OPERACJE JEDNOSTKOWE: RODZAJE I PRZYKŁADY - CHEMIA - 2025

W operacji jednostkowych to takie, które obejmują fizyczne przetwarzanie do wsadu, w celu uzyskania pożądanego produktu z tego. Wszystkie te operacje są zgodne z prawami zachowania masy i energii, a także pędu.

Operacje te ułatwiają transport surowca (w stanie ciekłym, stałym lub gazowym) w kierunku reaktorów oraz jego ogrzewanie lub chłodzenie. Promują również skuteczne oddzielenie określonego składnika z asortymentu produktów.

Zapory wodne to przykłady działań jednostkowych

W przeciwieństwie do jednostkowych procesów, które zmieniają chemiczną naturę materii, operacje mają na celu modyfikację jej stanu poprzez gradient jednej z jej właściwości fizykochemicznych. Osiąga się to poprzez generowanie gradientu ruchu masy, energii lub ilości.

Nie tylko w branży chemicznej przykłady takich operacji są niezliczone, ale także w kuchni. Na przykład ubijanie porcji płynnego mleka daje śmietankę i mleko odtłuszczone.

Z drugiej strony, jeśli do tego samego mleka dodany zostanie roztwór kwasu (kwas cytrynowy, ocet itp.), Spowoduje to denaturację jego białek, co jest procesem (zakwaszeniem), a nie operacją jednostkową.

Rodzaje operacji jednostkowych

Operacje transferu materiałów

Jednostkowe operacje tego typu przenoszą masę poprzez mechanizm dyfuzji. Innymi słowy: surowiec jest poddawany systemowi, który powoduje zmiany stężenia składnika, który ma być wydobywany lub oddzielany.

Praktycznym przykładem jest rozważenie ekstrakcji naturalnego oleju z niektórych nasion.

Ponieważ oleje są z natury niepolarne, można je ekstrahować apolarnym rozpuszczalnikiem (takim jak n-heksan), który obmywa nasiona, ale nie reaguje (teoretycznie) z żadnym ze składników ich matrycy (łupinami i orzechami). ).

Operacje wymiany ciepła

Tutaj ciepło jest przenoszone z ciała cieplejszego do ciała, które jest zimniejsze. Jeśli surowiec jest zimną bryłą i konieczne jest podniesienie jego temperatury, aby np. Obniżyć jego lepkość i ułatwić proces, to styka się z gorącym strumieniem lub powierzchnią.

Jednak operacje te wykraczają poza „proste” przekazywanie ciepła, ponieważ energia może być również przekształcana w dowolne jej przejawy (światło, wiatr, mechaniczne, elektryczne itp.).

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

Jednoczesne operacje przenoszenia masy i energii

W tego typu operacjach dwa poprzednie zjawiska zachodzą jednocześnie, przenosząc masę (gradient stężeń) na gradient temperatury.

Na przykład, jeśli cukier jest rozpuszczany w garnku z wodą, a następnie woda jest podgrzewana, krystalizacja cukru następuje podczas jego powolnego chłodzenia.

Tutaj następuje transfer rozpuszczonego cukru w ​​kierunku jego kryształów. Ta operacja, zwana krystalizacją, pozwala na uzyskanie stałych produktów o wysokim stopniu czystości.

Innym przykładem jest suszenie ciała. Poddana działaniu ciepła sól uwodniona uwalnia wodę hydratacyjną w postaci pary. To z kolei powoduje zmianę stężenia masowego wody w soli w miarę wzrostu temperatury soli.

Przykłady

Destylacja

Destylacja polega na oddzieleniu składników ciekłej mieszaniny na podstawie ich lotności lub temperatury wrzenia. Jeśli A i B mieszają się i tworzą jednorodny roztwór, ale A wrze w 50 ° C, a B w 130 ° C, wówczas A można destylować z mieszaniny poprzez zwykłą destylację.

Powyższy obraz przedstawia typową konfigurację prostej destylacji. W skali przemysłowej kolumny destylacyjne są znacznie większe i mają inne cechy, które pozwalają na separację związków o bardzo bliskich temperaturach wrzenia (destylacja frakcyjna).

A i B znajdują się w butelce (2), która jest podgrzewana w kąpieli olejowej (14) przez płytę grzewczą (13). Kąpiel olejowa gwarantuje bardziej równomierne ogrzewanie całej kuli.

Gdy temperatura mieszaniny wzrasta o około 50 ° C, opary A ulatniają się i generują odczyt na termometrze (3).

Następnie gorące opary z A wchodzą do skraplacza (5), gdzie są schładzane i skraplane przez działanie wody krążącej wokół szkła (wchodzi o 6 i opuszcza o 7).

Na koniec balon zbierający (8) otrzymuje skondensowany A. Jest otoczony zimną kąpielą, aby zapobiec ewentualnemu wyciekowi A do środowiska (chyba że A nie jest bardzo lotny).

Wchłanianie

Absorpcja pozwala na oddzielenie szkodliwych składników ze strumienia gazowego, który jest następnie uwalniany do środowiska.

Odbywa się to poprzez przepuszczenie gazów do kolumny wypełnionej ciekłym rozpuszczalnikiem. W ten sposób ciecz selektywnie rozpuszcza szkodliwe składniki (takie jak SO ₂ , CO, NO _x i H ₂ S), pozostawiając wydostający się z niej gaz „czysty”.

Wirowanie

W tej jednostkowej operacji wirówka (przyrząd na górnym obrazie) wywiera siłę dośrodkową, która przekracza tysiące razy przyspieszenie ziemskie.

W rezultacie zawieszone cząstki osiadają na dnie probówki, ułatwiając późniejszą dekantację lub pobranie próbki supernatantu.

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

Przesiew

Podobnie jak absorpcja, adsorpcja jest przydatna do oczyszczania strumieni cieczy i ciał stałych. Jednak różnica polega na tym, że zanieczyszczenia nie wnikają do materiału adsorbującego, który jest ciałem stałym (jak niebieskawy żel krzemionkowy na powyższym obrazku); zamiast tego przykleja się do jego powierzchni.

Podobnie chemiczna natura ciała stałego różni się od właściwości cząstek, które adsorbuje (nawet jeśli między nimi istnieje duże powinowactwo). Z tego powodu adsorpcja i krystalizacja - kryształ adsorbuje cząstki, aby rosnąć - to dwie różne operacje jednostkowe.

Bibliografia

1. Fernández G. (24 listopada 2014). Operacje jednostkowe. Pobrane 24 maja 2018 r.Z: industriaquimica.net
2. Carlos A. Bizama Fica. Operacje jednostkowe: Jednostka 4: Rodzaje operacji jednostkowych. . Pobrane 24 maja 2018 r.Z: academia.edu
3. Kurs: Technologia chemiczna (organiczna). Wykład 3: Podstawowe zasady procesów jednostkowych i działania jednostek w przemyśle chemii organicznej. . Pobrane 24 maja 2018 r. Z: nptel.ac.in
4. Shymaa Ali Hameed. (2014). Działanie jednostki. . Pobrane 24 maja 2018 z: ceng.tu.edu.iq
5. RL Earle. (1983). Operacje jednostkowe w przetwórstwie żywności. Pobrane 24 maja 2018 r. Z: nzifst.org.nz
6. Mikulova. (1 marca 2008). Slovnaft - Nowa fabryka polipropylenu. . Pobrane 24 maja 2018 z: commons.wikimedia.org
7. Rockpocket. (13 marca 2012). Wirówka termiczna. . Pobrane 24 maja 2018 z: commons.wikimedia.org
8. Mauro Cateb. (22 października 2016). Niebieski żel krzemionkowy. . Pobrane 24 maja 2018 r. Z: flickr.com