物質収支は、調査中のシステムまたはプロセスに属するコンポーネントの数です。このような要素の質量の合計は異なる測定時間で一定に保たれなければならないと想定されているため、このバランスはほとんどすべてのタイプのシステムに適用できます。
コンポーネントは、ビー玉、バクテリア、動物、丸太、ケーキの材料として理解できます。化学の場合、分子またはイオン、またはより具体的には、化合物または物質。したがって、化学反応の有無にかかわらず、システムに入る分子の総質量は一定のままでなければなりません。漏れ損失がない限り。
ロックパイル：バランスの取れた問題の文字通りの例。出典：Pxhere。
実際には、物質のさまざまな現象や多くの変数（温度、圧力、流量、攪拌、反応器のサイズなど）の影響を考慮することに加えて、物質のバランスに影響を与える可能性のある無数の問題があります。
ただし、紙面では、物質収支の計算は一致する必要があります。つまり、化学物質の質量がいつでも消えてはなりません。このバランスを取ることは、岩の山のバランスを取ることに似ています。集団の1つが場違いになると、すべてがバラバラになります。この場合、計算が間違っていることを意味します。
物質収支の一般方程式
どのシステムまたはプロセスでも、最初にその境界を定義する必要があります。それらから、どの化合物が出入りするかがわかります。これは、検討するプロセス単位が複数ある場合に特に便利です。すべてのユニットまたはサブシステムを検討する場合、一般的な物質収支について説明します。
このバランスには方程式があり、これは質量保存の法則に従うすべてのシステムに適用できます。方程式は次のとおりです。
E + G-S-C = A
Eはシステムに入る物質の量です。Gは、プロセスで（反応器のように）化学反応が発生した場合に生成されるものです。Sはシステムから出てくるものです。Cは、反応がある場合に再び消費されるものです。そして最後に、Aは累積されます。
単純化
調査中のシステムまたはプロセスに化学反応がない場合、GとCはゼロの価値があります。したがって、方程式は次のようになります。
E-S = A
システムが定常状態でも考慮され、コンポーネントの変数またはフローに大きな変化がない場合、その内部には何も蓄積されないと言われています。したがって、Aはゼロの価値があり、方程式はさらに簡略化されます。
E = S
言い換えれば、入る物質の量は去る物質の量に等しい。失われたり消えたりするものはありません。
一方、化学反応があってもシステムが定常状態である場合、GとCには値があり、Aはゼロのままです：
E + G-S-C = 0
E + G = S + C
リアクター内に入る試薬とその中で生成する生成物の質量が、離れる生成物と試薬の質量、および消費された試薬の質量に等しいことを意味します。
使用例：川の魚
あなたが川の魚の数を研究しているとしましょう。川の土手はシステムの境界を表すようになります。年間平均568匹の魚が侵入し、424匹が生まれ（生成）、353匹が死に（消費）、236匹が移動または去ることが知られています。
私たちが持っている一般的な方程式を適用すると：
568 + 424-353-236 = 403
これは、年間403匹の魚が川に集まることを意味します。つまり、毎年川は魚で豊かになります。Aの値が負の場合、環境への負の影響が原因で、魚の数が減少していることを意味します。
タイプ
一般式から、異なるタイプの化学プロセスには4つの式があると考えることができます。ただし、物質収支は別の基準に従って2つのタイプに分けられます。時間です。
差動バランス
差分物質収支では、特定の時間または瞬間におけるシステム内のコンポーネントの量がわかります。前記質量量は時間の単位で表され、したがって速度を表す。たとえば、Kg / hは、1時間に入る、出る、蓄積する、生成する、または消費するキロメートル数を示します。
質量流量（または密度、手元の体積）があるためには、システムは一般に開いている必要があります。
包括的なバランス
システムが閉じているときは、断続的な反応器（バッチタイプ）で行われる反応のように、プロセスの前後でそのコンポーネントの質量がより興味深いものになります。つまり、初期時間と最終時間tの間です。
したがって、量は速度ではなく単なる質量として表されます。このタイプのバランスは、ブレンダーを使用するときに精神的に行われます。入る成分の質量は、エンジンをオフにした後に残っているものと同じでなければなりません。
演習の例
水中の25％メタノール溶液の流れを希釈し、別の10％濃度でさらに希釈して、100 Kg / hの17％メタノール溶液が生成されるようにします。これを達成するために、25％と10％の両方のメタノール溶液のうち、1時間あたりのシステムへの流入量はどれくらいですか？システムが定常状態にあると仮定します
次の図はステートメントを例示しています。
メタノール溶液の希釈の物質収支のフロー図。出典：ガブリエルボリバル
化学反応がないので、入るメタノールの量は出る量と等しくなければなりません。
E メタノール = S メタノール
0.25 n 1 ・ + 0.10 n 2 ・ = 0.17 n 3 ・
n 3 ・の値のみが既知です。残りは不明です。この2つの未知数の方程式を解くには、別のバランスが必要です。それは水のバランスです。水のバランスを同じにすると、次のようになります。
0.75 n 1 ・ + 0.90 n 2 ・ = 0.83 n 3 ・
n 1 ・の値は水に対して解決されます（n 2 ・にすることもできます）：
n 1 ・ =（83 Kg / h-0.90n 2 ・）/（0.75）
次に、メタノールの物質収支方程式にn 1 ・を代入し、n 2 ・を解きます。
0.25 + 0.10 n 2 ・ = 0.17（100 Kg / h）
n 2 ・ = 53.33 Kg / h
そして、nに1 ・単に引きます：
n 1 ・ =（100- 53.33）Kg / h
= 46.67 Kg /時
したがって、1時間あたり、25。％メタノール溶液46.67 kgと10％溶液53.33 kgがシステムに入る必要があります。
参考文献
- フェルダーとルソー。（2000）。化学プロセスの基本原則。（第2版。）。Addison Wesley。
- フェルナンデス・ゲルマン。（2012年10月20日）。物質収支の定義。回収元：industriaquimica.net
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- ゴメスクラウディアS.キンテーロ。（sf）。物質収支。。回復元：webdelprofesor.ula.ve