التوازن المادي المعادلة العامة ، أنواع وممارسة

ال التوازن المادي هو حساب المكونات التي تنتمي إلى نظام أو عملية قيد الدراسة. يمكن تطبيق هذا التوازن تقريبًا على أي نوع من أنواع النظام ، حيث يُفترض أن مجموع كتل هذه العناصر يجب أن يظل ثابتًا في أوقات مختلفة من القياسات.

يمكن فهمه كعنصر مكون من الرخام والبكتيريا والحيوانات والسجلات والمكونات اللازمة لكعكة ؛ وفي حالة الكيمياء ، الجزيئات أو الأيونات ، أو بشكل أكثر تحديدًا ، المركبات أو المواد. بعد ذلك ، يجب أن تظل الكتلة الكلية للجزيئات التي تدخل في نظام ، مع أو بدون تفاعل كيميائي ، ثابتة ؛ طالما لا توجد خسائر تسرب.

في الممارسة العملية ، هناك مشاكل لا حصر لها يمكن أن تؤثر على توازن المادة ، بالإضافة إلى مراعاة العديد من ظواهر المسألة وتأثير العديد من المتغيرات (درجة الحرارة ، الضغط ، التدفق ، التحريض ، حجم المفاعل ، إلخ).

على الورق ، ومع ذلك ، يجب أن تتزامن حسابات توازن المواد ؛ وهذا يعني أن كتلة المركبات الكيميائية يجب ألا تختفي في أي وقت. صنع هذا التوازن مماثل لوضع كومة من الصخور في الميزان. إذا خرجت إحدى الجماهير عن مكانها ، فسوف ينهار كل شيء ؛ في هذه الحالة ، فهذا يعني أن الحسابات خاطئة.

مؤشر

• 1 المعادلة العامة لتوازن المواد
  • 1.1 التبسيط
  • 1.2 مثال على استخدامه: الأسماك في النهر
• 2 أنواع
  • 2.1 التوازن التفاضلي
  • 2.2 التوازن الشامل
• 3 ممارسة عينة
• 4 المراجع

المعادلة العامة لتوازن المواد

في أي نظام أو عملية يجب أن تحدد أولاً ما هي حدودها. ومنهم ، سيتم معرفة المركبات التي تدخل أو تخرج. من المريح القيام بذلك خاصةً إذا كانت هناك وحدات متعددة من العملية يجب مراعاتها. عند النظر في جميع الوحدات أو النظم الفرعية ، تتم مناقشة توازن المواد العام.

هذا التوازن له معادلة ، والتي يمكن تطبيقها على أي نظام يطيع قانون الحفاظ على الكتلة. المعادلة هي التالية:

E + G - S - C = A

حيث E هو مقدار الأمر يدخل إلى النظام ؛ G هو ما هو يولد إذا حدث تفاعل كيميائي في العملية (كما في المفاعل) ؛ S هو ما أوراق من النظام ؛ C هو ما هو تستهلك, مرة أخرى ، إذا كان هناك رد فعل ؛ وأخيرا ، A هو ما أنت يتراكم.

تبسيط

إذا لم يكن هناك أي تفاعل كيميائي في النظام أو العملية قيد الدراسة ، فإن G و C تساوي صفراً. وبالتالي ، تبقى المعادلة كما يلي:

E - S = A

إذا كان النظام أيضًا في حالة ثابتة ، دون تغييرات ملحوظة في متغيرات المكونات أو تدفقاتها ، يُقال إنه لا يوجد شيء يتراكم داخلها. لذلك ، A تساوي صفر ، وتنتهي المعادلة لتصبح مبسطة أكثر:

E = S

وهذا يعني أن كمية المواد التي تدخل تساوي الكمية التي تخرج. لا شيء يمكن أن يضيع أو يختفي.

من ناحية أخرى ، إذا كان هناك تفاعل كيميائي ، ولكن النظام في حالة ثابتة ، سيكون للقيم G و C القيم وسيظل A صفراً:

E + G - S - C = 0

E + G = S + C

بمعنى أن كتلة الكواشف الواردة في المفاعل والمنتجات التي تولدها في المفاعل تساوي كتلة المنتجات والكواشف التي تخرج ، والكواشف المستهلكة.

مثال على استخدامه: الأسماك في النهر

لنفترض أنك تدرس عدد الأسماك الموجودة في النهر ، والتي تمثل ضفافها حدود النظام. من المعروف أن ما متوسطه 568 سمكة تدخل في السنة ، يولد 424 سم (يولد) ، و 353 يموت (يستهلك) ، و 236 يهاجر أو يغادر.

بتطبيق المعادلة العامة لدينا:

568 + 424 - 353 - 236 = 403

وهذا يعني أن 403 سمكة تتراكم سنويًا في النهر ؛ وهذا يعني ، في كل عام يتم تخصيب النهر من الأسماك. إذا كانت قيمة A سالبة ، فهذا يعني أن عدد الأسماك يتناقص ، وربما إلى تأثيرات بيئية سلبية.

نوع

من المعادلة العامة ، يمكنك أن تعتقد أن هناك أربع معادلات لأنواع مختلفة من العمليات الكيميائية. ومع ذلك ، يتم تقسيم توازن المواد إلى نوعين وفقًا لمعيار آخر: الوقت.

التوازن التفاضلي

في توازن المواد التفاضلية لديك كمية المكونات داخل النظام في وقت معين أو لحظة معينة. يتم التعبير عن كميات الكتلة المذكورة بوحدات زمنية ، وبالتالي تمثل سرعات ؛ على سبيل المثال ، كجم / ساعة ، تشير إلى عدد الكيلومترات التي تدخل أو تغادر أو تتراكم أو تولد أو تستهلك في ساعة واحدة.

لكي تكون هناك كتلة (أو حجمية ، مع كثافة في متناول اليد) ، يجب أن يكون النظام مفتوحًا بشكل عام.

توازن متكامل

عندما يكون النظام مغلقًا ، كما يحدث مع التفاعلات المنفذة في المفاعلات المتقطعة (نوع الدُفعة) ، تكون كتل مكوناته عادة أكثر إثارة للاهتمام قبل العملية وبعدها ؛ وهذا هو ، بين الأوقات الأولية والنهائية ر.

لذلك ، يتم التعبير عن الكميات على أنها مجرد كتل وليس بسرعة. يتكون هذا النوع من التوازن عقلياً عند استخدام الخلاط: كتلة المكونات التي تدخل يجب أن تكون مساوية لما يتبقى بعد إيقاف تشغيل المحرك.

مثال التمرين

من المرغوب فيه تخفيف تدفق محلول الميثانول بنسبة 25 ٪ في الماء ، مع تركيز آخر بنسبة تركيز 10 ٪ ، أكثر مخففة ، بحيث يتم توليد 100 كجم / ساعة من محلول الميثانول بنسبة 17 ٪. كم من محاليل الميثانول ، بنسبة 25 و 10٪ ، يجب أن يدخل النظام في الساعة لتحقيق ذلك؟ افترض أن النظام في حالة مستقرة

يوضح المخطط التالي البيان:

لا يوجد أي تفاعل كيميائي ، لذلك يجب أن تكون كمية الميثانول التي تدخل تدخل مساوية لتلك التي تظهر:

E_{الميثانول} = س_{الميثانول}

0.25 ن₁^· + 0.10 ن₂^· = 0.17 ن₃^·

فقط قيمة n معروفة₃^·. الباقي مجهول. لحل هذه المعادلة بين مجهولين ، هناك حاجة إلى توازن آخر: توازن الماء. ثم تحقيق التوازن نفسه للمياه لديك:

0.75 ن₁^· + 0.90 ن₂^· = 0.83 ن₃^·

يتم مسح قيمة n للمياه₁^· (يمكن أن يكون أيضا ن₂^·):

ن₁^· = (83 كجم / ساعة - 0.90n₂^·) / (0.75)

استبدال ثم ن₁^· في معادلة توازن المواد للميثانول ، وحل ل₂^· لديك:

0.25 [(83 كجم / ساعة - 0.90n₂^·) / (0.75)] + 0.10 ن₂^· = 0.17 (100 كجم / ساعة)

ن₂^· = 53.33 كجم / ساعة

وللحصول على n₁^· ببساطة اطرح:

ن₁^· = (100- 53.33) كجم / ساعة

= 46.67 كجم / ساعة

لذلك ، يجب أن تدخل الساعة إلى نظام 46.67 كجم من محلول الميثانول بنسبة 25 ٪ ، و 53.33 كجم من محلول 10 ٪.

مراجع

1. فيلدر و روسو. (2000). المبادئ الأولية للعمليات الكيميائية. (الطبعة الثانية.). أديسون ويسلي.
2. فرنانديز جيرمان. (20 أكتوبر 2012). تعريف التوازن المادي. تعافى من: industriaquimica.net
3. أرصدة المادة: العمليات الصناعية I. [PDF]. تم الاسترجاع من: 3.fi.mdp.edu.ar
4. UNT المدرسة الإقليمية لا بلاتا. (بدون تاريخ). توازن المسألة. [PDF]. تم الاسترجاع من: frlp.utn.edu.ar
5. غوميز كلوديا إس. كوينتيرو. (بدون تاريخ). توازن المسألة. [PDF]. تم الاسترجاع من: webdelprofesor.ula.ve