Ako urobiť jednoduchú hmotnostnú bilanciu (s obrázkami)

Zaujíma vás chemické inžinierstvo? Zaujíma vás, s akými problémami sa pravdepodobne stretnete počas svojej práce na kurze? Tu sa môžete naučiť základný žargón materiálovej rovnováhy a prejsť si jednoduchý problém materiálovej rovnováhy, aby ste sa naučili, ako sa to robí.

Časť 1 z 3:Pochopenie definícií


Poznajte definíciu materiálovej bilancie. Materiálová bilancia je zúčtovanie všetkých materiálov vstupujúcich do systému a vystupujúcich z neho.


Poznať definíciu hmotnostného prietoku. Hmotnostný prietok je to, koľko jednotiek hmotnosti pretečie procesom za jednotku času.


Poznajte definíciu hmotnostného zlomku. Hmotnostný zlomok je (hmotnosť látky)/(celková hmotnosť). Môže sa to nazývať aj hmotnostné percento, wt%.


Poznať definíciu hmotnostného pomeru. Hmotnostný pomer znamená, koľko látky je v systéme vzhľadom na inú látku.


Poznajte definíciu vývojového diagramu. Vývojový diagram je nakreslené znázornenie systému, s ktorým pracujete.


Poznať definíciu analýzy stupňov voľnosti. Analýza stupňov voľnosti má zabezpečiť, aby bol problém riešiteľný. Používateľ musí porovnať počet neznámych premenných s počtom nezávislých rovníc, ktoré môže použiť.

  • Rovnica stupňov voľnosti je daná:

Časť 2 z 3: Nastavenie


Pozorne si prečítajte problém. Pokúste sa pochopiť, čo od nás autor žiada zistiť. Vaša otázka môže napríklad znieť:

  • Jahody obsahujú približne 15 hmotnostných % cukru a 85 hmotnostných % vody. Na výrobu jahodového džemu sa zmiešajú rozdrvené jahody a cukor v hmotnostnom pomere 45:55 a zmes sa zahrieva, aby sa odparila voda, kým zvyšok neobsahuje jednu tretinu hmotnosti vody.
    • Nakreslite a označte vývojový diagram tohto procesu
    • Urobte analýzu stupňov voľnosti a ukážte, že systém má nulové stupne voľnosti (i.e. počet neznámych premenných procesu sa rovná počtu rovníc, ktoré ich spájajú). Ak máte príliš veľa neznámych, premýšľajte o tom, čo ste mohli zabudnúť urobiť.
    • Vypočítajte, koľko kilogramov jahôd je potrebných na výrobu jedného kilogramu džemu.


Napíšte, čo je „známe“. Napíšte, čo viete z opisu problému.

  • Známe:

    • Hmotnostný podiel pevnej látky (cukru) v jahodách je 0.15 a hmotnostný podiel vody v jahodách je 0.85.
    • Hmotnostný zlomok cukru v 1.00lb džemu je 0.667 (lb Suagr)/(lb Jam) a hmotnostný podiel vody je 0.333 (lb vody)/(lb džemu)
      • Viete to, pretože nám bolo povedané, že džem sa zahrieva, kým (1/3) hmotnosti džemu tvorí voda.
    • Pomer hmotnosti jahôd a hmotnosti cukru je 45:55.


Nakreslite vývojový diagram.

  • Nakreslite miešačku.
  • Nakreslite prúd 1 vstupujúci do miešačky: m1 (lb jahôd)
    • 0.85 (lb vody)/(lb džemu)
    • 0.15 (lb Suagr)/(lb Jam)
  • Nakreslite prúd 2 vstupujúci do miešačky: m2 (lb cukru)
  • Nakreslite prúd 3 vystupujúci zo zmiešavača: m3
    • (1/3) lb vody zostáva
    • Takže 0.333 (lb vody)/(lb džemu)
    • 0.667 (lb Suagr)/(lb Jam)
  • Nakreslite prúd 4 vychádzajúci zo zmiešavača: m4 (lb odparenej vody)
    • Prúd 4 je prebytočná voda, ktorá sa odparí.


Dokončite analýzu stupňov voľnosti.

  • Neznáme:

    • m1 (hmotnosť jahôd), m2 (hmotnosť cukru), m3 (hmotnosť odparenej vody)
    • Preto nneznáme = 3
  • Nezávislé rovnice:

    • Rovnica hmotnostnej bilancie pre vodu a cukor, hmotnostný pomer cukru a jahôd.
    • nind.rovnice = 3
  • Zapojte tieto čísla do rovnice stupňov voľnosti.
  • Neexistujú teda žiadne stupne voľnosti a úloha je riešiteľná.

Časť 3 z 3:Hľadanie riešenia


Poznajte svoj cieľ. V tomto prípade máte vypočítať, koľko libier jahôd je potrebných na 1 libru džemu.


Nastavte rovnice, ktoré poznáte.

  • Poznáte vyššie uvedený pomer. Môžete vyriešiť pre m1.


Vytvorte si hmotnostnú bilanciu celého mixéra.

  • Tu si musíte uvedomiť, že vieme, že množstvo cukru v prúde 1 a prúde 3.


Vytvorte hmotnostnú bilanciu len s cukrom.


Nahraďte hodnoty.

  • Musíte si uvedomiť, že poznáte rýchlosť prúdenia z prúdu 3.


Nahraďte 1lb za m3.

  • Musíte si uvedomiť, že viete, čo m1 je v termínoch m2



7Napíšte m1 v zmysle m2


Zmeniť usporiadanie pojmov.


  • Vyriešte m1.