Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Ισοζύγια Υλικών Τι είναι Ισοζύγιο Μάζας Αρχή Ισοζυγίων Μάζας Ολικό Ισοζύγιο Μάζας Ισοζύγιο Μάζας Στοιχέιων Ισοζύγιο Μάζας Συστατικών Ισοζύγια χωρίς Χημική.

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "Ισοζύγια Υλικών Τι είναι Ισοζύγιο Μάζας Αρχή Ισοζυγίων Μάζας Ολικό Ισοζύγιο Μάζας Ισοζύγιο Μάζας Στοιχέιων Ισοζύγιο Μάζας Συστατικών Ισοζύγια χωρίς Χημική."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Ισοζύγια Υλικών Τι είναι Ισοζύγιο Μάζας Αρχή Ισοζυγίων Μάζας Ολικό Ισοζύγιο Μάζας Ισοζύγιο Μάζας Στοιχέιων Ισοζύγιο Μάζας Συστατικών Ισοζύγια χωρίς Χημική Αντίδραση Ισοζύγια με Χημική Αντίδραση Μεθοδολογία Επίλυσης Προβλημάτων Βαθμοί Ελευθερίας Ερωτήσεις Κρίσεως

2 Ισοζύγιο Μάζας Ατομικό Βάρος (AB) ενός στοιχείου είναι ο αριθμός που δείχνει πόσες φορές μεγαλύτερη είναι η μάζα του ατόμου του στοιχείου από το 1/12 της μάζας του ισοτόπου άνθρακα-12 (126C). Το Μοριακό Βάρος (ΜΒ) ενός στοιχείου ή μιας χημικής ένωσης είναι το άθροισμα των ατομικών βαρών των στοιχείων που την απαρτίζουν. Το ΜΒ του αζώτου (Ν 2 ) είναι; Το ΜΒ του θειικού οξέος (Η 2 SO 4 ) είναι;

3 Μοριακό Βάρος (ΜΒ) Το ΜΒ του αζώτου (Ν2) είναι; Το ΜΒ του θειικού οξέος (Η 2 SO 4 ) είναι; ΜΒ Ν 2 = 2 x ΑΒ Ν2 = 2 x = ή g/mol ΜΒ Η2SO4 = 2 x ΑΒ Η + ΑΒ S + 4 x ΑΒ O = 2 x x 16 = ή g/mol

4 Γραμμοάτομο (g atom), Γραμμομόριο (mol) 1 g atom ενός στοιχείου έχει μάζα σε g ίση αριθμητικά με το ΑΒ και 1 g mol ή mol μιας χημικής ένωσης έχει μάζα σε g ίση αριθμητικά με το ΜΒ.

5 Ισοζύγιο Μάζας f Zn = 10 g Zn / MB Zn = 10 g Zn / mol Zn/g Zn = mol Zn Πόσα moles είναι 10 g-Zn; 10 kg Zn περιέχουν μάζα σε kmol ίση με: f Zn = 10 kg Zn / MB Zn = 10 kg Zn / kmol Zn/kg Zn = kmol Zn

6 Ισοζύγιο Μάζας 20 kmol καυστικoύ νάτριου (NaOH) έχουν μάζα ίση με: m NaOH = 20 kmol NaOH x MB NaOH = 20 kmol NaOH x 40 kg NaOH / kmol NaOH = 800 kg NaOH

7 Moοριακός Τύπος Ο μοριακός τύπος των χημικών ενώσεων απεικονίζει την αναλογία των γραμμοατόμων ή των γραμμομορίων των ατόμων που συνιστούν μια χημική ένωση 1 mol-H 2 O περιέχει: 2 g atom υδρογόνου (Η) και 1 g atom οξυγόνου (Ο) ή 1 mol H 2 και 1/2 mol O 2 (όλα τα αέρια είναι διατομικά)

8 Moριακός Τύπος Ο μοριακός τύπος των χημικών ενώσεων απεικονίζει την αναλογία των γραμμοατόμων ή των γραμμομορίων των ατόμων που συνιστούν μια χημική ένωση Δεν βγαίνει όμως το ίδιο συμπέρασμα όταν η μάζα είναι εκφρασμένη σε g ή kg 18 g H 2 O δεν περιέχουν 32 (2x18) g Η και 18 (1x18) g Ο, αλλά, 18 g-H 2 O (1 mol-H 2 O) περιέχουν 2 g H (2 g atom H x 1 g H/g atom H) και 16 g O (1 g atom O x 16 g O/g atom O)

9 Moριακός Τύπος Σ’ ένα γραμμομόριο μίας χημικής ένωση με μοριακό τύπο Α x B y C z περιέχονται αντίστοιχα x mol A, y mol B και z mol C (αν τα Α, Β, C δεν είναι αέρια ΜΒ = ΑΒ) Αντίστοιχα η ίδια χημική ένωση περιέχει x MB x g A y MB y g B και z MB z g C

10 Moριακός Τύπος Σ’ ένα γραμμομόριο μίας χημικής ένωση με μοριακό τύπο Α x B y C z περιέχονται αντίστοιχα x g atom A, y g atom B και z g atom C ή x/2 mol A, y/2 mol B και z/2 mol C (αν τα Α, Β, C είναι αέρια MB = 2 x AB) Αντίστοιχα η ίδια χημική ένωση περιέχει x AB x g A y AB y g B και z AB z g C ή x/2 ΜBx g A y/2 ΜBy g B και z/2 ΜBz g C

11 Moριακός Τύπος Γενικά αν γνωρίζουμε τον αριθμό των γραμμομορίων f ΑxByCz mol της χημικής ένωσης Α x B y C z μπορούμε να υπολογίσουμε τον αριθμό των mol ή των g atom των χημικών στοιχείων A, B και C που την αποτελούν από τις σχέσεις: f Α = x f ΑxByCz f Β = y f ΑxByCz f C = z f ΑxByCz Προσοχή αν τα Α, Β, C είναι αέρια

12 Moριακός Τύπος Αντίστοιχα, αν είναι γνωστά τα γραμμομόρια ενός χημικού στοιχείου f Β της χημικής ένωσης Α x B y C z μπορούν να υπολογιστούν τα γραμμομόρια όλων των υπολοίπων χημικών στοιχείων και της χημικής ένωσης από τις εξισώσεις: f ΑxByCz = f Β / y = f Α / x = f C / z

13 Moριακός Τύπος 1 mol-H 2 SO 4 x MB H 2 SO 4 = = 1 mol-H 2 SO 4 x g- H 2 SO 4 / mol- H 2 SO 4 = g- H 2 SO 4 1 mol-H 2 SO 4 περιέχει: 1 mol H 2 SO 4 έχει μάζα: 2 g atom Η, 1 g atom S και 4 g atom Ο ή 1 mol Η 2, 1 mol S και 2 mol Ο 2

14 Moριακός Τύπος Πόσο Η, S και Ο περιέχουν 300 g H 2 SO 4 ; f H2SO4 = m H2SO4 / MB H2SO4 = 300 g-H 2 SO4 / g H 2 SO 4 / mol H 2 SO 4 = mol H 2 SO 4 f H2SO4H = 2 g atom H/mol H 2 SO 4 x f H 2 SO 4 = 1 mol H 2 /mol H 2 SO 4 x mol H 2 SO 4 = mol H m H2SO4H = f H2SO4H x MB H2 = mol H 2 x g H 2 /mol H 2 = g H 2

15 Moριακός Τύπος Πόσο Η, S και Ο περιέχουν 300 g H 2 SO 4 ; f H2SO4 = mol H 2 SO 4 f H2SO4S = 1 g atom S/mol H 2 SO 4 x f H 2 SO 4 = 1 mol S/mol H 2 SO 4 x mol H 2 SO 4 = mol S m H2SO4S = f H2SO4S x MB S = mol H 2 x g S/mol S = g S

16 Moριακός Τύπος Πόσο Η, S και Ο περιέχουν 300 g H 2 SO 4 ; f H2SO4 = mol H 2 SO 4 f H2SO4O = 1 g atom O/mol H 2 SO 4 x f H 2 SO 4 = 2 mol O 2 /mol H 2 SO 4 x mol H 2 SO 4 = mol O 2 m H2SO4O = f H2SO4O x MB O2 = mol O 2 x g O 2 /mol O 2 = g O 2

17 Moριακός Τύπος Πόσο Η, S και Ο περιέχουν 300 g H 2 SO 4 ; Επαλήθευση m H2SO4 = m H2SO4H + m H2SO4S + m H2SO4O = g H g S g O 2 = g H 2 SO 4

18 Υπόθεση Avogadro Ίσοι όγκοι αερίων, στις ίδιες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας, περιέχουν τον ίδιο αριθμό μορίων και αντίστροφα Δηλαδή ο ίδιος αριθμός μορίων αερίων στις ίδιες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας, καταλαμβάνει τον ίδιο όγκο. V m = 22.4 L/mol = 22.4 m 3 /kmol

19 Υπόθεση Avogadro Σ΄ ένα δοχείο περιέχονται 85 L αμμωνίας (ΝΗ 3 ) σε πρότυπες συνθήκες. Πόσα γραμμομόρια ΝΗ 3, Ν και Η περιέχονται στο δοχείο, πόση είναι η μάζα της ΝΗ 3, του Ν και του Η σε g; Έστω f ΝΗ3, f Ν2 και f Η2 τα γραμμομόρια και m ΝΗ3, m Ν2 και m Η2 η μάζα της αμμωνίας, του αζώτου και του υδρογόνου αντίστοιχα.

20 Υπόθεση Avogadro Σ΄ ένα δοχείο περιέχονται 85 L αμμωνίας (ΝΗ 3 ) σε πρότυπες συνθήκες. Πόσα γραμμομόρια ΝΗ 3, Ν και Η περιέχονται στο δοχείο, πόση είναι η μάζα της ΝΗ 3, του Ν και του Η σε g; Τα γραμμομόρια της αμμωνίας είναι: Σύμφωνα με το μοριακό τύπο της ΝΗ 3 1 mol-ΝΗ 3 περιέχει f ΝΗ3 = V/V m = 85 L ΝΗ 3 / 22.4 L/mol = 3.79 mol ΝΗ 3 1/2 mol-Ν 2 και ? mol-Η 3/2 mol-H 2

21 Υπόθεση Avogadro Σ΄ ένα δοχείο περιέχονται 85 L αμμωνίας (ΝΗ 3 ) σε πρότυπες συνθήκες. Πόσα γραμμομόρια ΝΗ 3, Ν και Η περιέχονται στο δοχείο, πόση είναι η μάζα της ΝΗ 3, του Ν και του Η σε g; f ΝΗ3 = mol ΝΗ 3 f Ν2 = 3.79 mol-ΝΗ 3 x 1/2 mol-Ν 2 / mol-ΝΗ 3 = mol-Ν 2 f Η2 = 3.79 mol-ΝΗ 3 x 3/2 mol-H 2 / mol-ΝΗ 3 = mol-H 2 επομένως τα γραμμομόρια του αζώτου και του υδρογόνου είναι:

22 Υπόθεση Avogadro Σ΄ ένα δοχείο περιέχονται 85 L αμμωνίας (ΝΗ 3 ) σε πρότυπες συνθήκες. Πόσα γραμμομόρια ΝΗ 3, Ν και Η περιέχονται στο δοχείο, πόση είναι η μάζα της ΝΗ 3, του Ν και του Η σε g; f ΝΗ3 = mol ΝΗ 3 f Ν2 = mol-Ν 2 f Η2 = mol-H 2 Eπομένως η μάζα της αμμωνίας, του αζώτου και του υδρογόνου που περιέχονται στο δοχείο είναι: m ΝΗ3 = f ΝΗ3 x MB NH3 = 3.79 mol-ΝΗ 3 x g ΝΗ3/mol ΝΗ 3 = g ΝΗ 3 m Ν2 = f Ν2 x MB N2 = mol Ν 2 x g Ν2/mol Ν 2 = g Ν 2 m Η2 = f Η2 x MB H2 = mol Η 2 x g Η 2 /mol-H 2 = g Η 2 m ΝΗ3 = m Ν2 + m Η2

23 Η χημική εξίσωση Όλες οι πληροφορίες, ποιοτικές και ποσοτικές, που πρέπει να είναι γνωστές, ώστε να είναι σαφώς καθορισμένη μια χημική αντίδραση αποτυπώνονται στη χημική εξίσωση της αντίδρασης. CH 4 (g) + 2 O 2 (g) = CO 2 (g) + 2 H 2 O (g) Αντιδρώντα προϊόντα

24 Η χημική εξίσωση CH 4 (g) + 2 O 2 (g) = CO 2 (g) + 2 H 2 O (g) Αντιδρώντα προϊόντα ΑντιδρώνταΠροϊόντα Αέριο Μεθάνιο αντιδρά με Αέριο Οξυγόνο Παράγεται αέριο Διοξείδιο του άνθρακα και υδρατμοί Νερού 1 μόριο CH 4 (g) αντιδρά με 2 μόρια O 2 (g) Παράγονται 1 μόριο CO 2 (g) και 2 μόρια H 2 O (g) 1 mol CH 4 (g) αντιδρά με 2 mol O 2 (g) Παράγονται 1 mol CO 2 (g) και 2 mol H 2 O (g) 16 g CH 4 (g) αντιδρούν με 32(2x16) g O 2 (g) Παράγονται 44 g CO 2 (g) και 36(2x18) g H 2 O (g) 22.4 L CH 4 (g) αντιδρούν με 2 x 22.4 L O 2 (g) Παράγονται 22.4 L CO 2 (g) και 2 x 22.4 L H 2 O (g) 80 g αντιδρώντων δίνουν80 g προϊόντων

25 Η χημική εξίσωση CH 4 (g) + 2 O 2 (g) = CO 2 (g) + 2 H 2 O (g) Αντιδρώντα προϊόντα Οι αριθμητικοί συντελεστές της χημικής εξίσωσης ονομάζονται στοιχειομετρικοί συντελεστές και εκφράζουν την αναλογία των γραμμομορίων με την οποία συμμετέχουν τα αντιδρώντα και τα προϊόντα στη χημική αντίδραση. Οι στοιχειομετρικοί συντελεστές της χημικής αντίδρασης δίνουν τη δυνατότητα εκτέλεσης ποσοτικών υπολογισμών που αφορούν τα συστατικά που συμμετέχουν σ’ αυτήν.

26 Η χημική εξίσωση CH 4 (g) + 2 O 2 (g) = CO 2 (g) + 2 H 2 O (g) Αντιδρώντα προϊόντα Αν δηλαδή στην παραπάνω εξίσωση καίγονταν πλήρως 10 mol- CH 4 τότε αυτά θα αντιδρούσαν με 2x10 mol-O 2 και θα σχηματίζονταν 10 mol-CO 2 και 2x10 mol-H 2 O. Η αναλογία των γραμμομορίων που καταναλώνεται το CH 4 και το Ο 2 και σχηματίζονται το CO 2 και το H 2 O είναι σταθερή καθ’ όλη τη διάρκεια της χημικής αντίδρασης και επομένως ισχύει η σχέση mol-CH 4 /1 = mol-O 2 /2 = mol-CO 2 /1 = mol-H 2 O/2

27 Η χημική εξίσωση Πόσα g CO(g) απαιτούνται για την αναγωγή 5 mol αιματίτη (Fe 2 O 3 ) και πόσα g Fe(s) και CO 2 (g) παράγονται; Fe 2 O 3 (s) + 3 CO (g)  2 Fe (s) + 3 CO 2 (g)

28 Η χημική εξίσωση Επειδή η αναλογία των γραμμομορίων που καταναλώνονται (cons) από τα αντιδρώντα και σχηματίζονται (gen) από τα προϊόντα είναι σταθερή ισχύει: f consFe2O3 /1 = f consCO / 3 = f genFe / 2 = f genCO2 / 3 f Fe2O3 = 5 mol Fe 2 O 3 f consCO = 3 x f consFe2O3 = 3 mol CO/mol Fe 2 O 3 x 5 mol Fe 2 O 3 = 15 mol CO ή m consCO = f consCO x MB CO = 15 mol CO x g CO/mol CO = g CO Fe 2 O 3 (s) + 3 CO (g)  2 Fe (s) + 3 CO 2 (g) m Fe2O3 = f Fe2O3 x MB Fe2O3 = 5 mol Fe 2 O 3 x g /mol = g Fe 2 O 3

29 Η χημική εξίσωση f Fe2O3 = 5 mol Fe 2 O 3 f genFe = 2 x f consFe2O3 = 2 mol Fe/mol Fe 2 O 3 x 5 mol Fe 2 O 3 = 10 mol Fe m genFe = f consFe x MB Fe = 10 mol Fe x g Fe/mol Fe = g Fe Fe 2 O 3 (s) + 3 CO (g)  2 Fe (s) + 3 CO 2 (g) f genCO2 = 3 x f consFe2O3 = 3 mol CO 2 /mol Fe 2 O 3 x 5 mol Fe 2 O 3 = 15 mol CO 2 m genCO2 = f genCO2 x MB CO2 = 15 mol CO 2 x g CO 2 /mol CO 2 = g CO 2

30 Η χημική εξίσωση Fe 2 O 3 (s) + 3 CO (g)  2 Fe (s) + 3 CO 2 (g) Μ αντιδρώντων = Μ προιόντων m consFe2O3 + m consCO = m genFe + m genCO g Fe 2 O g CO = g Fe g CO g = g Επαλήθευση Προσοχή !!!!!!!! Ισχύει εν γένει !!!! F αντιδρώντων ≠ F προιόντων f consFe2O3 + f consCO ≠ f genFe + f genCO2 5 mol Fe 2 O mol CO ≠ 10 mol Fe + 15 g CO 2 20 mol ≠ 25 mol

31 Ισοζύγιο Μάζας Ισοζύγιο Μάζας είναι ο ισολογισμός των ποσοτήτων μάζας που υφίστανται αλλαγές ή διέρχονται μέσα από ένα σύστημα Εξερχόμενα Ρεύματα Eισερχόμενα Ρεύματα Προσεκτική επιλογή των ορίων του συστήματος Ορια του συστήματος

32 Γενικό Ισοζύγιο Μάζας Εξερχόμενα Ρεύματα Eισερχόμενα Ρεύματα Ορια του συστήματος Ρυθμός Εισόδου Μάζας Εντός των ορίων του Συστήματος Ρυθμός Εξόδου Μάζας από τα όρια του Συστήματος Ρυθμός Παραγωγής Μάζας Εντός του Συστήματος Ρυθμός Κατανάλωσης Μάζας Εντός του Συστήματος - + =

33 Εφαρμογή Ισοζυγίου Μάζας Εξερχόμενα Ρεύματα Eισερχόμενα Ρεύματα Ορια του συστήματος 1.Ολική Μάζα 2.Ολικά Γραμμομόρια 3.Μάζα Στοιχείων 4.Γραμμομόρια Στοιχείων 5.Μάζα Χημικών Ενώσεων 6.Γραμμομόρια Χημικών Ενώσεων

34 Tυπική Παραγωγική Διαδικασία

35 Απλοποιημένο διάγραμμα ροής F1F1 F2F2 F3F3

36

37 Καύση μεθανίου με αέρα Σ' έναν καυστήρα καίγεται μεθάνιο (CH 4 (g)) με ογκομετρική παροχή 10 m 3 /h. Να σχεδιαστεί το διάγραμμα ροής.

38 Καύση μεθανίου με αέρα Σ' έναν καυστήρα καίγεται μεθάνιο (CH 4 (g)) με ογκομετρική παροχή 10 m 3 /h. Να σχεδιαστεί το διάγραμμα ροής. S : Ρεύμα (Stream) S 1 : Ρεύμα 1 (Αρίθμηση Ρευμάτων) R : Χημική Αντίδραση (Reaction) R 1 : Χημική Αντίδραση 1

39 Καύση μεθανίου με αέρα Σ' έναν καυστήρα καίγεται μεθάνιο (CH 4 (g)) με ογκομετρική παροχή 10 m 3 /h. Να σχεδιαστεί το διάγραμμα ροής. Q 1 : Ογκομετρική Παροχή Ρεύμα 1 Μ 1 : Μαζική παροχή Ρεύμα 1 F 1 : Γραμμομοριακή Παροχή Ρεύμα 1 q 1CH4 : Ογκομετρική Μεθανίου Παροχή Ρεύμα 1 m 1CH4 : Μαζική παροχή Μεθανίου Ρεύμα 1 f 1CH4 : Γραμμομοριακή Παροχή Μεθανίου Ρεύμα 1

40 Καύση μεθανίου με αέρα Σ' έναν καυστήρα καίγεται μεθάνιο (CH 4 (g)) με ογκομετρική παροχή 10 m 3 /h. Να σχεδιαστεί το διάγραμμα ροής. Q 2 : Ογκομετρική Παροχή Ρεύμα 2 Μ 2 : Μαζική παροχή Ρεύμα 2 F 2 : Γραμμομοριακή Παροχή Ρεύμα 2 q 1CH4 : Ογκομετρική O 2, N 2 Παροχή Ρεύμα 2 m 1CH4 : Μαζική παροχή O 2, N 2 Ρεύμα 2 f 1CH4 : Γραμμομοριακή Παροχή O 2, N 2 Ρεύμα 2

41 Καύση μεθανίου με αέρα Σ' έναν καυστήρα καίγεται μεθάνιο (CH 4 (g)) με ογκομετρική παροχή 10 m 3 /h. Να σχεδιαστεί το διάγραμμα ροής. f 3CH4 : Γραμμομοριακή Παροχή CH 4, Ρεύμα 3 f 3O2 : Γραμμομοριακή Παροχή O 2, Ρεύμα 3 f 3N2 : Γραμμομοριακή Παροχή N 2 Ρεύμα 3

42 Καύση μεθανίου με αέρα Σ' έναν καυστήρα καίγεται μεθάνιο (CH 4 (g)) με ογκομετρική παροχή 10 m 3 /h. Να σχεδιαστεί το διάγραμμα ροής.

43 Καύση μεθανίου με αέρα Σ' έναν καυστήρα καίγεται μεθάνιο (CH 4 (g)) με ογκομετρική παροχή 10 m 3 /h. Να σχεδιαστεί το διάγραμμα ροής.

44 Καύση μεθανίου με αέρα Σ' έναν καυστήρα καίγεται μεθάνιο (CH 4 (g)) με ογκομετρική παροχή 10 m 3 /h. Να σχεδιαστεί το διάγραμμα ροής. x 1CH4 : Γραμμομοριακή Σύσταση CH 4, Ρεύμα 1 w 1CH4 : Κατά Βάρος Σύσταση CH 4, Ρεύμα 1

45 Καύση μεθανίου με αέρα Σ' έναν καυστήρα καίγεται μεθάνιο (CH 4 (g)) με ογκομετρική παροχή 10 m 3 /h. Να σχεδιαστεί το διάγραμμα ροής.

46 Πλήρης καύση μεθανίου με περίσσεια αέρα

47 Πληροφορίες που πρέπει να απεικονίζονται σ’ ένα ρεύμα Θεμελιώδεις πληροφορίεςΜονάδες Είδος ρεύματος Είδος συστατικών Κλάσματα μάζας για κάθε συστατικό Kατ’ όγκο περιεκτικότητα Γραμμομοριακά κλάσματα για κάθε συστατικό Συγκέντρωση συστατικού Μαζική ροή Ογκομετρική ροή Γραμμομοριακή ροή Μαζική ροή κάθε συστατικού Ογκομετρική ροή κάθε συστατικού Γραμμομοριακή ροή κάθε συστατικού Θερμοκρασία Πίεση Στερεό (S), Υγρό (L), Αέριο (G) Χημικός τύπος % w/w % w/v % f/f mol/L kg/h m 3 /h mol/h kg/h m 3 /h mol/h K, C bar, atm

48 Ολικό Ισοζύγιο Μάζας Ισοζύγιο σε moles μπορεί να γίνει μόνο σε συστήματα στα οποία δεν συμβαίνει χημική αντίδραση

49 Εφαρμογή Ισοζυγίου Μάζας Ολικό ισοζύγιο μάζας:Μ 1 + Μ 2 = Μ 3 Q 1 ρ 1 + Q 2 ρ 2 = Q 3 ρ 3

50 Ολικό Ισοζύγιο Μάζας: Παράδειγμα Αραίωση φωσφορικού οξέος με νερό, ολικό ισοζύγιο μάζας σε kg/h 1.4 kg/h διαλύματος φωσφορικού οξέος (H 3 PO 4 ) αραιώνονται με 2.3 kg/h νερού. Πόση είναι η μαζική παροχή του διαλύματος που προκύπτει; Δεδομένα: Μ 1 = 1.4 kg-π. διαλ. H 3 PO 4 /h Μ 2 = 2.3 kg-Η 2 Ο/h Ζητούνται:Μ 3 = ?kg-αρ. διαλ. Η 3 PO 4 /h

51 Ολικό Ισοζύγιο Μάζας: Αραίωση φωσφορικού οξέος με νερό Σταδιο 1: Κατασκευή διαγράμματος Ροής Στάδιο 2:Αρίθμηση ρευμάτων Στάδιο 3:Σημείωση όλων των διαθέσιμων στοιχείων στο διάγραμμα

52 Ολικό Ισοζύγιο Μάζας: Αραίωση φωσφορικού οξέος με νερό Στάδιο 4: Εξισώσεις ισοζυγίων μάζας Στάδιο 5:Αντικατάσταση μεταβλητών και εκτέλεση υπολογισμών Ολικό ισοζύγιο μάζας:Μ 1 + Μ 2 = Μ 3

53 Ολικό Ισοζύγιο Μάζας: Παράδειγμα Αραίωση θειικού οξέος με νερό, ολικό ισοζύγιο μάζας σε kmol/h 0.4 kmol/h καθαρού θειικού οξέος (H 2 SO 4 ) αραιώνονται με 5.2 kmol/h νερού. Πόση είναι η μαζική και η γραμμομοριακή παροχή του διαλύματος που προκύπτει ; Δεδομένα: F 1 = 0.4 kmol- Η 2 SO 4 /h F 2 = 5.2 kmol-Η 2 Ο/h MB H2SO4 = kg/kmol MB H2O = kg/kmol Ζητούνται:Μ 3 = ?kg. διαλ. Η 2 SO 4 /h F 3 = ?kmol. διαλ. Η 2 SO4/h

54 Ολικό Ισοζύγιο Μάζας: Αραίωση φωσφορικού οξέος με νερό Σταδιο 1: Κατασκευή διαγράμματος Ροής Στάδιο 2:Αρίθμηση ρευμάτων Στάδιο 3:Σημείωση όλων των διαθέσιμων στοιχείων στο διάγραμμα

55 Ολικό Ισοζύγιο Μάζας: Αραίωση φωσφορικού οξέος με νερό Στάδιο 4: Εξισώσεις ισοζυγίων μάζας Στάδιο 5:Άλλες εξισώσεις (ρεύματα διεργασίας) Στάδιο 6:Αντικατάσταση μεταβλητών και εκτέλεση υπολογισμών Προσοχή!!!!! αφού στο σύστημα δεν συμβαίνει χημική αντίδραση το ολικό ισοζύγιο μάζας μπορεί να γίνει και σε kmoles και σε kg Ολικό ισοζύγιο μάζας kmol:F 1 + F 2 = F 3 Ολικό ισοζύγιο μάζας kg :Μ 1 + Μ 2 = Μ 3

56 Ολικό Ισοζύγιο Μάζας: Αραίωση φωσφορικού οξέος με νερό Στάδιο 4: Εξισώσεις ισοζυγίων μάζας Στάδιο 5:Άλλες εξισώσεις (ρεύματα διεργασίας) Στάδιο 6:Αντικατάσταση μεταβλητών και εκτέλεση υπολογισμών

57 Ολικό Ισοζύγιο Μάζας: Άσκηση για εξάσκηση Ανάμιξη Η2 και CO, ολικό ισοζύγιο μάζας 50 m3/h αέριου υδρογόνου αναμιγνύονται σε κανονικές συνθήκες με 30 m3/h αέριου μονοξειδίου του άνθρακα. Πόση είναι η παροχή του αερίου διαλύματος που προκύπτει σε kg/h, kmol/h και m3/h ; Ποιο είναι το μέσο μοριακό βάρος του ρεύματος που προκύπτει από την ανάμιξη των δύο αερίων; Ποια είναι η μαζική και ποια η γραμμομοριακή παροχή, καθώς το μέσο μοριακό βάρος, αν η παροχή του μονοξειδίου του άνθρακα μεταβληθεί από 0 m3 CO/h σε 150 m3 CO/h; Να γίνει η γραφική παράσταση της μεταβολής του μέσου μοριακού βάρους συναρτήσει της ογκομετρικής παροχής του CO.

58 Ισοζύγιο Μάζας Xημικού Στοιχείου Ισοζύγιο χημικού στοιχείου σε μη σταθερή κατάσταση

59 Ισοζύγιο Μάζας Xημικού Στοιχείου Ισοζύγιο μάζας χημικού στοιχείου μπορεί να γίνει σε όλα τα συστήματα σε moles ή σε kg ανεξάρτητα αν στο σύστημα συμβαίνει χημική αντίδραση Ισοζύγιο χημικού στοιχείου σε σταθερή κατάσταση Xρησιμοποιείται και για τον έλεγχο της ορθότητας των υπολογισμών

60 Ισοζύγιο Μάζας Χημικού Στοιχείου: Παράδειγμα Ηλεκτρόλυση νερού ισοζύγιο μάζας σε mol/h και g/h Ένας σπουδαστής ισχυρίζεται ότι σχεδίασε μια συσκευή ηλεκτρόλυσης νερού η οποία μπορεί να κατεργάζεται 90 g-H2O/h και να παράγει 120 L/h H2 και 56 L/h O2 σε κανονικές συνθήκες. Ελέγξτε την ορθότητα των ισχυρισμών του διενεργώντας το ισοζύγιο του υδρογόνου και του οξυγόνου στα ρεύματα εισόδου και εξόδου.

61 Σταδιο 1: Κατασκευή διαγράμματος Ροής Στάδιο 2:Αρίθμηση ρευμάτων Στάδιο 3:Σημείωση όλων των διαθέσιμων στοιχείων στο διάγραμμα Ισοζύγιο Μάζας Χημικού Στοιχείου: Ηλεκτρόλυση νερού

62 Στάδιο 4: Εξισώσεις ισοζυγίων μάζας Στάδιο 5:Άλλες εξισώσεις (ρεύματα διεργασίας) Στάδιο 6:Αντικατάσταση μεταβλητών και εκτέλεση υπολογισμών Προσοχή!!!!! αφού στο το ολικό ισοζύγιο μάζας των χημικών στοιχείων μπορεί να γίνει και σε kmoles και σε kg Ισοζύγιο Μάζας Χημικού Στοιχείου: Ηλεκτρόλυση νερού

63

64

65 Ισοζύγιο Μάζας Xημικής Ένωσης Ισοζύγιο μάζας χημικής ένωσης σε μη σταθερή κατάσταση

66 Ισοζύγιο μάζας χημικής ένωσης μπορεί να γίνει σε όλα τα συστήματα σε moles ή σε kg ανεξάρτητα αν στο σύστημα συμβαίνει χημική αντίδραση Ισοζύγιο μάζας χημικής ένωσης σε σταθερή κατάσταση Αρκεί να ληφθούν υπόψη οι παράγοντες Ρυθμός παραγωγής generation (gen) Ρυθμός κατανάλωσης consumption (cons) Ισοζύγιο Μάζας Xημικής Ένωσης

67 Ισοζύγιο μάζας χημικής ένωσης σε σταθερή κατάσταση gen: Ρυθμός παραγωγής cons: Ρυθμός κατανάλωσης Ισοζύγιο Μάζας Xημικής Ένωσης Tο ισοζύγιο μάζας σε σταθερή κατάσταση για ένα συστατικό Α όταν η μάζα είναι εκφρασμένη σε kg/h είναι: m inA + m genA = m outA + m consA αντίστοιχα όταν η μάζα είναι εκφρασμένη σε kmol/h: f inA + f genA = f outA + f consA

68 Καύση μεθανίου και συστατικά που προκύπτουν από αυτήν gen: Ρυθμός παραγωγής cons: Ρυθμός κατανάλωσης Ισοζύγιο Μάζας Xημικής Ένωσης CH 4 : καταναλώνεται f consCH4 O 2 : καταναλώνεται f consO2 CO 2 : παράγεται f genCO2 H 2 O: παράγεται f genH2O N 2 : ούτε παράγεται ούτε καταναλώνεται

69 Καύση μεθανίου και συστατικά που προκύπτουν από αυτήν Ισοζύγιο Μάζας Xημικής Ένωσης CH 4 : καταναλώνεται f consCH4 O 2 : καταναλώνεται f consO2 CO 2 : παράγεται f genCO2 H 2 O: παράγεται f genH2O N 2 : ούτε παράγεται ούτε καταναλώνεται

70 Εξισώσεις ισοζυγίου μάζας συστατικών κατά την καύση μεθανίου Ισοζύγιο Μάζας Xημικής Ένωσης CH 4 : καταναλώνεται f consCH4 O 2 : καταναλώνεται f consO2 CO 2 : παράγεται f genCO2 H 2 O: παράγεται f genH2O N 2 : ούτε παράγεται ούτε καταναλώνεται Προσοχή όμως !!!!!!!

71 Εξισώσεις ισοζυγίου μάζας συστατικών κατά την καύση μεθανίου Ισοζύγιο Μάζας Xημικής Ένωσης Τελικό Σύστημα !!!!!

72 Εξισώσεις χημικής αντίδρασης καύσης μεθανίου Ισοζύγιο Μάζας Xημικής Ένωσης Τελικό Σύστημα !!!!! CH 4 (g) + 2 O 2 (g) = CO 2 (g) + 2 H 2 O (g) Αντιδρώντα προϊόντα f consCH4 /1 = f consO2 /2 = f genCO2 /1 = f genH2O /2 Iσοζύγιο μάζαςΧημική αντίδραση

73 Εξισώσεις που προκύπτουν από μια χημική αντίδραση Xημική Aντίδραση R i : aA + bB = cC + dD Αντιδρώντα προϊόντα f consRiA /a = f consRiB /b = f genRiC /c = f genRiD /d Προσοχή !!!!! f consRiA, f consRiB, f genRiC, f genRiD γραμμομοριακές παροχές kmol/h

74 Εξισώσεις που προκύπτουν από μια χημική αντίδραση Xημική Aντίδραση R i : aA + bB = cC + dD Αντιδρώντα προϊόντα m consRiA /a MB A = m consRiB /b MB B = m genRiC /c MB C = m genRiD /d MB D Προσοχή !!!!! m consRiA, m consRiB, m genRiC, m genRiD μαζικές παροχές kg/h Ποια σχέση συνδέει τις μαζικές παροχές;;

75 Εξισώσεις που προκύπτουν από πολλές χημικές αντιδράσεις Xημική Aντίδραση R 1 : a 1 A + b 1 B 1 = c 1 C 1 + d 1 D 1 R 2 : a 2 A 2 + b 2 B 2 = c 2 C 2 + d 2 D R 3 : a 3 A + b 3 B 3 = c 3 C 3 + d 3 D R 1 : f consR1A /a 1 = f consR1B1 /b 1 = f genR1C1 /c 1 = f genR1D1 /d 1 R 2 : f consR2A2 /a 2 = f consR2B2 /b 2 = f genR2C2 /c 2 = f genR2D /d 2 R 3 : f consR3A /a 3 = f consR3B3 /b 3 = f genR3C3 /c 3 = f genR3 D/d 3 Προσοχή !!!!! f consRiA, f consRiB, f genRiC, f genRiD γραμμομοριακές παροχές kmol/h

76 Ισοζύγιο Μάζας Χημικής Ένωσης: Παράδειγμα Ανάμιξη θειικού οξέος ισοζύγιο μάζας χωρίς χημική αντίδραση σε kg/h 50 kg/h πυκνού διαλύματος θειικού οξέος (H 2 SO 4 ) περιεκτικότητας 35% w/w, αραιώνονται με 15 kg/h νερού. Πόση ποσότητα θειικού οξέος και νερού περιέχει το αραιό διάλυμα που προκύπτει; Πόση είναι η μαζική παροχή του αραιού διαλύματος και ποια η κατά βάρος περιεκτικότητα του;.

77 Σταδιο 1: Κατασκευή διαγράμματος Ροής Στάδιο 2:Αρίθμηση ρευμάτων Στάδιο 3:Σημείωση όλων των διαθέσιμων στοιχείων στο διάγραμμα Ισοζύγιο Μάζας Χημικής Ένωσης: Αραίωση θειικού οξέος

78 Στάδιο 4: Εξισώσεις ισοζυγίων μάζας Στάδιο 5:Άλλες εξισώσεις (ρεύματα διεργασίας) Στάδιο 6:Αντικατάσταση μεταβλητών και εκτέλεση υπολογισμών Προσοχή!!!!! αφού στο το ολικό ισοζύγιο μάζας των μπορεί να γίνει και σε kmoles και σε kg. Στο συγκεκριμένο πρόβλημα διευκολύνει να γίνει σε Kg Iσοζύγιο μάζας συστατικών σε kg/h: Προσοχή !!!!! Στις μηδενικές μεταβλητές Επομένως οι εξισώσεις απλοποιούνται στις: Ισοζύγιο Μάζας Χημικής Ένωσης: Αραίωση θειικού οξέος

79 Στάδιο 5:Άλλες εξισώσεις (ρεύματα διεργασίας) Στάδιο 6:Αντικατάσταση μεταβλητών και εκτέλεση υπολογισμών Iσοζύγιο μάζας συστατικών σε kg/h: Στο παραπάνω σύστημα γνωρίζω μόνο τη μεταβλητή m 3H2O, επομένως δεν μπορώ να υπολογίσω τις άλλες μεταβλητές Άρα χρειάζομαι και άλλες εξισώσεις >>>>> Στάδιο 5 Ισοζύγιο Μάζας Χημικής Ένωσης: Αραίωση θειικού οξέος M 1 x x w1H2SO4 1 – x wH2SO4 M 1 x x w1H2O m 3H2SO4 + m 3H2O M 3 / m 3H2SO4 M 3 / m 3H2O m 1H2SO4 = x w1H2O = m 1H2O = M 3 = x w3H2SO4 = x w3H2O =

80 Ισοζύγιο Μάζας Χημικής Ένωσης: Αραίωση θειικού οξέος Στάδιο 6: Αντικατάσταση μεταβλητών και εκτέλεση υπολογισμών

81 Ισοζύγιο Μάζας Χημικής Ένωσης: Παράδειγμα Πύρωση ασβεστόλιθου ισοζύγιο μάζας με χημική αντίδραση σε kmol/h 250 kg/h ασβεστόλιθου, περιεκτικότητας 100% σε ανθρακικό ασβέστιο (CaCO 3 (s)), διασπώνται με πύρωση σε οξείδιο του ασβεστίου (CaO(s)) και διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 (g)). Υπολογίστε τις ποσότητες των υλικών που παράγονται αν η διάσπαση του ασβεστόλιθου δεν είναι πλήρης και το 5% ασβεστόλιθου παραμένει αδιάσπαστο.

82 Σταδιο 1: Κατασκευή διαγράμματος Ροής Στάδιο 2:Αρίθμηση ρευμάτων Στάδιο 3:Σημείωση όλων των διαθέσιμων στοιχείων στο διάγραμμα Ισοζύγιο Μάζας Χημικής Ένωσης: Πύρωση ασβεστόλιθου

83 Στάδιο 4: Εξισώσεις ισοζυγίων μάζας Προσοχή!!!!! αφού στο σύστημα συμβαίνει χημική αντίδραση το ισοζύγιο μάζας των συστατικών συμφέρει να γίνει σε kmoles/h Iσοζύγιο μάζας συστατικών σε kmol/h: Προσοχή !!!!! Στις μηδενικές μεταβλητές Επομένως οι εξισώσεις απλοποιούνται στις: Ισοζύγιο Μάζας Χημικής Ένωσης: Πύρωση ασβεστόλιθου Τα συστατικά που εμπλέκονται στο πρόβλημα είναι τρία το CaCO3(s), CaO(s) και το CO2(g).

84 Στάδιο 5: Άλλες εξισώσεις (ρεύματα διεργασίας) Iσοζύγιο μάζας συστατικών σε kg/h: Στο παραπάνω σύστημα δεν γνωρίζω καμμία μεταβλητή επομένως χρειάζομαι και άλλες εξισώσεις >>>>> Στάδιο 5 m 1CaCO3 x MB CaCO3 f 2CO2 x MB CO2 f 3CaO x MB CaO f 3CaCO3 x MB CaCO3 m 3CaCO3 + m 3CaO m 3CaCO3 / M 3 m 3CaO / M 3 f 1CaCO3 = m 2CO2 = m 3CaO = m 3CaCO3 = M 3 = x 3CaCO3 = x 3CaO = O ασβεστόλιθος δεν αντιδρά πλήρως, άρα Ισοζύγιο Μάζας Χημικής Ένωσης: Πύρωση ασβεστόλιθου

85 Στάδιο 5: Eξισώσεις από την χημική αντίδραση Iσοζύγιο μάζας συστατικών σε kmol/h: f consCaCO3 = f genCaO f consCaCO3 = f genCO2 Ισοζύγιο Μάζας Χημικής Ένωσης: Πύρωση ασβεστόλιθου Eξισώσεις από τα ρεύματα της διεργασίας Eξισώσεις από τους περιορισμούς του προβλήματος

86 Iσοζύγιο μάζας συστατικών σε kmol /h: Εξισώσεις από τα ρεύματα της διεργασίας Εξισώσεις από τους περιορισμούς του προβλήματος Ισοζύγιο Μάζας Χημικής Ένωσης: Πύρωση ασβεστόλιθου Eξισώσεις από την χημική αντίδραση

87 Ισοζύγιο Μάζας Χημικής Ένωσης: Πύρωση ασβεστόλιθου

88 Μεθοδολογία Επίλυσης Προβλημάτων Πλήρης κατανόηση του προβλήματος και των ζητούμενων από αυτό Σύντομη καταγραφή των δεδομένων και των ζητούμενων ποσοτήτων Συνοπτικό διάγραμμα ροής του προβλήματος που περιλαμβάνει την διεργασία και στο οποίο σημειώνονται τα εισερχόμενα και εξερχόμενα ρεύματα, οι γνώστες και οι ζητούμενες ποσότητες των ρευμάτων Επιλογή μονάδας μάζας (mol ή kg) των υπολογισμών Διατύπωση των πλήρων εξισώσεων ισοζυγίων των συστατικών, εντοπισμός των μηδενικών μεταβλητών και τελική διατύπωση του απλοποιημένου συστήματος των εξισώσεων Διατύπωση των εξισώσεων που προκύπτουν από τη στοιχειομετρία των χημικών αντιδράσεων Διατύπωση των εξισώσεων που προκύπτουν από τους περιορισμούς του προβλήματος Διατύπωση των εξισώσεων που προκύπτουν από τις σχέσεις των συστατικών των ρευμάτων τις κατεργασίας ανάλογα με τις ανάγκες του προβλήματος Διαμόρφωση του τελικού συστήματος των εξισώσεων, απόδοση τιμών στις γνωστές μεταβλητές και επίλυση

89 Μεθοδολογία Επίλυσης Προβλημάτων


Κατέβασμα ppt "Ισοζύγια Υλικών Τι είναι Ισοζύγιο Μάζας Αρχή Ισοζυγίων Μάζας Ολικό Ισοζύγιο Μάζας Ισοζύγιο Μάζας Στοιχέιων Ισοζύγιο Μάζας Συστατικών Ισοζύγια χωρίς Χημική."

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google