Operações de unidade

Uma planta química na qual você pode ver os diferentes equipamentos usados ​​para operações de unidade

O que são operações unitárias?

Quando na indústria química ou em áreas relacionadas que você deseja preparar ou sintetizar qualquer produto a partir de matéria -prima através de um processo longo e complicado, é conveniente dividir esse processo em estágios individuais simples que são fáceis de analisar separadamente. Esses estágios individuais que envolvem uma única mudança ou transformação são chamados Operações de unidade.

Uma operação unitária pode envolver mudanças físicas e químicas. Essas mudanças podem ser muito variadas e passar de algo tão simples quanto a secagem de um produto sólido, para uma reação de polimerização controlada catalisada em um reator químico.

A engenharia química é baseada em operações unitárias. De fato, a maneira como eles se relacionam entre si e com o equipamento usado neles, fornece a base para o projeto, construção e controle de plantas químicas.

Tipos de operações unitárias

Operações unitárias são muito variadas e podem ser classificadas de acordo com quatro critérios diferentes. Estes são:

1. O tipo de transporte que os governa.
2. De acordo com sua natureza.
3. Seu regime de trabalho.
4. O propósito que eles buscam.

Esses critérios são descritos abaixo:

1. Classificação de acordo com o tipo de transporte que os governa

Este é o principal critério de classificação usado por engenheiros químicos. Operações unitárias buscam modificar os materiais de entrada para obter o que você deseja na saída.

O acima implica modificar sua massa ou composição, o que implica um Transferência de matéria; modifique seu nível de energia ou qualidade, o que implica transferência de energia; ou modificar sua direção de velocidade ou movimento, o que implica Transferência de quantidade de movimento.

De acordo com qual ou qual desses tipos de transporte controla a operação da unidade, eles podem ser classificados em:

• Operações de transferência de matéria

Estes são aqueles em que há uma transferência de massa para ou das substâncias envolvidas no processo. Essas operações unitárias incluem:

• • Processos de extração sólidos e líquidos e líquidos líquidos.
  • Processos de retificação.
  • Absorção e Unbags.
  • Adsorção e dessorção.

• Operações de transferência de energia

Essas operações incluem todos os processos em que o calor é transferido para ou para o sistema, mas sem perda ou ganho de matéria ocorre. Em outras palavras. Essas operações unitárias incluem:

• • Troca de calor sem mudança de fase ou estado.
  • Processos de evaporação e condensação.
  • Processos de sublimação e deposição.
  • Processos de fusão e solidificação.

• Operações de matéria e transferência de energia

Nessas operações unitárias, é usada a transferência de energia, geralmente na forma de calor, para realizar a separação ou união de várias fases; portanto, uma transferência de massa também ocorre. Alguns exemplos de operações com a transferência de matéria e energia incluem:

• • Umidificação e desumidificação.
  • Secagem.
  • Liofilização.
  • Destilação.

• Operações de transferência de movimento

Essas operações unitárias são aquelas que envolvem mover um corpo de um lugar para outro sem realizar nenhuma outra transformação. Este tipo de operações inclui:

• • Circulação de fluidos.
  • Transporte sólido.

• Operações complementares

Essas são operações adicionais para os já mencionados e que não se encaixam bem em nenhuma das outras classes. Alguns exemplos são:

• • Sedimentação.
  • Circulação fluida através de camas porosas.
  • Agitação líquida.

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2. Classificação de acordo com sua natureza

De acordo com este critério, as operações unitárias podem ser classificadas como:

• Operações da unidade física

Essas operações unitárias implicam qualquer mudança física na qual a natureza das substâncias envolvidas permanece constante. Isto é, eles não ocorrem reações químicas de qualquer tipo.

• Operações de unidade química

Como o nome indica, essas operações unitárias envolvem a ocorrência de reações químicas que transformam as substâncias químicas da matéria -prima em outras substâncias diferentes. Essas operações unitárias são a essência e a razão de ser da indústria química.

• Operações da unidade biológica

Eles são semelhantes às operações de unidades químicas, mas com a única diferença de que as reações químicas são realizadas por organismos biológicos vivos, como bactérias, fungos e leveduras.

3. Classificação spor exemplo, seu regime de trabalho

Além da classificação anterior, as operações físicas e químicas e biológicas também podem ser separadas em dois tipos, dependendo se eles são ou não realizados ou não ininterruptamente:

• Operações de lote de unidade

São aquelas operações nas quais a produção ou transformação ocorre em etapas discretas sequenciais. Eles geralmente são usados ​​em plantas pequenas ou quando produtos finos ou de alta pureza são procurados.

Ambas as operações físicas unitárias, como produtos químicos e biológicos, podem ser realizados por lotes. No caso de operações químicas, elas geralmente envolvem o uso de um reator fechado dentro do qual a matéria -prima é adicionada, ele fecha para realizar a reação química durante um período pré -estabelecida e depois abre para remover os produtos.

• Operações de unidade contínuas

Eles são aqueles que são realizados ininterruptamente. Nesses casos.

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4. Classificação de acordo com o objetivo que eles buscam

Finalmente, diferentes tipos de operações de unidade podem ser distinguidos de acordo com seu objetivo. Nesse caso, três grandes categorias podem ser distinguidas:

• Operações de combinação

Isso inclui a mistura de operações de duas ou mais substâncias ou fases para obter uma única fase final o mais homogênea possível.

• Operações de reação

Corresponder às operações em que as transformações químicas são realizadas.

• Operações de separação

Eles geralmente são usados ​​para purificar reativos antes de uma reação, ou para separar os produtos dos reagentes inactados, o solvente (ou umidade) ou qualquer impureza antes do processo de embalagem.

Exemplos de operações unitárias

Destilação

É uma operação unitária que envolve transferência de calor e matéria, que consiste na separação de misturas líquidas com base nas diferenças em sua volatilidade (que também têm diferentes pontos de ebulição). A mistura líquida é aquecida ao seu ponto de ebulição à pressão pré -estabelecida.

A fase de vapor será mais rica nos componentes mais voláteis; portanto, ao re -endensar, é possível separá -los das substâncias menos voláteis que permanecem no fundo do destilador.

Existem diferentes tipos de destilação com diferentes graus de complexidade para separar diferentes tipos de misturas:

• Destilação simples: Consiste em um único estágio de vaporização e uma única condensação. É usado quando as diferenças de volatilidade são grandes ou quando um dos componentes é muito mais volátil do que outros.
• Destilação fraccionada: É basicamente uma técnica na qual muitas destilações pequenas e escalonadas são realizadas nas quais os componentes são progressivamente separados em diferentes frações. É usado quando as pressões de vapor dos componentes são semelhantes.
• Destilação a vácuo: O vácuo diminui o ponto de ebulição dos líquidos, por isso permite que eles estejam se dividindo para uma temperatura mais baixa. Isso é desejável quando há um risco de decomposição em altas temperaturas. Ele também serve para separar misturas azeotrópicas, como algumas misturas de etanol de água.
• Destilação de arrasto a vapor: Consiste em vapor de água borbulhante em uma mistura de líquidos nos quais um deles é levemente volátil e insolúvel em água. Vapor de água literalmente arrasta o líquido e o condensação são separados em duas fases. Ele também serve para destilar líquidos orgânicos termicamente instáveis ​​a uma temperatura menor que seu ponto de ebulição normal.

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Secagem

É uma operação unitária da transferência de matéria na qual o solvente (muitas vezes água) que absorve um sólido é transferido pela evaporação para a fase gasosa a ser eliminada, deixando o seco sólido do que antes.

A secagem pode ser realizada passando uma corrente sólida úmida através de um túnel de secagem no qual o ar quente seco é passado em contracorrente. Nesse caso, é um processo de secagem contínuo.

Também pode ser realizado em bandejas que são colocadas em armários fechados através dos quais o ar quente é passado. Nesse caso, estamos na presença de muita secagem.

Finalmente, também existem secadores rotativos e secadores de pressão, além de borrifar em um fluxo de ar quente. O último é usado em alguns casos para preparação instantânea de café.

Adsorção

É um fenômeno de superfície no qual uma fase dissolvida ou gasosa é aderida à superfície de um sólido. Sólidos são materiais adsorventes porosos com superfícies muito altas e que permitem a adsorção de grandes quantidades de soluto ou gás. O carbono ativado é um exemplo comum de um adsorvente usado tanto no laboratório quanto na indústria.

Um exemplo da aplicação de adsorção no carbono ativado está no processo de café e chá decafeinado.

Absorção

A absorção consiste na dissolução de um componente de uma mistura gasosa em um líquido. É uma operação unitária do transporte de matéria que é amplamente utilizado para eliminar contaminantes, como dióxido de carbono ou sulfeto de hidrogênio do ar antes de receber alta no ambiente.