- Tipi di operazioni unitarie
- Operazioni di trasferimento del materiale
- Operazioni di trasferimento di calore
- Operazioni di trasferimento di massa ed energia simultaneamente
- Esempi
- Distillazione
- Assorbimento
- centrifugazione
- Setacciare
- Riferimenti
Le operazioni unitarie sono quelle che prevedono trattamenti fisici alla materia prima per ottenere da questa il prodotto desiderato. Tutte queste operazioni obbediscono alle leggi di conservazione della massa e dell'energia, nonché della quantità di moto.
Queste operazioni facilitano il trasporto della materia prima (questa allo stato liquido, solido o gassoso) verso i reattori, nonché il suo riscaldamento o raffreddamento. Promuovono inoltre l'efficace separazione di un componente specifico da un mix di prodotti.
Le dighe d'acqua sono esempi di operazioni unitarie
A differenza dei processi unitari che trasformano la natura chimica della materia, le operazioni cercano di modificarne le condizioni attraverso il gradiente di una delle sue proprietà fisico-chimiche. Ciò si ottiene generando un gradiente nel movimento di massa, energia o quantità.
Non solo nell'industria chimica ci sono innumerevoli esempi di queste operazioni, ma anche in cucina. Ad esempio, montare una porzione di latte liquido produce panna e latte scremato.
D'altra parte, l'aggiunta di una soluzione acida (acido citrico, aceto, ecc.) A questo stesso latte provoca la denaturazione delle sue proteine, trattandosi di un processo (acidulazione) e non di un'operazione unitaria.
Tipi di operazioni unitarie
Operazioni di trasferimento del materiale
Operazioni unitarie di questo tipo trasferiscono massa attraverso un meccanismo di diffusione. In altre parole: la materia prima è sottoposta ad un sistema che genera una variazione della concentrazione del componente da estrarre o separare.
Un esempio pratico sta considerando l'estrazione di un olio naturale da alcuni semi.
Poiché gli oli sono essenzialmente di natura apolare, possono essere estratti con un solvente apolare (come n-esano), che bagna i semi ma non reagisce (teoricamente) con nessuno dei componenti della loro matrice (gusci e noci. ).
Operazioni di trasferimento di calore
Qui il calore viene trasferito dal corpo più caldo a quello più freddo. Se la materia prima è il corpo freddo ed è fondamentale aumentarne la temperatura per, ad esempio, abbassarne la viscosità e facilitare un processo, allora viene messa a contatto con un flusso o superficie calda.
Tuttavia, queste operazioni vanno oltre un "semplice" trasferimento di calore, poiché l'energia può anche essere trasformata in una qualsiasi delle sue manifestazioni (luce, vento, meccanica, elettrica, ecc.).
Un esempio di quanto sopra può essere visto negli impianti idroelettrici, dove le correnti d'acqua vengono utilizzate per generare elettricità.
Operazioni di trasferimento di massa ed energia simultaneamente
In questo tipo di operazione, i due fenomeni precedenti si verificano contemporaneamente, trasferendo la massa (gradiente di concentrazione) ad un gradiente di temperatura.
Ad esempio, se lo zucchero viene sciolto in una pentola d'acqua e poi l'acqua viene riscaldata, la cristallizzazione dello zucchero avviene quando viene raffreddato lentamente.
Qui avviene un trasferimento dello zucchero disciolto verso i suoi cristalli. Questa operazione, nota come cristallizzazione, permette di ottenere prodotti solidi con un elevato grado di purezza.
Un altro esempio è l'asciugatura di un corpo. Se un sale idratato viene sottoposto a calore, rilascerà l'acqua di idratazione sotto forma di vapore. Questo produce di nuovo un cambiamento nella concentrazione di massa dell'acqua nel sale all'aumentare della temperatura del sale.
Esempi
Distillazione
La distillazione consiste nella separazione dei componenti di una miscela liquida in base alle loro volatilità o punti di ebollizione. Se A e B sono miscibili e formano una soluzione omogenea, ma A bolle a 50 ° C e B a 130 ° C, allora A può essere distillato dalla miscela mediante semplice distillazione.
L'immagine sopra rappresenta una tipica configurazione di una semplice distillazione. Su scala industriale, le colonne di distillazione sono molto più grandi e hanno altre caratteristiche, che consentono la separazione di composti con punti di ebollizione molto vicini (distillazione frazionata).
A e B sono nella bottiglia ferma (2), che viene riscaldata in un bagno d'olio (14) dalla piastra riscaldante (13). Il bagno d'olio garantisce un riscaldamento più omogeneo su tutto il corpo della palla.
All'aumentare della temperatura della miscela intorno ai 50 ° C, i vapori di A fuoriescono e generano una lettura sul termometro (3).
Quindi, i vapori caldi provenienti da A entrano nel condensatore (5) dove vengono raffreddati e condensati dall'azione dell'acqua che circola intorno al bicchiere (entra in 6 ed esce a 7).
Infine, il palloncino di raccolta (8) riceve A. È circondato da un bagno freddo per evitare possibili perdite di A nell'ambiente (a meno che A non sia molto volatile).
Assorbimento
L'assorbimento consente la separazione dei componenti nocivi da un flusso gassoso che viene successivamente rilasciato nell'ambiente.
Ciò si ottiene facendo passare i gas in una colonna riempita di solvente liquido. Pertanto, il liquido solubilizza selettivamente i componenti nocivi (come SO 2 , CO, NO x e H 2 S), lasciando il gas che ne esce “pulito”.
centrifugazione
In questa operazione unitaria, la centrifuga (strumento nell'immagine in alto) esercita una forza centripeta che supera migliaia di volte l'accelerazione di gravità.
Di conseguenza, le particelle sospese si depositano sul fondo del tubo, facilitando la successiva decantazione o campionamento del surnatante.
Se la forza centripeta non funzionasse, la gravità separerebbe il solido a una velocità molto bassa. Inoltre, non tutte le particelle hanno lo stesso peso, dimensione o area superficiale, quindi non si depositano in una singola massa solida sul fondo del tubo.
Setacciare
Come l'assorbimento, l'adsorbimento è utile nella purificazione di flussi liquidi e solidi. Tuttavia, la differenza è che le impurità non penetrano nel materiale adsorbente, che è un solido (come il gel di silice bluastro nell'immagine sopra); invece si attacca alla sua superficie.
Allo stesso modo, la natura chimica del solido è diversa da quella delle particelle che adsorbe (anche se c'è una grande affinità tra i due). Per questo motivo, l'adsorbimento e la cristallizzazione - il cristallo adsorbe le particelle per crescere - sono due diverse operazioni unitarie.
Riferimenti
- Fernández G. (24 novembre 2014). Operazioni unitarie. Estratto il 24 maggio 2018 da: industriaquimica.net
- Carlos A. Bizama Fica. Operazioni unitarie: Unità 4: Tipi di operazioni unitarie. . Estratto il 24 maggio 2018 da: academia.edu
- Corso: Tecnologia chimica (organica). Lezione 3: Principi di base dei processi unitari e operazioni unitarie nelle industrie chimiche organiche. . Estratto il 24 maggio 2018 da: nptel.ac.in
- Shymaa Ali Hameed. (2014). Funzionamento dell'unità. . Estratto il 24 maggio 2018 da: ceng.tu.edu.iq
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- Mikulova. (1 marzo 2008). Slovnaft - Nuovo impianto polipropilene. . Estratto il 24 maggio 2018 da: commons.wikimedia.org
- Rockpocket. (13 marzo 2012). Centrifuga termica. . Estratto il 24 maggio 2018 da: commons.wikimedia.org
- Mauro Cateb. (2016, 22 ottobre). Gel di silice blu. . Estratto il 24 maggio 2018 da: flickr.com