Ako urobiť jednoduchú hmotnostnú bilanciu?
Nezávislé rovnice: Rovnica hmotnostnej bilancie pre vodu a cukor, hmotnostný pomer cukru a jahôd.
Máte záujem o chemické inžinierstvo? Zaujíma vás, aké problémy by ste mohli počas svojej práce počas kurzu pravdepodobne stretnúť? Tu sa môžete naučiť základný žargón materiálnej bilancie a prejsť sa jednoduchým problémom s materiálovou bilanciou, aby ste sa dozvedeli, ako sa to robí.
Časť 1 z 3: porozumenie definíciám
- 1Poznať definíciu materiálnej bilancie. Materiálová bilancia je účtovanie pre všetky materiály nastupovanie a vystupovanie systém.
- 2Poznať definíciu hmotnostného prietoku. Hmotnostný prietok je množstvo jednotky hmotnosti, ktoré preteká procesom za jednotku času.
- 3Poznať definíciu hmotnostného zlomku. Hmotnostný zlomok je (hmotnosť látky)/(celková hmotnosť). Tiež sa to môže nazývať hmotnostné percento,%hmotn.
- 4Poznať definíciu hmotnostného pomeru. Hmotnostný pomer je podiel látky v systéme vzhľadom na inú látku.
- 5Poznať definíciu vývojového diagramu. Vývojový diagram je nakreslenou reprezentáciou systému, s ktorým pracujete.
- 6Poznať definíciu analýzy stupňov voľnosti. Cieľom analýzy stupňov voľnosti je zabezpečiť, aby bol problém riešiteľný. Užívateľ musí porovnať počet neznámych premenných s počtom nezávislých rovníc, ktoré môže použiť.
- Rovnica stupňov voľnosti je daná:
Neznáme: m1 (hmotnosť jahôd), m2 (hmotnosť cukru), m3 (hmotnosť odparenej vody).
Časť 2 z 3: nastavenie
- 1Pozorne si prečítajte problém. Skúste pochopiť, čo od nás autor požaduje, aby sme našli. Vaša otázka môže napríklad znieť:
- Jahody obsahujú asi 15% hmotnostných cukru a 85% hmotnostných vody. Na výrobu jahodového džemu sa rozdrvené jahody a cukor zmiešajú 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
- Vykonajte analýzu stupňa voľnosti a ukážte, že systém má nula stupňov voľnosti (tj. Počet neznámych procesných premenných sa rovná počtu rovníc, ktoré s nimi súvisia). Ak máte príliš veľa neznámych, zamyslite sa nad tým, čo ste možno zabudli urobiť.
- Vypočítajte, koľko libier jahôd je potrebných na výrobu kila džemu.
- Jahody obsahujú asi 15% hmotnostných cukru a 85% hmotnostných vody. Na výrobu jahodového džemu sa rozdrvené jahody a cukor zmiešajú v hmotnostnom pomere 45:55 a zmes sa zahrieva, aby sa odparila voda, kým zvyšok neobsahuje jednu tretinu hmotnosti vody.
- 2Napíšte, čo je „známe“. Zapíšte si, čo je známe z popisu problému.
- Známe:
- Hmotnostný podiel tuhej látky (cukru) v jahodách je 0,15 a hmotnostný podiel vody v jahodách je 0,85.
- Hmotnostný podiel cukru v 1,00 libry džemu je 0,667 (lb Suagr)/(lb džemu) a hmotnostný podiel vody je 0,333 (lb vody)/(lb džemu)
- Viete to, pretože nám bolo povedané, že džem sa zahrieva, kým (0,33) hmotnosti džemu nie je voda.
- Pomer hmotnosti jahôd a cukru je 45:55.
- Známe:
- 3Nakreslite vývojový diagram.
- Nakreslite mixér.
- Nakreslite prúd 1 vstupujúci do mixéra: m 1 (lb jahôd)
- 0,85 (lb vody)/(lb džemu)
- 0,15 (lb Suagr)/(lb džem)
- Nakreslite prúd 2 vstupujúci do mixéra: m 2 (lb cukru)
- Nakreslite prúd 3, ktorý opúšťa mixér: m 3
- (0,33) lb vody zostalo
- Takže 0,333 (lb vody)/(lb džemu)
- 0,667 (lb Suagr)/(lb Jam)
- Nakreslite prúd 4 vychádzajúci z mixéra: m 4 (lb odparenej vody)
- Prúd 4 je prebytočná voda, ktorá sa odparí.
- 4Dokončite analýzu stupňov voľnosti.
- Neznáme:
- m 1 (hmotnosť jahôd), m 2 (hmotnosť cukru), m 3 (hmotnosť odparenej vody)
- Preto n neznámych = 3
- Nezávislé rovnice:
- Rovnica hmotnostnej bilancie pre vodu a cukor, hmotnostný pomer cukru a jahôd.
- n ind. ekv. = 3
- Zapojte tieto čísla do rovnice stupňov voľnosti.
- Preto neexistujú žiadne stupne voľnosti a problém je riešiteľný.
- Neznáme:
Hmotnostný prietok je množstvo jednotky hmotnosti, ktoré preteká procesom za jednotku času.
Časť 3 z 3: nájdenie riešenia
- 1Poznaj svoj cieľ. V takom prípade sa zobrazí výzva na výpočet, koľko libier jahôd je potrebných na 1 libru džemu.
- 2Nastavte rovnice, ktoré poznáte.
- Uvedený pomer poznáte. Môžete vyriešiť m 1.
- 3Vytvorte hmotnostnú bilanciu v celom mixéri.
- Tu si musíte uvedomiť, že vieme, že množstvo cukru v prúde 1 a prúde 3.
- 4Vytvorte hmotnostnú bilanciu iba s cukrom.
- 5Náhradné hodnoty.
- Musíte si uvedomiť, že poznáte prietok mimo prúdu 3.
- 6Náhrada 1 lb za m3.
- Musíte si uvedomiť, že viete, čo je m 1, pokiaľ ide o m 2
- 7Napíšte m 1 z hľadiska m 2
- 8Upravte podmienky.
- 9Riešiť pre m 1.
- Ceruzka
- Niekoľko kusový papier
- Guma
Prečítajte si tiež: Ako zmerať množstvo fosfátu vo vode?
Otázky a odpovede
- Ako ste prišli na čísla 0,667 a 0,333 pre cukor a vodu?Daný problém uvádza, že „... zmes sa zahrieva, aby sa odparila voda, kým zvyšok neobsahuje tretinu hmotnosti vody“. To znamená, že 1 libra džemu bude obsahovať 0,33 (alebo 0,333) libry vody. Jedinou ďalšou zložkou je cukor, takže ostatných 0,67 (alebo 0,667) libry musí byť cukor.
