สมการทั่วไปประเภทและการออกกำลังกาย

ความสมดุลของวัสดุ คือการนับส่วนประกอบที่เป็นของระบบหรือกระบวนการภายใต้การศึกษา ความสมดุลนี้สามารถใช้ได้กับระบบเกือบทุกประเภทเนื่องจากสันนิษฐานว่าผลรวมของมวลขององค์ประกอบดังกล่าวจะต้องคงที่ในช่วงเวลาต่าง ๆ ของการวัด.

สามารถเข้าใจได้ว่าเป็นหินอ่อนลูกผสมแบคทีเรียสัตว์บันทึกส่วนผสมสำหรับเค้ก และในกรณีของเคมีโมเลกุลหรือไอออนหรือมากกว่าโดยเฉพาะสารประกอบหรือสาร จากนั้นมวลรวมของโมเลกุลที่เข้าสู่ระบบที่มีหรือไม่มีปฏิกิริยาเคมีจะต้องคงที่; ตราบใดที่ไม่มีการสูญเสียการรั่วไหล.

ในทางปฏิบัติมีปัญหามากมายที่สามารถส่งผลกระทบต่อความสมดุลของสสารนอกเหนือจากการคำนึงถึงปรากฏการณ์ต่าง ๆ ของสสารและผลของตัวแปรต่าง ๆ (อุณหภูมิ, ความดัน, การไหล, การกวน, ขนาดเครื่องปฏิกรณ์ ฯลฯ ).

อย่างไรก็ตามบนกระดาษการคำนวณความสมดุลของวัสดุจะต้องตรงกัน นั่นคือมวลของสารประกอบทางเคมีจะต้องไม่หายไปตลอดเวลา การสร้างสมดุลนี้คล้ายกับการวางกองหินไว้ในสมดุล หากมวลชนคนใดคนหนึ่งออกไปนอกสถานที่ทุกอย่างจะแยกจากกัน ในกรณีนี้ก็หมายความว่าการคำนวณผิด.

ดัชนี

• 1 สมการทั่วไปของความสมดุลของวัสดุ
  • 1.1 การทำให้เข้าใจง่าย
  • 1.2 ตัวอย่างการใช้งาน: ปลาในแม่น้ำ
• 2 ประเภท
  • 2.1 ยอดคงเหลือที่ต่างกัน
  • 2.2 ยอดดุลที่ครอบคลุม
• 3 ตัวอย่างการออกกำลังกาย
• 4 อ้างอิง

สมการทั่วไปของความสมดุลของวัสดุ

ในระบบหรือกระบวนการใด ๆ ที่ควรกำหนดก่อนสิ่งที่เป็นพรมแดนของพวกเขา จากนั้นมันจะรู้ได้ว่าสารประกอบใดที่เข้าหรือออก มันสะดวกที่จะทำโดยเฉพาะอย่างยิ่งหากมีหลายกระบวนการที่ต้องพิจารณา เมื่อพิจารณาหน่วยหรือระบบย่อยทั้งหมดแล้วจะมีการพูดถึงความสมดุลของวัสดุทั่วไป.

ความสมดุลนี้มีสมการซึ่งสามารถนำไปใช้กับระบบใด ๆ ที่ปฏิบัติตามกฎหมายการอนุรักษ์ของมวล สมการมีดังต่อไปนี้:

E + G - S - C = A

โดยที่ E คือจำนวนของสสารที่ เข้าสู่ ระบบ G คืออะไร สร้าง ถ้าปฏิกิริยาทางเคมีเกิดขึ้นในกระบวนการ (เช่นในเครื่องปฏิกรณ์); S คืออะไร ใบไม้ ของระบบ C คืออะไร กิน, อีกครั้งถ้ามีปฏิกิริยา และในที่สุด A คือสิ่งที่คุณ สะสม.

การทำให้เข้าใจง่าย

หากในระบบหรือกระบวนการที่กำลังศึกษาไม่มีปฏิกิริยาทางเคมี G และ C มีค่าเป็นศูนย์ ดังนั้นสมการยังคงเป็น:

E - S = A

หากระบบยังถือว่าอยู่ในสถานะคงที่โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างเห็นได้ชัดในตัวแปรหรือการไหลของส่วนประกอบมันก็บอกว่าไม่มีอะไรสะสมในการตกแต่งภายใน ดังนั้น A จึงเป็นศูนย์และสมการจะจบลงด้วยการทำให้ง่ายขึ้นต่อไป:

E = S

นั่นคือปริมาณของวัสดุที่เข้าสู่เท่ากับจำนวนที่ออกมา ไม่มีอะไรที่จะหายไปหรือหายไป.

ในทางตรงกันข้ามหากมีปฏิกิริยาทางเคมี แต่ระบบอยู่ในสถานะคงที่ G และ C จะมีค่าและ A จะยังคงเป็นศูนย์:

E + G - S - C = 0

E + G = S + C

หมายความว่าในเครื่องปฏิกรณ์มวลของรีเอเจนต์ที่เข้ามาและผลิตภัณฑ์ที่พวกมันสร้างขึ้นนั้นเท่ากับมวลของผลิตภัณฑ์และรีเอเจนต์ที่ออกมา.

ตัวอย่างการใช้งาน: ปลาในแม่น้ำ

สมมติว่าคุณกำลังศึกษาจำนวนปลาในแม่น้ำซึ่งธนาคารมาเพื่อแสดงขอบเขตของระบบ เป็นที่ทราบกันว่าโดยเฉลี่ยแล้วมีปลาป้อน 568 ตัวต่อปีเกิดมา 424 ตัว (สร้างขึ้น) 353 ตัวตาย (กิน) และ 236 อพยพหรือออกจาก.

การใช้สมการทั่วไปแล้วเราได้:

568 + 424 - 353 - 236 = 403

ซึ่งหมายความว่า 403 ปลาต่อปีสะสมอยู่ในแม่น้ำ กล่าวคือต่อปีแม่น้ำอุดมสมบูรณ์มากขึ้นของปลา หาก A มีค่าเป็นลบแสดงว่าจำนวนปลากำลังลดลงซึ่งอาจส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมในทางลบ.

ชนิด

จากสมการทั่วไปคุณสามารถคิดได้ว่ามีสมการสี่แบบสำหรับกระบวนการทางเคมีประเภทต่าง ๆ อย่างไรก็ตามความสมดุลของวัสดุนั้นแบ่งออกเป็นสองประเภทตามเกณฑ์อื่น: เวลา.

สมดุลที่แตกต่าง

ในยอดคงเหลือวัสดุต่างคุณมีปริมาณส่วนประกอบภายในระบบในเวลาหรือช่วงเวลาที่กำหนด ปริมาณมวลที่กล่าวนั้นจะแสดงด้วยหน่วยของเวลาและดังนั้นจึงแทนความเร็ว ตัวอย่างเช่น Kg / h ซึ่งระบุจำนวนกิโลเมตรที่ป้อนออกสะสมสร้างหรือบริโภคในหนึ่งชั่วโมง.

สำหรับที่จะมีการไหลของมวล (หรือปริมาตรที่มีความหนาแน่นอยู่ในมือ) ระบบโดยทั่วไปควรจะเปิด.

ยอดดุลหนึ่ง

เมื่อระบบปิดเช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นกับปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์แบบไม่ต่อเนื่อง (แบบแบทช์) มวลของส่วนประกอบมักจะน่าสนใจกว่าก่อนและหลังกระบวนการ นั่นคือระหว่างเวลาเริ่มต้นและครั้งสุดท้าย t.

ดังนั้นปริมาณจะแสดงเป็นมวลเท่านั้นและไม่ได้ความเร็ว ความสมดุลประเภทนี้เกิดขึ้นทางจิตใจเมื่อใช้เครื่องปั่น: มวลของส่วนผสมที่ใส่จะต้องเท่ากับสิ่งที่เหลืออยู่หลังจากปิดเครื่องยนต์.

ตัวอย่างการออกกำลังกาย

ต้องการเจือจางการไหลของสารละลายเมทานอล 25% ในน้ำโดยมีความเข้มข้นอีก 10% เจือจางให้มากขึ้นในลักษณะที่มีการสร้างสารละลายเมทานอล 17% 100 กิโลกรัมต่อชั่วโมง สารละลายเมทานอลทั้งสองที่ 25 และ 10% ควรเข้าสู่ระบบต่อชั่วโมงเพื่อให้บรรลุสิ่งนี้หรือไม่ สมมติว่าระบบอยู่ในสถานะมั่นคง

แผนภาพต่อไปนี้เป็นตัวอย่างของคำสั่ง:

ไม่มีปฏิกิริยาทางเคมีดังนั้นปริมาณเมทานอลที่เข้าไปจะต้องเท่ากับปริมาณที่ออกมา:

E_{เมทิลแอลกอฮอล์} = S_{เมทิลแอลกอฮอล์}

0.25 n₁^· + 0.10 n₂^· = 0.17 n₃^·

รู้จักเฉพาะค่าของ n เท่านั้น₃^·. ส่วนที่เหลือเป็นสิ่งแปลกปลอม ในการแก้สมการสองสมการนี้ต้องใช้สมดุลอีกอัน: ของน้ำ จากนั้นสร้างสมดุลที่เหมือนกันสำหรับน้ำที่คุณมี:

0.75 n₁^· + 0.90 n₂^· = 0.83 n₃^·

ค่าของ n จะถูกล้างสำหรับน้ำ₁^· (สามารถเป็น n₂^·):

n₁^· = (83 Kg / h - 0.90n₂^·) / (0.75)

แทนแล้ว n₁^· ในสมการสมดุลของวัสดุสำหรับเมทานอลและการแก้เพื่อ₂^· คุณมี:

0.25 [(83 กิโลกรัม / ชั่วโมง - 0.90n)₂^·) / (0.75)] + 0.10 n₂^· = 0.17 (100 กิโลกรัม / ชั่วโมง)

n₂^· = 53.33 Kg / h

และเพื่อให้ได้ n₁^· เพียงลบ:

n₁^· = (100- 53.33) Kg / h

= 46.67 Kg / h

ดังนั้นต่อชั่วโมงจะต้องเข้าสู่ระบบ 46.67 Kg ของสารละลายเมทานอล 25% และ 53.33 Kg ของสารละลาย 10%.

การอ้างอิง

1. Felder และ Rousseau (2000) หลักการเบื้องต้นของกระบวนการทางเคมี (ฉบับที่สอง) แอดดิสันเวสลีย์.
2. FernándezGermán (20 ตุลาคม 2555) นิยามสมดุลของวัสดุ กู้คืนจาก: industriaquimica.net
3. ยอดคงเหลือของสสาร: กระบวนการทางอุตสาหกรรม I. [PDF] ดึงมาจาก: 3.fi.mdp.edu.ar
4. โรงเรียนภูมิภาค UNT ลาปลาตา ( N.d. ) ยอดคงเหลือของสสาร [PDF] สืบค้นจาก: frlp.utn.edu.ar
5. Gómez Claudia S. Quintero ( N.d. ) ยอดคงเหลือของสสาร [PDF] สืบค้นจาก: webdelprofesor.ula.ve