Keseimbangan materi persamaan umum, jenis dan latihan



itu keseimbangan material adalah penghitungan komponen yang termasuk dalam sistem atau proses yang diteliti. Keseimbangan ini dapat diterapkan hampir untuk semua jenis sistem, karena diasumsikan bahwa jumlah massa elemen tersebut harus tetap konstan pada waktu pengukuran yang berbeda..

Dapat dipahami sebagai komponen kelereng, bakteri, hewan, batang kayu, bahan untuk kue; dan dalam hal kimia, molekul atau ion, atau lebih khusus, senyawa atau zat. Kemudian, massa total molekul yang memasuki sistem, dengan atau tanpa reaksi kimia, harus tetap konstan; selama tidak ada kerugian kebocoran.

Dalam praktiknya ada banyak masalah yang dapat mempengaruhi keseimbangan materi, selain memperhitungkan berbagai fenomena materi dan pengaruh banyak variabel (suhu, tekanan, aliran, agitasi, ukuran reaktor, dll.).

Namun di atas kertas, perhitungan keseimbangan material harus bersamaan; artinya, massa senyawa kimia tidak boleh hilang kapan saja. Membuat keseimbangan ini analog dengan menempatkan tumpukan batu dalam keseimbangan. Jika salah satu massa keluar dari tempatnya, semuanya berantakan; dalam hal ini, itu berarti perhitungannya salah.

Indeks

  • 1 Persamaan umum keseimbangan material
    • 1.1 Penyederhanaan
    • 1.2 Contoh penggunaannya: ikan di sungai
  • 2 Jenis
    • 2.1 Neraca diferensial
    • 2.2 Keseimbangan yang komprehensif
  • 3 Contoh latihan
  • 4 Referensi

Persamaan umum keseimbangan material

Dalam sistem atau proses apa pun harus didefinisikan terlebih dahulu apa perbatasannya. Dari mereka, akan diketahui senyawa mana yang masuk atau keluar. Lebih mudah melakukannya terutama jika ada beberapa unit proses yang perlu dipertimbangkan. Ketika semua unit atau subsistem dipertimbangkan, maka keseimbangan materi umum dibahas.

Keseimbangan ini memiliki persamaan, yang dapat diterapkan pada sistem apa pun yang mematuhi hukum kekekalan massa. Persamaannya adalah sebagai berikut:

E + G - S - C = A

Di mana E adalah jumlah materi itu masuk ke sistem; G adalah apa adanya menghasilkan jika reaksi kimia terjadi dalam proses (seperti dalam reaktor); S adalah apa pergi dari sistem; C adalah apa adanya mengkonsumsi, lagi, jika ada reaksi; dan akhirnya, A adalah apa yang Anda menumpuk.

Penyederhanaan

Jika dalam sistem atau proses yang dipelajari tidak ada reaksi kimia, G dan C bernilai nol. Jadi, persamaannya tetap sebagai:

E - S = A

Jika sistem juga dianggap dalam keadaan stasioner, tanpa perubahan yang cukup besar dalam variabel atau aliran komponen, dikatakan bahwa tidak ada yang menumpuk di interiornya. Oleh karena itu, A adalah nol, dan persamaan akhirnya disederhanakan lebih lanjut:

E = S

Artinya, jumlah material yang masuk sama dengan jumlah yang keluar. Tidak ada yang bisa hilang atau hilang.

Di sisi lain, jika ada reaksi kimia, tetapi sistem dalam keadaan stasioner, G dan C akan memiliki nilai dan A akan tetap nol:

E + G - S - C = 0

E + G = S + C

Artinya dalam reaktor massa reagen yang masuk dan produk yang dihasilkannya, sama dengan massa produk dan reagen yang keluar, dan reagen yang dikonsumsi.

Contoh penggunaannya: ikan di sungai

Misalkan Anda mempelajari jumlah ikan di sungai, yang tepiannya mewakili batas sistem. Diketahui bahwa rata-rata 568 ikan masuk per tahun, 424 dilahirkan (dihasilkan), 353 mati (dikonsumsi), dan 236 bermigrasi atau pergi.

Menerapkan persamaan umum maka kita memiliki:

568 + 424 - 353 - 236 = 403

Ini berarti bahwa 403 ikan per tahun menumpuk di sungai; artinya, per tahun sungai ini diperkaya lebih banyak ikan. Jika A memiliki nilai negatif, itu berarti bahwa jumlah ikan berkurang, mungkin dampak lingkungan negatif.

Jenis

Dari persamaan umum Anda dapat berpikir bahwa ada empat persamaan untuk berbagai jenis proses kimia. Namun, keseimbangan material dibagi menjadi dua jenis sesuai dengan kriteria lain: waktu.

Saldo diferensial

Dalam keseimbangan bahan diferensial, Anda memiliki jumlah komponen dalam suatu sistem pada waktu atau saat tertentu. Jumlah massa tersebut dinyatakan dengan satuan waktu, dan karenanya, mewakili kecepatan; misalnya, Kg / jam, menunjukkan berapa kilometer masuk, pergi, menumpuk, menghasilkan atau mengkonsumsi dalam satu jam.

Untuk itu ada massa (atau volumetrik, dengan kepadatan di tangan) mengalir, sistem umumnya harus terbuka.

Saldo integral

Ketika sistem ditutup, seperti yang terjadi dengan reaksi yang dilakukan dalam reaktor intermiten (tipe batch), massa komponennya biasanya lebih menarik sebelum dan sesudah proses; yaitu antara waktu awal dan akhir t.

Karena itu, kuantitas dinyatakan sebagai massa belaka dan bukan kecepatan. Jenis keseimbangan ini dibuat secara mental saat menggunakan blender: massa bahan yang masuk harus sama dengan apa yang tersisa setelah mematikan mesin..

Contoh latihan

Yang diinginkan untuk mengencerkan aliran larutan metanol 25% dalam air, dengan konsentrasi 10% lainnya, lebih encer, sedemikian rupa sehingga dihasilkan 100 Kg / jam larutan metanol 17%. Berapa banyak dari kedua solusi metanol, pada 25 dan 10%, harus memasuki sistem per jam untuk mencapai ini? Asumsikan bahwa sistem berada dalam kondisi mapan

Diagram berikut mencontohkan pernyataan:

Tidak ada reaksi kimia, sehingga jumlah metanol yang masuk harus sama dengan yang keluar:

EMetanol = SMetanol

0,25 n1· + 0,10 n2· = 0,17 n3·

Hanya nilai n yang diketahui3·. Sisanya tidak diketahui. Untuk menyelesaikan persamaan dua hal yang tidak diketahui ini, diperlukan keseimbangan lain: air. Kemudian buat keseimbangan yang sama untuk air yang Anda miliki:

0,75 n1· + 0,90 n2· = 0,83 n3·

Nilai n dibersihkan untuk air1· (bisa juga n2·):

n1· = (83 Kg / jam - 0.90n2·) / (0,75)

Mengganti kemudian n1· dalam persamaan keseimbangan bahan untuk metanol, dan pemecahan untuk2· Anda memiliki:

0,25 [(83 Kg / jam - 0,90n2·) / (0,75)] + 0,10 n2· = 0,17 (100 Kg / jam)

n2· = 53,33 Kg / jam

Dan untuk mendapatkan n1· cukup kurangi:

n1· = (100- 53,33) Kg / jam

= 46,67 Kg / jam

Oleh karena itu, per jam harus memasuki sistem 46,67 Kg larutan metanol 25%, dan 53,33 Kg dari larutan 10%.

Referensi

  1. Felder dan Rousseau. (2000). Prinsip dasar proses kimia. (Edisi kedua.) Addison Wesley.
  2. Fernández Germán. (20 Oktober 2012). Definisi keseimbangan material. Dipulihkan dari: industriaquimica.net
  3. Saldo materi: proses industri I. [PDF]. Diperoleh dari: 3.fi.mdp.edu.ar
  4. Sekolah Regional UNT La Plata. (s.f.). Neraca materi. [PDF] Diperoleh dari: frlp.utn.edu.ar
  5. Gómez Claudia S. Quintero. (s.f.). Neraca materi. [PDF] Diperoleh dari: webdelprofesor.ula.ve