- Persamaan umum keseimbangan massa
- Penyederhanaan
- Contoh penggunaan: ikan di sungai
- Jenis
- Keseimbangan diferensial
- Keseimbangan yang komprehensif
- Contoh latihan
- Referensi
Keseimbangan material adalah jumlah komponen yang termasuk dalam sistem atau proses yang diteliti. Keseimbangan ini dapat diterapkan pada hampir semua jenis sistem, karena diasumsikan bahwa jumlah massa elemen tersebut harus tetap konstan pada waktu pengukuran yang berbeda.
Komponen dapat dipahami sebagai kelereng, bakteri, hewan, kayu gelondongan, bahan untuk membuat kue; dan dalam kasus kimia, molekul atau ion, atau lebih khusus lagi, senyawa atau zat. Jadi massa total molekul yang memasuki sistem, dengan atau tanpa reaksi kimia, harus tetap; selama tidak ada kerugian kebocoran.
Tumpukan batu: contoh literal dari materi seimbang. Sumber: Pxhere.
Dalam praktiknya ada banyak sekali masalah yang dapat mempengaruhi keseimbangan materi, selain mempertimbangkan berbagai fenomena materi dan pengaruh banyak variabel (suhu, tekanan, aliran, agitasi, ukuran reaktor, dll.).
Di atas kertas, bagaimanapun, perhitungan keseimbangan massa harus cocok; Artinya, massa senyawa kimia tidak boleh menghilang setiap saat. Pengambilan keseimbangan ini dianalogikan dengan menyeimbangkan tumpukan batu. Jika salah satu massa keluar dari tempatnya, semuanya berantakan; dalam hal ini berarti perhitungannya salah.
Persamaan umum keseimbangan massa
Dalam sistem atau proses apa pun, pertama-tama harus ditentukan apa batasannya. Dari mereka akan diketahui senyawa mana yang masuk atau keluar. Ini sangat nyaman jika ada beberapa unit proses yang perlu dipertimbangkan. Ketika semua unit atau subsistem dipertimbangkan, maka kita berbicara tentang keseimbangan massa umum.
Timbangan ini memiliki persamaan, yang dapat diterapkan pada sistem apa pun yang mematuhi hukum kekekalan massa. Persamaannya adalah sebagai berikut:
E + G - S - C = A
Dimana E adalah jumlah materi yang masuk ke sistem; G adalah apa yang dihasilkan jika reaksi kimia terjadi dalam proses (seperti dalam reaktor); S adalah apa yang keluar dari sistem; C adalah apa yang dikonsumsi , sekali lagi, jika ada reaksi; dan akhirnya, A adalah yang terakumulasi .
Penyederhanaan
Jika tidak ada reaksi kimia dalam sistem atau proses yang diteliti, G dan C bernilai nol. Jadi, persamaannya terlihat seperti:
E - S = A
Jika sistem juga dianggap dalam kondisi mapan, tanpa perubahan yang berarti dalam variabel atau aliran komponen, dikatakan tidak ada yang terakumulasi di dalamnya. Oleh karena itu, A bernilai nol, dan persamaan tersebut akhirnya disederhanakan lebih lanjut:
E = S
Dengan kata lain, jumlah materi yang masuk sama dengan yang keluar. Tidak ada yang bisa hilang atau hilang.
Sebaliknya, jika terjadi reaksi kimia, tetapi sistem dalam keadaan stabil, 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 dihasilkan di dalamnya sama dengan massa produk dan reagen yang keluar, dan reagen yang dikonsumsi.
Contoh penggunaan: ikan di sungai
Misalkan Anda mempelajari jumlah ikan di sebuah sungai, yang tepiannya mewakili batas sistem. Diketahui rata-rata 568 ekor ikan masuk per tahun, 424 ekor dilahirkan (menghasilkan), 353 ekor mati (konsumsi), dan 236 ekor bermigrasi atau keluar.
Menerapkan persamaan umum yang kita miliki kemudian:
568 + 424 - 353 - 236 = 403
Artinya, per tahun 403 ikan menumpuk di sungai; Artinya, setiap tahun sungai semakin kaya dengan ikan. Jika A bernilai negatif, berarti jumlah ikan semakin berkurang, mungkin karena dampak lingkungan yang negatif.
Jenis
Dari persamaan umum dapat diketahui bahwa terdapat empat persamaan untuk jenis proses kimia yang berbeda. Namun, kesetimbangan massa dibagi menjadi dua jenis menurut kriteria lain: waktu.
Keseimbangan diferensial
Dalam neraca material diferensial kita memiliki jumlah komponen dalam suatu sistem pada waktu atau momen tertentu. Besaran massa tersebut dinyatakan dalam satuan waktu, dan oleh karena itu, melambangkan kecepatan; misalnya, Kg / jam, menunjukkan berapa kilometer yang masuk, keluar, terakumulasi, dihasilkan atau dikonsumsi dalam satu jam.
Agar ada aliran massa (atau volumetrik, dengan kepadatan di tangan), sistem umumnya harus terbuka.
Keseimbangan yang komprehensif
Ketika sistem ditutup, seperti yang terjadi dengan reaksi yang dilakukan dalam reaktor berselang (tipe batch), massa komponennya biasanya lebih menarik sebelum dan sesudah proses; yaitu antara waktu awal dan akhir t.
Oleh karena itu, kuantitas dinyatakan sebagai massa belaka dan bukan kecepatan. Jenis timbangan ini dibuat secara mental saat menggunakan blender: massa bahan yang masuk harus sama dengan sisa setelah mesin dimatikan.
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 larutan metanol 25% dan 10% yang harus masuk ke sistem per jam untuk mencapai ini? Asumsikan sistem dalam kondisi stabil
Diagram berikut mencontohkan pernyataan tersebut:
Diagram alir untuk keseimbangan massa pengenceran larutan metanol. Sumber: Gabriel Bolívar.
Tidak ada reaksi kimia, sehingga jumlah metanol yang masuk harus sama dengan jumlah yang keluar:
E Metanol = S Metanol
0,25 n 1 · + 0,10 n 2 · = 0,17 n 3 ·
Hanya nilai n 3 · yang diketahui . Sisanya tidak diketahui. Untuk menyelesaikan persamaan dua faktor yang tidak diketahui ini, diperlukan keseimbangan lain: keseimbangan air. Untuk membuat keseimbangan yang sama untuk air, kami memiliki:
0,75 n 1 · + 0,90 n 2 · = 0,83 n 3 ·
Nilai n 1 · dipecahkan untuk air (bisa juga n 2 · ):
n 1 · = (83 Kg / jam - 0,90n 2 · ) / (0,75)
Mengganti n 1 · dalam persamaan kesetimbangan massa untuk metanol, dan menyelesaikan n 2 · kita memiliki:
0,25 + 0,10 n 2 · = 0,17 (100 Kg / jam)
n 2 · = 53,33 Kg / jam
Dan untuk n 1 · kurangi saja:
n 1 · = (100- 53,33) Kg / jam
= 46,67 Kg / jam
Oleh karena itu, per jam, 46,67 kg larutan metanol 25% dan 53,33 kg larutan 10% harus masuk ke dalam sistem.
Referensi
- Felder dan Rousseau. (2000). Prinsip dasar proses kimia. (Edisi kedua.). Addison Wesley.
- Fernández Germán. (20 Oktober 2012). Definisi keseimbangan massa. Diperoleh dari: industriaquimica.net
- Saldo materi: proses industri I .. Diperoleh dari: 3.fi.mdp.edu.ar
- Perguruan Tinggi Daerah UNT La Plata. (sf). Keseimbangan material. . Diperoleh dari: frlp.utn.edu.ar
- Gómez Claudia S. Quintero. (sf). Keseimbangan material. . Diperoleh dari: webdelprofesor.ula.ve