ЕДИНИЧНЫЕ ОПЕРАЦИИ: ВИДЫ И ПРИМЕРЫ - ХИМИЯ - 2024

В единичных операциях являются те , которые включают физические процедуры в исходное сырье для получения желаемого продукта от этого. Все эти операции подчиняются законам сохранения массы и энергии, а также количества движения.

Эти операции облегчают транспортировку сырья (в жидком, твердом или газообразном состоянии) к реакторам, а также его нагрев или охлаждение. Они также способствуют эффективному выделению определенного компонента из смеси продуктов.

Водные дамбы являются примерами единичных операций

В отличие от унитарных процессов, которые изменяют химическую природу материи, операции стремятся изменить ее состояние за счет градиента одного из ее физико-химических свойств. Это достигается за счет создания градиента движения массы, энергии или количества.

Не только в химической промышленности есть бесчисленное множество примеров таких операций, но и на кухне. Например, взбивание порции жидкого молока дает сливки и обезжиренное молоко.

С другой стороны, если к тому же молоку добавить раствор кислоты (лимонная кислота, уксус и т. Д.), Это вызовет денатурацию его белков, причем это будет процесс (подкисление), а не единичная операция.

Типы единичных операций

Операции перемещения материалов

Единичные операции этого типа переносят массу через механизм диффузии. Другими словами: сырье подвергается воздействию системы, которая генерирует изменение концентрации компонента, подлежащего экстракции или разделению.

Практический пример - получение натурального масла из некоторых семян.

Поскольку масла по своей природе неполярны, их можно экстрагировать неполярным растворителем (например, н-гексаном), который омывает семена, но не вступает в реакцию (теоретически) ни с одним из компонентов их матрицы (скорлупа и орехи). ).

Операции теплопередачи

Здесь тепло передается от более теплого тела к более холодному. Если сырье представляет собой холодное тело и необходимо повысить его температуру, например, для снижения его вязкости и облегчения процесса, тогда его вводят в контакт с горячим потоком или поверхностью.

Однако эти операции выходят за рамки «простой» передачи тепла, поскольку энергия также может быть преобразована в любое из ее проявлений (световое, ветровое, механическое, электрическое и т. Д.).

Пример вышесказанного можно увидеть на гидроэлектростанциях, где водные потоки используются для выработки электроэнергии.

Одновременные операции по переносу массы и энергии

В этом типе работы два предыдущих явления происходят одновременно, переводя массу (градиент концентрации) в градиент температуры.

Например, если сахар растворяют в кастрюле с водой, а затем воду нагревают, кристаллизация сахара происходит при его медленном охлаждении.

Здесь происходит переход растворенного сахара к его кристаллам. Эта операция, известная как кристаллизация, позволяет получать твердые продукты с высокой степенью чистоты.

Другой пример - высыхание тела. Если гидратированная соль подвергается нагреванию, она выделяет гидратную воду в виде пара. Это снова приводит к изменению массовой концентрации воды в соли при повышении температуры соли.

Примеры

дистилляция

Дистилляция заключается в разделении компонентов жидкой смеси на основе их летучести или температуры кипения. Если A и B смешиваются и образуют гомогенный раствор, но A кипит при 50 ° C, а B при 130 ° C, тогда A можно отогнать из смеси простой перегонкой.

На изображении выше представлена ​​типичная установка простой дистилляции. В промышленных масштабах дистилляционные колонны намного больше и обладают другими характеристиками, которые позволяют разделять соединения с очень близкими точками кипения (фракционная перегонка).

A и B находятся в негазированной емкости (2), которая нагревается на масляной бане (14) нагревательной пластиной (13). Масляная ванна гарантирует более однородный нагрев всего тела мяча.

Когда температура смеси повышается примерно на 50 ° C, пары A улетучиваются и создают показания на термометре (3).

Затем горячие пары из A попадают в конденсатор (5), где они охлаждаются и конденсируются под действием воды, которая циркулирует вокруг стекла (входит в 6 и выходит в 7).

Наконец, сборный баллон (8) принимает конденсированный A. Он окружен холодной ванной, чтобы предотвратить возможную утечку A в окружающую среду (если A не является очень летучим).

абсорбция

Абсорбция позволяет отделить вредные компоненты от газового потока, который впоследствии выбрасывается в окружающую среду.

Это достигается пропусканием газов в колонну, заполненную жидким растворителем. Таким образом, жидкость избирательно солюбилизирует вредные компоненты (такие как SO ₂ , CO, NO _x и H ₂ S), оставляя газ, который выходит из нее, «чистым».

центрифугирование

В этой унитарной операции центрифуга (инструмент на верхнем изображении) создает центростремительную силу, которая в тысячи раз превышает ускорение свободного падения.

В результате взвешенные частицы оседают на дно пробирки, облегчая последующую декантацию или отбор пробы супернатанта.

Если бы центростремительная сила не действовала, гравитация разделяла бы твердое тело с очень медленной скоростью. Кроме того, не все частицы имеют одинаковый вес, размер или площадь поверхности, поэтому они не оседают в единую твердую массу на дне пробирки.

Просеивание

Подобно абсорбции, адсорбция полезна для очистки жидких и твердых потоков. Однако разница в том, что примеси не проникают в адсорбирующий материал, который является твердым веществом (как голубоватый силикагель на изображении выше); вместо этого он прилипает к его поверхности.

Точно так же химическая природа твердого вещества отличается от природы частиц, которые оно адсорбирует (даже если между ними существует большое сродство). По этой причине адсорбция и кристаллизация - кристалл адсорбирует частицы для роста - это две разные единичные операции.

Ссылки

1. Фернандес Г. (24 ноября 2014 г.). Единичные операции. Получено 24 мая 2018 г. с: Industriaquimica.net
2. Карлос А. Бизама Фика. Операции отряда: Глава 4: Типы операций отряда. . Получено 24 мая 2018 г. с сайта academia.edu
3. Курс: Химическая технология (органическая). Лекция 3: Основные принципы единичных процессов и единичных операций в отраслях органической химии. . Получено 24 мая 2018 г. с: nptel.ac.in
4. Шимаа Али Хамид. (2014). Работа агрегата. . Получено 24 мая 2018 г. с: ceng.tu.edu.iq
5. Р.Л. Эрл. (1983). Единичные операции в пищевой промышленности. Получено 24 мая 2018 г. с: nzifst.org.nz
6. Микулова. (1 марта 2008 г.). Словнафт - Новый завод полипропилена. . Получено 24 мая 2018 г. с: commons.wikimedia.org.
7. Rockpocket. (13 марта 2012 г.). Термоцентрифуга. . Получено 24 мая 2018 г. с: commons.wikimedia.org.
8. Мауро Катеб. (2016, 22 октября). Синий силикагель. . Получено 24 мая 2018 г. с: flickr.com