На следующем третьем этапе необходимо записать материальный (массовый баланс) в словесной форме

Например, материальный баланс можно записать в следующем виде:

Накопление вещества

=

Приток вещества

-

Сток вещества

Этот баланс, как уже было отмечено ранее, записывают или для всего аппарата в целом, или для отдельного региона.

Различают материальные балансы: а) по веществу, б) общий.

Обобщенное уравнение сохранения массы может также применяться к каждому химическому компоненту системы. Эти уравнения можно распространить также на атомный уровень и может применяться к химическим элементам.

Если накопление вещества =0, то это статический процесс. Если накопление вещества ¹0, то это динамический процесс.

На следующем четвертом этапе необходимо представить каждый баланс в виде математических выражений с соответствующими переменными.

Рассмотрим основные составляющие уравнений материального баланса.

Накопление вещества. Изменение массы некоторого компонента в пределах системы может быть представлено в виде производной массы по времени:

(Накопление массы компонента в системе)

=

,

где масса i-го вещества m_i выражено в кг или молях, а время в часах, минутах или секундах. Для любого компонента ,

где C_i - концентрация компонента i (кмоль/м³ или кг/м³).

Для газов может использоваться уравнение Менделеева-Клайперона, которое связывает концентрацию с парциальным давлением и мольной долей: ,

где p_i-парциальное давление компонента i в пределах системы газовой фазы,

-число молей газа,

и R - константа идеального газа (в соответствующих совместимых с p, V,M и T единицах измерения). В терминах концентрации

,

где y_i - мольная доля компонента в газовой фазе, и P - полное давление в системе.

Накопления для газовой фазы может быть написано в виде числа молей:

Для всей системы можно записать: .

Для описания процессов массопереноса используются законы молекулярного и конвективного переноса.