Equilibrio di ciò che è, equazione generale, tipi

Lui Equilibrio materiale È il conteggio dei componenti che appartengono a un sistema o processo in studio. Questo saldo può essere applicato quasi a qualsiasi tipo di sistema, poiché si presume che la somma delle masse di tali elementi debba rimanere costante a diverse misurazioni delle misurazioni.

Puoi capire per componente a marmi, batteri, animali, legname, ingredienti per una torta; e nel caso di chimica, molecole o ioni, o più specificamente, composti o sostanze. Quindi, la massa totale delle molecole che entrano in un sistema, con o senza reazione chimica deve rimanere costante; Finché non ci sono perdite perdite.

In pratica, vengono presentati innumerevoli problemi che possono influire sull'equilibrio della materia, oltre a tenere conto di vari fenomeni della materia e dell'effetto di molte variabili (temperatura, pressione, flusso, agitazione, dimensione del reattore, ecc.).

Sulla carta, tuttavia, i calcoli dell'equilibrio della materia devono coincidere; Cioè, la massa di composti chimici non dovrebbe scomparire in nessun momento. Rendere questo equilibrio è analogo per mettere in equilibrio un mucchio di rocce. Se una delle masse si mette fuori posto, tutto sta cadendo a pezzi; In questo caso, ciò significherebbe che i calcoli sono sbagliati.

Equazione generale del saldo del soggetto

In ogni sistema o processo, deve prima essere definito quali sono i loro confini. Da loro, sarà noto ciò che i composti entrano o se ne andranno. È conveniente farlo soprattutto se ci sono più unità di processo da considerare. Quando vengono prese in considerazione tutte le unità o i sottosistemi, si parla di un bilancio di materia generale.

Questo saldo ha un'equazione, che può essere applicata a qualsiasi sistema che obbedisce alla legge di conservazione di massa. L'equazione è la seguente:

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E + g - s - c = a

Dove e è la quantità di materia che entra Al sistema; G è quello che so creare Se si verifica una reazione chimica nel processo (come in un reattore); S è cosa viene fuori del sistema; C è quello che so consumare, Ancora una volta, se c'è una reazione; E infine, è quello che so si accumula.

Semplificazione

Se nel sistema o nel processo studiato non vi è alcuna reazione chimica, G e C valgono zero. Pertanto, l'equazione rimane:

E - s = a

Se il sistema è anche considerato nello stato stazionario, senza cambiamenti apprezzabili nelle variabili o nei flussi dei componenti, si dice che nulla si accumula all'interno. Pertanto, vale lo zero e l'equazione finisce per semplificare ancora di più:

E = s

Cioè, la quantità di materia che entra è uguale a quella che viene fuori. Niente può essere perso o scomparire.

D'altra parte, se c'è una reazione chimica, ma il sistema è nello stato stazionario, G e C avranno valori e continueranno ad essere zero:

E + g - s - c = 0

E + g = s + c

Significa che in un reattore la massa dei reagenti che entrano e dei prodotti che generano in esso sono uguali alla massa dei prodotti e dei reagenti che escono e dei reagenti consumati.

Esempio del suo uso: pesce nel fiume

Supponiamo che il numero di pesci in un fiume venga studiato, le cui banche arrivano a rappresentare il confine del sistema. È noto che in media 568 pesci entrano all'anno, 424 sono nati (generati), 353 muori (consumare) e 236 emigrare o lasciare.

Applicando l'equazione generale di quanto hai:

568 + 424 - 353 - 236 = 403

Ciò significa che per 403 pesci si accumulano nel fiume; Cioè, all'anno il fiume arricchisce più pesci. Se avessi un valore negativo, significherebbe che il numero di pesci sta diminuendo, forse a impatti ambientali negativi.

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Ragazzi

Dall'equazione generale puoi pensare che ci siano quattro equazioni per diversi tipi di processi chimici. Tuttavia, l'equilibrio della materia è diviso in due tipi in base a un altro criterio: tempo.

Equilibrio differenziale

In equilibrio della materia differenziale c'è la quantità di componenti all'interno di un sistema in un determinato tempo o tempo. Queste quantità di massa sono espresse con unità di tempo e quindi rappresentano velocità; Ad esempio, kg/h, indicando quanti chilometri entrano, lasciano, accumulano, generano o consumano in un'ora.

In modo che ci siano massa (o flussi volumetrici, con la densità a portata di mano), il sistema deve essere generalmente aperto.

Equilibrio integrale

Quando il sistema è chiuso, come con le reazioni eseguite nei reattori intermittenti (tipo batch), le masse dei suoi componenti di solito interessano prima e dopo il processo; Questo è, tra i tempi T iniziali e finali.

Pertanto, le quantità sono espresse come semplici masse e non come velocità. Questo tipo di equilibrio viene effettuato mentalmente quando viene utilizzato un frullatore: la massa degli ingredienti che entrano deve essere uguale a quello a sinistra dopo il motore.

Esempio di esercizio

Si desidera diluire un flusso di una soluzione di metanolo al 25% in acqua, con un'altra di una concentrazione del 10%, più diluita, in modo tale che 100 kg/h siano generati da una soluzione di metanolo del 17%. Quanto di entrambe le soluzioni di metanolo, al 25 e al 10%, devono entrare nel sistema all'ora per raggiungere questo obiettivo? Supponiamo che il sistema sia allo stato stazionario

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Il seguente diagramma esemplifica l'affermazione:

Diagramma di flusso per la diluizione della diluizione della soluzione di metanolo. Fonte: Gabriel Bolívar.

Non vi è alcuna reazione chimica, quindi la quantità di metanolo che entra deve essere uguale a quella che viene fuori:

E_Metanolo = S_Metanolo

0,25 n₁^· + 0,10 n₂^· = 0,17 n₃^·

È noto solo il valore di n₃^·. Il resto sono sconosciuti. Per risolvere questa equazione di due incognite, è necessario un altro equilibrio: quello dell'acqua. Quindi fare lo stesso equilibrio per l'acqua è:

0,75 n₁^· + 0.90 n₂^· = 0,83 n₃^·

Il valore di n viene eliminato per l'acqua₁^· (Può anche essere n₂^·)

N₁^· = (83 kg/h - 0,90N₂^·)/ (0,75)

Sostituzione quindi n₁^· Nell'equazione dell'equilibrio della materia per il metanolo e della risoluzione per n₂^· Hai:

0,25 [(83 kg/h - 0,90N₂^·)/ (0,75)] + 0,10 N₂^· = 0,17 (100 kg/h)

N₂^· = 53,33 kg/h

E per ottenere n₁^· Sottrai:

N₁^· = (100-53,33) kg/h

= 46,67 kg/h

Pertanto, all'ora è necessario inserire il sistema da 46,67 kg di soluzione di metanolo al 25%e 53,33 kg della soluzione al 10%.

Riferimenti

1. Felder e Rousseau. (2000). Principi elementari dei processi chimici. (Seconda edizione.). Addison Wesley.
2. Fernández Germán. (20 ottobre 2012). Definizione di Balance Matter. Recuperato da: industria.netto