Comment faire un simple bilan de masse?
Équations indépendantes: L'équation du bilan massique pour l'eau et le sucre, le rapport massique du sucre aux fraises.
Le génie chimique vous intéresse? Vous vous demandez quel genre de problèmes vous serez susceptible de rencontrer pendant vos cours? Ici, vous pouvez apprendre le jargon de base de l'équilibre des matières et résoudre un simple problème d'équilibre des matières pour savoir comment procéder.
Partie 1 sur 3: comprendre les définitions
- 1Connaître la définition d'un bilan matière. Un bilan matières est la comptabilité pour tous les matériaux entrant et sortant d' un système.
- 2Connaître la définition d'un débit massique. Un débit massique est la quantité d'unité de masse qui circule dans un processus par unité de temps.
- 3Connaître la définition d'une fraction massique. Une fraction massique est (masse d'une substance)/(masse totale). Cela peut également être appelé pourcentage en poids,% en poids.
- 4Connaître la définition d'un rapport de masse. Un rapport de masse est la quantité d'une substance dans un système par rapport à une autre substance.
- 5Connaître la définition d'un organigramme. Un organigramme est une représentation dessinée du système avec lequel vous travaillez.
- 6Connaître la définition d'une analyse des degrés de liberté. Une analyse des degrés de liberté est destinée à s'assurer que le problème est résolu. L'utilisateur doit comparer le nombre de variables inconnues au nombre d'équations indépendantes qu'il peut utiliser.
- L'équation des degrés de liberté est donnée par:
Inconnues: m1 (masse de fraises), m2 (masse de sucre), m3 (masse d'eau évaporée).
Partie 2 sur 3: mise en place
- 1Lisez attentivement le problème. Essayez de comprendre ce que l'auteur nous demande de trouver. Par exemple, votre question pourrait être:
- Les fraises contiennent environ 15% en poids de sucre et 85% en poids d'eau. Pour faire de la confiture de fraises, des fraises broyées et du sucre sont mélangés dans un rapport massique de 45:55, et le mélange est chauffé pour évaporer l'eau jusqu'à ce que le résidu contienne un tiers d'eau en masse.
- Dessinez et étiquetez un organigramme de ce processus
- Faites l'analyse du degré de liberté et montrez que le système a zéro degré de liberté (c'est-à-dire que le nombre de variables de processus inconnues est égal au nombre d'équations qui les relient). Si vous avez trop d'inconnues, pensez à ce que vous avez peut-être oublié de faire.
- Calculez combien de livres de fraises sont nécessaires pour faire une livre de confiture.
- Les fraises contiennent environ 15% en poids de sucre et 85% en poids d'eau. Pour faire de la confiture de fraises, des fraises broyées et du sucre sont mélangés dans un rapport massique de 45:55, et le mélange est chauffé pour évaporer l'eau jusqu'à ce que le résidu contienne un tiers d'eau en masse.
- 2Écrivez ce qui est «connu». Notez ce que vous savez de la description du problème.
- Connu:
- La fraction massique du solide (sucre) dans les fraises est de 0,15 et la fraction massique d'eau dans les fraises est de 0,85.
- La fraction massique de sucre dans 1,00lb de confiture est de 0,667 (lb Suagr)/(lb Jam) et la fraction massique d'eau est de 0,333 (lb water)/(lb Jam)
- Vous le savez car on nous dit que la confiture est chauffée jusqu'à ce que (0,33) de la masse de la confiture soit de l'eau.
- Le rapport masse de fraise/masse de sucre est de 45:55.
- Connu:
- 3Dessinez un organigramme.
- Dessinez le mélangeur.
- Puiser le flux 1 entrant dans le mélangeur: m 1 (lb de fraises)
- 0,85 (lb eau)/(lb confiture)
- 0,15 (lb Suagr)/(lb Confiture)
- Puiser le flux 2 entrant dans le mélangeur: m 2 (lb de sucre)
- Puiser le flux 3 en sortie du mélangeur: m 3
- (0,33) lb d'eau restante
- Donc, 0,333 (lb d'eau)/(lb de confiture)
- 0,667 (lb Suagr)/(lb Jam)
- Tirer le flux 4 sortant du mélangeur: m 4 (lb d'eau évaporée)
- Le flux 4 est l'excès d'eau qui s'évapore.
- 4Effectuez une analyse des degrés de liberté.
- Inconnus:
- m 1 (masse de fraises), m 2 (masse de sucre), m 3 (masse d'eau évaporée)
- Par conséquent, n inconnues = 3
- Équations indépendantes:
- L'équation du bilan massique pour l'eau et le sucre, le rapport massique du sucre aux fraises.
- n ind.eqns = 3
- Branchez ces nombres dans l'équation des degrés de liberté.
- Il n'y a donc pas de degrés de liberté et le problème est résoluble.
- Inconnus:
Un débit massique est la quantité d'unité de masse qui circule dans un processus par unité de temps.
Partie 3 sur 3: trouver la solution
- 1Connaissez votre objectif. Dans ce cas, on vous demande de calculer combien de livres de fraise sont nécessaires pour 1 livre de confiture.
- 2Mettez en place des équations que vous connaissez.
- Vous connaissez le rapport ci-dessus. Vous pouvez résoudre pour m 1.
- 3Créer un bilan de masse sur l'ensemble du mélangeur.
- Ici, vous devez réaliser que nous connaissons cette quantité de sucre dans les flux 1 et 3.
- 4Créez un bilan de masse avec uniquement du sucre.
- 5Valeurs de substitution.
- Vous devez réaliser que vous connaissez le débit en sortie du flux 3.
- 6Remplacez 1 lb par m3.
- Vous devez réaliser que vous savez ce qu'est m 1 en termes de m 2
- 7Écrire m 1 en termes de m 2
- 8Réorganiser les termes.
- 9Résoudre pour m 1.
- Crayon
- Plusieurs morceaux de papier
- La gomme
Lisez aussi: Comment électrolyser l'eau?
Questions et réponses
- Comment avez-vous obtenu les chiffres de 0,667 et 0,333 pour le sucre et l'eau?Les problèmes donnés indiquent que "... le mélange est chauffé pour évaporer l'eau jusqu'à ce que le résidu contienne un tiers d'eau en masse." Cela signifie que 1 lb de confiture contiendra 0,33 (ou 0,333) lb d'eau. Le seul autre ingrédient ici est le sucre, donc l'autre 0,67 (ou 0,667) livre doit être du sucre.
