Typy operacji jednostek i przykłady



The operacje jednostkowe są to te, które obejmują fizyczne traktowanie surowca w celu uzyskania pożądanych produktów. Wszystkie te operacje przestrzegają praw zachowania masy i energii, a także ilości ruchu.

Operacje te ułatwiają transport surowca (w stanie ciekłym, stałym lub gazowym) do reaktorów, a także jego ogrzewanie lub chłodzenie. Sprzyjają również skutecznemu oddzieleniu konkretnego składnika mieszanki produktów.

W przeciwieństwie do procesów jednostkowych, które przekształcają chemiczną naturę materii, operacje dążą do modyfikacji ich stanu poprzez gradient jednej z ich właściwości fizykochemicznych. Osiąga się to poprzez generowanie gradientu masy, energii lub ilości ruchu.

Nie tylko w przemyśle chemicznym istnieją niezliczone przykłady takich operacji, ale także w kuchni. Na przykład, gdy bijesz część płynnego mleka, dostajesz śmietankę i chude mleko.

Z drugiej strony, jeśli do tego mleka dodaje się roztwór kwasu (kwas cytrynowy, ocet itp.), Powoduje denaturację jego białek, co jest procesem (zakwaszeniem), a nie jednolitą operacją..

Indeks

  • 1 Rodzaje
    • 1.1 Operacje transferu materii
    • 1.2 Operacje wymiany ciepła
    • 1.3 Operacje przenoszenia masy i energii jednocześnie
  • 2 Przykłady
    • 2.1 Destylacja
    • 2.2 Absorpcja
    • 2.3 Wirowanie
    • 2.4 Screening
    • 2.5 Adsorpcja
  • 3 referencje

Typy

Operacje przenoszenia materii

Operacje jednostkowe tego typu przenoszą masę przez mechanizm dyfuzyjny. Innymi słowy: surowiec jest poddawany systemowi, który generuje zmienność stężenia składnika, który ma zostać wyodrębniony lub oddzielony.

Praktycznym przykładem jest rozważenie ekstrakcji naturalnego oleju z niektórych nasion.

Ponieważ oleje są zasadniczo z natury niepolarne, można je ekstrahować apolarnym rozpuszczalnikiem (takim jak n-heksan), który kąpie nasiona, ale (teoretycznie) nie reaguje z żadnym ze składników jego matrycy (skorupy i orzechy) ).

Operacje wymiany ciepła

Tutaj ciepło jest przenoszone z ciała cieplejszego do ciała, które jest zimniejsze. Jeśli surowcem jest zimne ciało i istotne jest podniesienie jego temperatury, na przykład, aby zmniejszyć jego lepkość i ułatwić proces, to jest on poddawany kontaktowi z gorącym przepływem lub powierzchnią.

Operacje te wykraczają jednak poza „prosty” transfer ciepła, ponieważ energia może zostać przekształcona w dowolne z jej przejawów (światło, wiatr, mechanika, elektryczność itp.).

Przykład powyższego można zaobserwować w elektrowniach wodnych, gdzie prądy wodne są wykorzystywane do wytwarzania energii elektrycznej.

Operacje przenoszenia masy i energii jednocześnie

W tym typie operacji dwa poprzednie zjawiska zachodzą w tym samym czasie, przenosząc masę (gradient stężenia) przed gradientem temperatury.

Na przykład, jeśli cukier jest rozpuszczany w garnku z wodą, a następnie woda jest podgrzewana, gdy pozwala się na powolne ostygnięcie, następuje krystalizacja cukru..

Tutaj następuje przeniesienie rozpuszczonego cukru do jego kryształów. Ta operacja, znana jako krystalizacja, pozwala na uzyskanie stałych produktów o wysokim stopniu czystości.

Innym przykładem jest suszenie ciała. Jeśli uwodniona sól zostanie poddana działaniu ciepła, uwolni wodę hydratacyjną w postaci pary. To ponownie powoduje zmianę stężenia masowego wody w soli, ponieważ zwiększa ona jej temperaturę.

Przykłady

Destylacja

Destylacja polega na oddzieleniu składników ciekłej mieszaniny w zależności od jej lotności lub punktów wrzenia. Jeśli A i B są mieszalne i tworzą jednorodny roztwór, ale A wrze w 50 ° C, a B w 130 ° C, to A można oddestylować z mieszaniny przez prostą destylację.

Górny obraz pokazuje typowy montaż prostej destylacji. W skali przemysłowej kolumny destylacyjne są znacznie większe i mają inne cechy, które umożliwiają oddzielenie związków o punktach wrzenia bardzo blisko siebie (destylacja frakcyjna).

A i B znajdują się w balonie destylatora (2), który jest ogrzewany w łaźni olejowej (14) przez płytę grzejną (13). Kąpiel olejowa zapewnia bardziej jednorodne ogrzewanie w całym ciele kuli.

Gdy mieszanina zwiększa swoją temperaturę o około 50 ° C, opary uciekają i generują odczyt na termometrze (3).

Następnie pary A, gorące, wchodzą do skraplacza (5), gdzie są chłodzone i skraplane przez wodę, która krąży wokół szkła (wchodzi przez 6 i pozostawia przez 7).

W końcu balon kolektora (8) otrzymuje kondensat. Jest on otoczony zimną kąpielą, aby zapobiec możliwemu wyciekowi A do środowiska (chyba że A nie był bardzo niestabilny).

Absorpcja

Absorpcja pozwala na oddzielenie szkodliwych składników prądu gazowego, który jest później uwalniany do środowiska.

Osiąga się to przez przepuszczanie gazów wewnątrz kolumny wypełnionej cieczą rozpuszczalnikową. Zatem ciecz selektywnie rozpuszcza szkodliwe składniki (takie jak SO)2, CO, NOx i H2S), pozostawiając „czysty” gaz, który z niego wyłania się.

Wirowanie

W tej jednostkowej operacji wirówka (instrument górnego obrazu) wywiera siłę dośrodkową, która przekracza tysiące razy przyspieszenie grawitacji.

W rezultacie zawieszone cząsteczki osiadają na dnie probówki, ułatwiając późniejsze dekantowanie lub pobieranie próbek supernatantu.

Gdyby siła dośrodkowa nie działała, grawitacja oddziela ciało stałe z bardzo małą prędkością. Ponadto nie wszystkie cząstki mają taką samą masę, rozmiar lub powierzchnię, więc nie osadzają się w jednej stałej masie na dnie rury.

Screening

Przesiewanie polega na oddzieleniu stałej i heterogenicznej mieszaniny w zależności od wielkości jej cząstek. Tak więc małe cząsteczki będą przechodzić przez otwory sita (lub sita), podczas gdy duże nie będą.

Adsorpcja

Podobnie jak absorpcja, adsorpcja jest użyteczna w oczyszczaniu płynnych i stałych strumieni. Różnica polega jednak na tym, że zanieczyszczenia nie przenikają przez sinus materiału adsorbującego, który jest ciałem stałym (jak niebieskawy żel krzemionkowy na powyższym obrazku); zamiast tego przylega do swojej powierzchni.

Ponadto, chemiczna natura ciała stałego różni się od charakteru cząsteczek, które adsorbuje (nawet jeśli między nimi występuje duże powinowactwo). Z tego powodu adsorpcja i krystalizacja - kryształ adsorbuje cząstki do wzrostu - to dwie różne operacje jednostkowe.

Referencje

  1. Fernández G. (24 listopada 2014 r.). Operacje jednostkowe. Źródło: 24 maja 2018 r. Z: industriaquimica.net
  2. Carlos A. Bizama Fica. Operacje jednostkowe: Jednostka 4: Rodzaje operacji jednostkowych. [PDF] Źródło: 24 maja 2018 r. Od: academia.edu
  3. Kurs: Technologia chemiczna (organiczna). Wykład 3: Podstawowe zasady procesów jednostkowych i operacji jednostkowych w organicznych przemysłach chemicznych. [PDF] Źródło: 24 maja 2018 r. Z: nptel.ac.in
  4. Shymaa Ali Hameed. (2014). Działanie urządzenia. [PDF] Źródło: 24 maja 2018 r. Z: ceng.tu.edu.iq
  5. R.L. Earle. (1983). Operacje jednostkowe w przetwórstwie żywności. Źródło: 24 maja 2018 r. Z: nzifst.org.nz
  6. Mikulova (1 marca 2008 r.) Slovnaft - Nowa fabryka polipropylenu. [Rysunek] Pobrano 24 maja 2018 r. Z: commons.wikimedia.org
  7. Rockpocket (13 marca 2012). Wirówka termiczna. [Rysunek] Pobrano 24 maja 2018 r. Z: commons.wikimedia.org
  8. Mauro Cateb (22 października 2016 r.). Niebieski żel krzemionkowy. [Rysunek] Źródło: 24 maja 2018 r. Z: flickr.com