Operazioni unitarie

Un impianto chimico in cui è possibile vedere le diverse attrezzature utilizzate per le operazioni unitarie

Cosa sono le operazioni unitarie?

Quando nell'industria chimica o nelle aree correlate si desidera preparare o sintetizzare qualsiasi prodotto dalle materie prime attraverso un processo lungo e complicato, è conveniente dividere questo processo in semplici fasi individuali che sono facili da analizzare separatamente. Sono chiamate queste fasi individuali che coinvolgono un singolo cambiamento o trasformazione operazioni unitarie.

Un'operazione unitaria può comportare cambiamenti fisici e chimici. Questi cambiamenti possono essere molto vari e passare da qualcosa di semplice come l'essiccazione di un prodotto solido, a una reazione di polimerizzazione controllata catalizzata in un reattore chimico.

L'ingegneria chimica si basa sulle operazioni unitarie. In effetti, il modo in cui si relazionano tra loro e l'attrezzatura utilizzata in essi, fornisce la base per la progettazione, la costruzione e il controllo degli impianti chimici.

Tipi di operazioni unitarie

Le operazioni unitarie sono molto varie e possono essere classificate in base a quattro diversi criteri. Questi sono:

1. Il tipo di trasporto che li governa.
2. Secondo la sua natura.
3. Il tuo regime di lavoro.
4. Lo scopo che perseguono.

Questi criteri sono descritti di seguito:

1. Classificazione in base al tipo di trasporto che li governa

Questo è il principale criterio di classificazione utilizzato dagli ingegneri chimici. Le operazioni unitarie cercano di modificare i materiali di input per ottenere ciò che si desidera all'output.

Quanto sopra implica di modificare la sua massa o composizione, il che implica a Trasferimento di materia; Modifica il tuo livello di energia o qualità, il che implica trasferimento di energia; o modifica la tua velocità o la direzione del movimento, il che implica Trasferimento dell'importo del movimento.

Secondo il quale o quale di questi tipi di trasporto controlla il funzionamento dell'unità, questi possono essere classificati in:

• Operazioni di trasferimento della materia

Questi sono quelli in cui esiste un trasferimento di massa da o dalle sostanze coinvolte nel processo. Queste operazioni unitarie includono:

• • I processi di estrazione sia solido-liquid e liquido-liquido.
  • Processi di rettifica.
  • Assorbimento e Unbags.
  • Adsorbimento e disorbimento.

• Operazioni di trasferimento di energia

Queste operazioni includono tutti i processi in cui il calore viene trasferito da o dal sistema, ma senza la perdita o il guadagno della materia si verifica. In altre parole. Queste operazioni unitarie includono:

• • Scambio di calore senza modifica di fase o stato.
  • Processi di evaporazione e condensa.
  • Processi di sublimazione e deposizione.
  • Processi di fusione e solidificazione.

• Operazioni di trasferimento di materia e di energia

In queste operazioni unitarie, viene utilizzato il trasferimento di energia, di solito sotto forma di calore, per eseguire la separazione o l'unione di diverse fasi, quindi si verifica anche un trasferimento di massa. Alcuni esempi di operazioni con il trasferimento di materia ed energia includono:

• • Umidificazione e deumidificazione.
  • Asciugatura.
  • Liofilizzazione.
  • Distillazione.

• Operazioni di trasferimento del movimento

Queste operazioni unitarie sono quelle che prevedono lo spostamento di un corpo da un posto all'altro senza eseguire qualsiasi altra trasformazione. Questo tipo di operazioni include:

• • Circolazione fluida.
  • Trasporto solido.

• Operazioni complementari

Queste sono operazioni aggiuntive a quelle già menzionate e che non si adattano bene a nessuna delle altre classi. Alcuni esempi sono:

• • Sedimentazione.
  • Circolazione fluida attraverso letti porosi.
  • Agitazione liquida.

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2. Classificazione in base alla sua natura

Secondo questo criterio, le operazioni unitarie possono essere classificate come:

• Operazioni dell'unità fisica

Queste operazioni unitarie implicano qualsiasi cambiamento fisico in cui la natura delle sostanze coinvolte rimane costante. Cioè, non si verificano reazioni chimiche di alcun tipo.

• Operazioni di unità chimica

Come suggerisce il nome, queste operazioni unitarie comportano il verificarsi di reazioni chimiche che trasformano le sostanze chimiche della materia prima in altre diverse sostanze. Queste operazioni unitarie sono l'essenza e la ragione per essere dell'industria chimica.

• Operazioni di unità biologica

Sono simili alle operazioni di unità chimica, ma con l'unica differenza che le reazioni chimiche vengono eseguite da organismi biologici viventi come batteri, funghi e lieviti.

3. Classificazione sad esempio il tuo regime di lavoro

Oltre alla classificazione precedente, le operazioni di unità sia fisiche che chimiche e biologiche possono anche essere separate in due tipi a seconda che vengano effettuate o meno ininterrottamente:

• Operazioni batch unitarie

Sono quelle operazioni in cui la produzione o la trasformazione si verificano in passaggi discreti sequenziali. Sono generalmente utilizzati in piccole piante o quando si cercano prodotti di purezza fine o ad alta purezza.

Sia le operazioni unitarie fisiche, come le sostanze chimiche e quelle biologiche, possono essere eseguite da lotti. Nel caso delle operazioni chimiche, generalmente comportano l'uso di un reattore chiuso all'interno del quale viene aggiunta la materia prima, si chiude per eseguire la reazione chimica durante un periodo di tempo pre -stabilito, quindi si apre per rimuovere i prodotti.

• Operazioni unitarie continue

Sono quelli che vengono eseguiti ininterrottamente. In questi casi sia l'alimentazione delle materie prime sia la rimozione o l'eliminazione del prodotto sono fatti continuamente e da lì il suo nome.

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4. Classificazione in base allo scopo che perseguono

Infine, diversi tipi di operazioni unitarie possono essere distinti in base al loro scopo. In questo caso, si possono distinguere 3 grandi categorie:

• Operazioni di combinazione

Questi includono operazioni di miscelazione di due o più sostanze o fasi per ottenere una singola fase finale il più omogenea possibile.

• Operazioni di reazione

Corrispondere alle operazioni in cui vengono eseguite le trasformazioni chimiche.

• Operazioni di separazione

Sono generalmente usati per purificare reattivi prima di una reazione o per separare i prodotti dai reagenti invisibili, il solvente (o l'umidità) o qualsiasi impurità prima del processo di imballaggio.

Esempi di operazioni unitarie

Distillazione

È un'operazione unitaria che coinvolge il trasferimento di calore e materia, che consiste nella separazione di miscele liquide in base alle differenze nella loro volatilità (che hanno anche diversi punti di ebollizione). La miscela liquida viene riscaldata al suo punto di ebollizione a pressione pre -stabilita.

La fase del vapore sarà più ricca nei componenti più volatili, quindi quando si ri -insegnano è possibile separarli dalle sostanze meno volatili che rimangono nella parte inferiore del distillatore.

Esistono diversi tipi di distillazione con diversi gradi di complessità per separare diversi tipi di miscele:

• Semplice distillazione: È costituito da una singola fase di vaporizzazione e una singola condensa. Viene utilizzato quando le differenze di volatilità sono grandi o quando uno dei componenti è molto più volatile di altri.
• Distillazione frazionata: È fondamentalmente una tecnica in cui vengono eseguite molte distillazioni piccole e sfalsate in cui i componenti sono progressivamente separati in frazioni diverse. Viene utilizzato quando le pressioni del vapore dei componenti sono simili.
• Distillazione del vuoto: Il vuoto riduce il punto di ebollizione dei liquidi, quindi consente loro di distogliere una temperatura inferiore. Ciò è desiderabile quando c'è il rischio di decomposizione ad alte temperature. Serve anche a separare miscele azeotropiche come alcune miscele di etanolo d'acqua.
• Distillazione a vapore: È costituito da un vapore acqueo gorgogliante in una miscela di liquidi in cui uno di essi è leggermente volatile e insolubile. Il vapore acqueo trascina letteralmente detto liquido e condensazione sono separati in due fasi. Serve anche a distillare liquidi organici termicamente instabili a una temperatura inferiore al suo normale punto di ebollizione.

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Asciugatura

È un funzionamento unitario del trasferimento della materia in cui il solvente (molte volte acqua) che immerge un solido viene trasferito mediante evaporazione nella fase gassosa da eliminare, lasciando il solido più secco di prima.

L'asciugatura può essere eseguita passando una corrente solida umida attraverso un tunnel di asciugatura in cui l'aria asciutta calda viene passata in controcorrente. In questo caso, è un processo di asciugatura continua.

Può anche essere eseguito in vassoi che vengono posizionati in armadi chiusi attraverso i quali viene passata l'aria calda. In tal caso siamo in presenza di molto essiccazione.

Infine, ci sono anche essiccatori rotanti e asciugatrici, oltre a spruzzare in un flusso di aria calda. Quest'ultimo viene utilizzato in alcuni casi per la preparazione del caffè istantanea.

Adsorbimento

È un fenomeno superficiale in cui una fase disciolta o gassosa viene aderita alla superficie di un solido. I solidi sono materiali adsorbenti porosi con superfici molto alte e che consentono l'adsorbimento di grandi quantità di soluto o gas. Il carbonio attivo è un esempio comune di adsorbente utilizzato sia in laboratorio che nell'industria.

Un esempio dell'applicazione di adsorbimento sul carbonio attivo è in fase di caffettiera e tè decaffeinati.

Assorbimento

L'assorbimento consiste nella dissoluzione di una componente di una miscela gassosa in un liquido. È un funzionamento unitario del trasporto della materia ampiamente utilizzato per eliminare i contaminanti come l'anidride carbonica o l'idrogeno solforato d'aria prima di essere dimesso nell'ambiente.