h)

N₂^· = 53,33 kg/h

Und um n zu erhalten₁^· einfach abziehen:

N₁^· = (100-53,33) kg/h

= 46,67 kg/h

Daher müssen Sie pro Stunde das 46,67 kg -System von 25%Methanollösung und 53,33 kg der 10%-Lösung eingeben.

Verweise

1. Felder und Rousseau. (2000). Grundprinzipien chemischer Prozesse. (Zweite Ausgabe.). Addison Wesley.
2. Fernández Germán. (20. Oktober 2012). Definition der Materie Balance. Erholt von: Industrie.Netz