物質収支一般式、タイプおよび運動



の 物質収支 検討中のシステムまたはプロセスに属するコンポーネントの数です。このような要素の質量の合計は測定の異なる時点で一定のままでなければならないと想定されるので、このバランスはほとんどすべてのタイプのシステムに適用することができます。.

成分の大理石、細菌、動物、丸太、ケーキの材料として理解することができます。そして化学の場合、分子またはイオン、またはより具体的には化合物または物質。その場合、化学反応の有無にかかわらず、系に入る分子の全質量は一定に保たれなければなりません。漏れ損失がない限り.

実際には、物質のさまざまな現象や多くの変数（温度、圧力、流量、攪拌、反応器サイズなど）の影響を考慮に入れることに加えて、物質のバランスに影響を与え得る無数の問題があります。.

しかし、紙の上では、物質収支の計算は一致しなければなりません。つまり、化合物の質量はいつでも消えてはいけません。このバランスをとることは、岩の山をバランスに置くことに似ています。大衆の1人が場違いになると、すべてがばらばらになります。この場合、それは計算が間違っていることを意味するでしょう.

索引

  • 1物質収支の一般式
    • 1.1単純化
    • 1.2その使用例：川の魚
  • 2種類
    • 2.1差動バランス
    • 2.2総合バランス
  • 3練習問題
  • 4参考文献

物質収支の一般式

どのようなシステムやプロセスにおいても、最初にそれらの境界となるものを定義する必要があります。それらから、どの化合物が出入りするかが分かるだろう。考慮すべきプロセスの複数の単位がある場合は特にそうするのが便利です。すべてのユニットまたはサブシステムが考慮されると、一般的な物質収支が議論されます。.

このバランスには方程式があり、それは質量保存則に従うあらゆるシステムに適用することができます。式は次のとおりです。

E + G - S - C = A

ここで、Eは 入る システムに。 Gは何ですか 生成する （反応器のように）プロセス中に化学反応が起こった場合。 Sは何ですか 葉っぱ システムのCは何ですか 消費する, 反応があるならば。そして最後に、Aはあなたのものです 蓄積する.

単純化

研究中のシステムまたはプロセスで化学反応がない場合、GとCはゼロになります。したがって、式は次のようになります。

E - S = A

システムが定常状態にあると見なされても、構成要素の変数または流れにそれほど変化がない場合、その内部には何も蓄積されないと言われる。したがって、Aはゼロで、式はさらに単純化されます。

E = S

つまり、入る材料の量は出る量と同じです。失われたり消えたりすることはできません.

一方、化学反応があるがシステムが定常状態にある場合、GとCは値を持ち、Aはゼロのままになります。

E + G - S - C = 0

E + G = S + C

反応器内で入ってくる試薬とそれらがその中で生成する生成物の質量は、出てくる生成物と試薬の質量、そして消費される試薬に等しいことを意味する.

使用例：川の魚

あなたが川の中の魚の数を調べていると仮定しよう。その銀行はシステムの境界を表すようになる。年間平均568匹の魚が生まれる、424匹が生まれる（生成される）、353匹が死ぬ（消費する）、および236匹が移動するか離れることが知られている.

一般式を適用すると、次のようになります。

568 + 424 - 353 - 236 = 403

これは、1年に403個の魚が川に蓄積することを意味します。つまり、1年ごとに川の魚はより豊かになります。もしAがマイナスの値を持っていたら、それはおそらくマイナスの環境影響に魚の数が減少していることを意味するでしょう.

タイプ

一般式から、化学プロセスの種類ごとに4つの式があると考えることができます。ただし、品目残高は別の基準に従って2つのタイプに分けられます。.

微分バランス

差異品目残高では、特定の時間または瞬間におけるシステム内の構成品目の数量を把握できます。前記質量量は時間の単位で表され、したがって速度を表す。たとえば、Kg / hは、1時間に何キロメートルに入ったり、出たり、蓄積したり、生成したり、消費したりするかを示します。.

質量（または密度、当面の密度）流があるためには、システムは一般に開放されているべきです。.

積分バランス

断続的な反応器（バッチ型）で行われる反応で起こるように、系が閉じられているとき、その成分の質量はプロセスの前後で通常よりおもしろい。つまり、最初と最後の時間の間.

したがって、量は単なる質量として表現され、速度ではありません。このタイプのバランスは、ブレンダーを使用するときに精神的に行われます。入る成分の質量は、エンジンを切った後に残るものの質量と等しくなければなりません。.

演習の例

１００Ｋｇ ／ ｈの１７％メタノール溶液が生成されるように、２５％メタノール溶液の流れを１０％以上の他の濃度の水溶液で希釈することが望ましい。これを達成するには、1時間に25％と10％の両方のメタノール溶液がシステムに入る必要がありますか。システムが定常状態にあると想定

次の図はその文を例示しています。

化学反応はないので、入ってくるメタノールの量は出てくるものと同じでなければなりません。

Eメタノール = Sメタノール

0.25 n1・ + 0.10 n2・ = 0.17 n3・

nの値だけがわかっている3・. 残りは未知数です。この2つの未知数の方程式を解くには、もう1つのバランス、つまり水のバランスが必要です。それからあなたが持っている水のために同じバランスを作る：

0.75 n1・ + 0.90 n2・ = 0.83 n3・

nの値は水に対してクリアされます1・ （nも可能2・）：

n1・ =（83 Kg / h - 0.90n）2・）/（0.75）

代入してn1・ メタノールの物質収支方程式に2・ あなたが持っている：

0.25 [（83 Kg / h - 0.90 n2・）/（0.75）] + 0.10 n2・ = 0.17（100 Kg / h）

n2・ = 53.33 Kg / h

そしてnを得るために1・ 単に引きます：

n1・ =（100 - 53.33）Kg / h

= 46.67 Kg / h

したがって、1時間あたり、25％メタノール溶液46.67 Kg、および10％溶液53.33 Kgをシステムに入れる必要があります。.

参考文献

  1. フェルダーとルソー。 （2000）。化学プロセスの基本原則（第2版）。アディソンウェズリー.
  2. フェルナンデス・ゲルマン。 （2012年10月20日）物質収支の定義から回収された：industriaquimica.net
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