质量平衡

在物理学中，质量平衡也称为物质平衡，是质量守恒在物理系统分析中的应用。 通过考虑进入和离开系统的物质，可以识别质量流量，如果没有这种技术，这些流量可能是未知的或难以测量的。 系统分析中使用的确切守恒定律取决于问题的背景，但都围绕着质量守恒，即物质不能消失或自发产生。

因此，质量平衡被广泛用于工程和环境分析。 例如，质量平衡理论用于设计化学反应器，分析生产化学品的替代过程，以及模拟污染扩散和物理系统的其他过程。 密切相关和互补的分析技术包括人口平衡、能量平衡和稍微复杂一些的熵平衡。 这些技术对于制冷循环等系统的全面设计和分析是必需的。

在环境监测中，术语预算计算用于描述用于评估监测数据（比较输入和输出等）的质量平衡方程。 在生物学中，代谢组织的动态能量收支理论明确利用了质量和能量平衡。

质量平衡的一般形式是 进入系统的质量必须根据质量守恒离开系统或在系统内积累。

严格来说，如果平衡方程中的项指的是总质量，即系统中所有化学物质的总和，则上述方程也适用于具有化学反应的系统。 在没有化学反应的情况下，流入和流出的任何化学物质的量都是相同的； 这产生了系统中存在的每个物种的方程式。 然而，如果不是这种情况，则必须修改质量平衡方程以允许每种化学物质的产生或消耗（消耗）。 有些人在这个方程式中使用一个术语来解释化学反应，这对消耗是负的，对生成是正的。 然而，这个方程式的传统形式是为了说明正生成项（即反应产物）和负消耗项（用于生产产物的反应物）。 虽然总的来说，一项将说明系统的总平衡，但如果要将此平衡方程应用于单个物种，然后应用于整个过程，则两项都是必需的。 这个修改后的方程不仅可以用于反应系统，还可以用于粒子力学问题中出现的种群平衡。 下面给出了等式； 请注意，在生成项为零的情况下，它简化为较早的等式。

• 在没有核反应的情况下，流入和流出的原子数必须保持不变，即使存在化学反应也是如此。
• 要形成平衡，必须明确界定系统的边界。
• 质量平衡可以在多个尺度上接管物理系统。
• 质量平衡s可以简化为稳态假设，其中累积项为零。

一个简单的例子可以说明这个概念。 考虑浆液流入沉淀池以去除池中固体的情况。 固体通过部分浸没在罐中的传送带收集在底部，水通过溢流出口排出。

在这个例子中，有两种物质：固体和水。 与浆料入口相比，水溢流出口携带相对于固体浓度增加的水，并且传送带的出口携带相对于水增加的固体浓度。

假设

• 稳态
• 非反应性系统

分析

假设浆料入口成分（按质量计）为 50% 固体和 50% 水，质量流量为 100 kg/min。 假设储罐在稳定状态下运行，因此积累为零，因此固体和水的输入和输出必须相等。 如果我们知道泥浆罐的去除效率为 60%，则出水口将含有 20 kg/min 的固体（40% 乘以 100 kg/min 乘以 50% 的固体）。