- Persamaan umum keseimbangan jisim
- Penyederhanaan
- Contoh penggunaan: ikan di sungai
- Jenis-Jenis
- Imbangan perbezaan
- Imbangan komprehensif
- Contoh latihan
- Rujukan
Imbangan bahan adalah kiraan komponen yang tergolong dalam sistem atau proses yang sedang dikaji. Keseimbangan ini dapat diterapkan pada hampir semua jenis sistem, kerana diasumsikan bahawa jumlah jisim elemen tersebut harus tetap tetap pada masa pengukuran yang berbeza.
Komponen tersebut dapat difahami sebagai guli, bakteria, haiwan, kayu balak, bahan untuk kek; dan dalam hal kimia, molekul atau ion, atau lebih khusus lagi, sebatian atau bahan. Oleh itu, jumlah jisim molekul yang memasuki sistem, dengan atau tanpa tindak balas kimia, mesti tetap; selagi tidak ada kerugian kebocoran.
Cerucuk batu: contoh literal perkara seimbang. Sumber: Pxhere.
Dalam praktiknya terdapat banyak masalah yang dapat mempengaruhi keseimbangan jirim, di samping mengambil kira pelbagai fenomena jirim dan pengaruh banyak pemboleh ubah (suhu, tekanan, aliran, pergolakan, ukuran reaktor, dll.).
Walau bagaimanapun, di atas kertas, pengiraan keseimbangan jisim mesti sepadan; iaitu, jisim sebatian kimia tidak boleh hilang pada bila-bila masa. Mengambil keseimbangan ini sama dengan mengimbangi timbunan batu. Sekiranya salah satu daripada massa keluar dari tempatnya, semuanya berantakan; dalam kes ini, ini bermaksud bahawa pengiraannya salah.
Persamaan umum keseimbangan jisim
Dalam mana-mana sistem atau proses, ia mesti ditentukan terlebih dahulu apa hadnya. Dari mereka, akan diketahui sebatian mana yang masuk atau keluar. Ini sangat sesuai jika terdapat beberapa unit proses yang perlu dipertimbangkan. Apabila semua unit atau subsistem dipertimbangkan, maka kita bercakap mengenai keseimbangan jisim umum.
Keseimbangan ini mempunyai persamaan, yang dapat diterapkan pada sistem apa pun yang mematuhi undang-undang pemuliharaan massa. Persamaannya adalah seperti berikut:
E + G - S - C = A
Di mana E adalah jumlah bahan yang memasuki sistem; G adalah apa yang dihasilkan jika tindak balas kimia berlaku dalam proses (seperti dalam reaktor); S adalah apa yang keluar dari sistem; C adalah apa yang dimakan , sekali lagi, jika terdapat reaksi; dan akhirnya, A adalah apa yang terkumpul .
Penyederhanaan
Sekiranya tidak ada tindak balas kimia dalam sistem atau proses yang dikaji, G dan C bernilai sifar. Oleh itu, persamaannya seperti:
E - S = A
Sekiranya sistem ini juga dipertimbangkan dalam keadaan stabil, tanpa perubahan yang ketara dalam pemboleh ubah atau aliran komponen, dikatakan tidak ada yang terkumpul di dalamnya. Oleh itu, A bernilai sifar, dan persamaan akhirnya dipermudahkan:
E = S
Dengan kata lain, jumlah bahan yang masuk adalah sama dengan yang tinggal. Tidak ada yang boleh hilang atau hilang.
Sebaliknya, jika terdapat tindak balas kimia, tetapi sistem dalam keadaan stabil, G dan C akan mempunyai nilai dan A akan tetap sifar:
E + G - S - C = 0
E + G = S + C
Maksudnya dalam reaktor jisim reagen yang masuk dan produk yang dihasilkannya di dalamnya, sama dengan jisim produk dan reagen yang keluar, dan reagen yang dimakan.
Contoh penggunaan: ikan di sungai
Katakan anda mengkaji jumlah ikan di sungai, yang tebingnya mewakili batas sistem. Telah diketahui bahawa rata-rata 568 ikan masuk per tahun, 424 dilahirkan (menjana), 353 mati (memakan), dan 236 berhijrah atau meninggalkan.
Menerapkan persamaan umum yang kita ada ketika itu:
568 + 424 - 353 - 236 = 403
Ini bermaksud bahawa setiap tahun 403 ikan terkumpul di sungai; iaitu, setiap tahun sungai menjadi kaya dengan ikan. Sekiranya A mempunyai nilai negatif, ini berarti jumlah ikan berkurang, mungkin disebabkan oleh kesan negatif terhadap alam sekitar.
Jenis-Jenis
Dari persamaan umum dapat difikirkan bahawa terdapat empat persamaan untuk pelbagai jenis proses kimia. Walau bagaimanapun, keseimbangan jisim dibahagikan kepada dua jenis mengikut kriteria lain: masa.
Imbangan perbezaan
Dalam keseimbangan bahan pembezaan, kita mempunyai kuantiti komponen dalam sistem pada waktu atau saat tertentu. Kuantiti jisim tersebut dinyatakan dalam satuan masa, dan oleh itu, mewakili kelajuan; sebagai contoh, Kg / h, menunjukkan berapa kilometer masuk, meninggalkan, mengumpul, menjana atau memakan dalam satu jam.
Agar terdapat aliran massa (atau volumetrik, dengan ketumpatan di tangan), sistem pada amnya mesti terbuka.
Imbangan komprehensif
Apabila sistem ditutup, seperti yang berlaku dengan tindak balas yang dilakukan dalam reaktor berselang (jenis kumpulan), jisim komponennya biasanya lebih menarik sebelum dan sesudah proses; iaitu antara masa awal dan akhir t.
Oleh itu, kuantiti dinyatakan sebagai massa belaka dan bukan halaju. Jenis keseimbangan ini dibuat secara mental ketika menggunakan pengisar: jisim bahan yang masuk mestilah sama dengan yang tinggal setelah mematikan mesin.
Contoh latihan
Diinginkan untuk mencairkan aliran larutan metanol 25% di dalam air, dengan konsentrasi 10% yang lain, lebih encer, sedemikian rupa sehingga dihasilkan 100 Kg / jam larutan metanol 17%. Berapa banyak larutan metanol 25% dan 10% mesti masuk ke dalam sistem setiap jam untuk mencapainya? Anggap sistem dalam keadaan stabil
Gambar rajah berikut menunjukkan pernyataan:
Gambar rajah aliran untuk keseimbangan jisim pencairan larutan metanol. Sumber: Gabriel Bolívar.
Tidak ada tindak balas kimia, jadi jumlah metanol yang masuk mestilah sama dengan jumlah yang tersisa:
E Metanol = S Metanol
0,25 n 1 · + 0,10 n 2 · = 0,17 n 3 ·
Hanya nilai n 3 · yang diketahui . Selebihnya tidak diketahui. Untuk menyelesaikan persamaan dua yang tidak diketahui ini, keseimbangan lain diperlukan: keseimbangan air. Membuat keseimbangan yang sama untuk air, kami mempunyai:
0,75 n 1 · + 0,90 n 2 · = 0,83 n 3 ·
Nilai n 1 · dipecahkan untuk air (boleh juga n 2 · ):
n 1 · = (83 Kg / jam - 0,90n 2 · ) / (0,75)
Menggantikan n 1 · dalam persamaan keseimbangan jisim untuk metanol, dan menyelesaikan untuk n 2 · kita mempunyai:
0.25 + 0.10 n 2 · = 0.17 (100 Kg / j)
n 2 · = 53.33 Kg / j
Dan untuk n 1 · tolak secara sederhana:
n 1 · = (100- 53.33) Kg / j
= 46.67 Kg / j
Oleh itu, setiap jam, 46.67 kg larutan metanol 25% dan larutan 53.33 kg 10% mesti masuk ke dalam sistem.
Rujukan
- Felder dan Rousseau. (2000). Prinsip asas proses kimia. (Edisi kedua.). Addison Wesley.
- Fernández Germán. (20 Oktober 2012). Definisi keseimbangan jisim. Dipulihkan dari: industriaquimica.net
- Imbangan jirim: proses perindustrian I. Dipulihkan dari: 3.fi.mdp.edu.ar
- Kolej Wilayah UNT La Plata. (sf). Imbangan bahan. . Dipulihkan dari: frlp.utn.edu.ar
- Gómez Claudia S. Quintero. (sf). Imbangan bahan. . Dipulihkan dari: webdelprofesor.ula.ve