Einheitenoperationsarten und Beispiele

Die Einheitenoperationen sind solche, die physikalische Behandlungen mit dem Rohmaterial beinhalten, um die gewünschten Produkte daraus zu erhalten. Alle diese Operationen befolgen die Gesetze der Erhaltung von Masse und Energie sowie die Menge der Bewegung.

Diese Operationen erleichtern den Transport des Rohmaterials (dieses in flüssigem, festem oder gasförmigem Zustand) zu den Reaktoren sowie dessen Erwärmung oder Kühlung. Sie bevorzugen auch die effektive Trennung einer bestimmten Komponente eines Produktmixes.

Im Gegensatz zu den einheitlichen Prozessen, die die chemische Natur der Materie verändern, versuchen Operationen, ihren Zustand durch den Gradienten einer ihrer physikochemischen Eigenschaften zu verändern. Dies wird erreicht, indem ein Gradient in der Masse, in der Energie oder in der Menge der Bewegung erzeugt wird.

Nicht nur in der chemischen Industrie gibt es unzählige Beispiele für diese Operationen, sondern auch in der Küche. Zum Beispiel, wenn Sie eine Portion flüssige Milch schlagen, erhalten Sie Sahne und Magermilch.

Wenn andererseits eine saure Lösung (Zitronensäure, Essig usw.) zu dieser Milch hinzugefügt wird, verursacht sie die Denaturierung ihrer Proteine, wobei dies ein Vorgang (Ansäuerung) und keine einheitliche Operation ist.

Index

• 1 Arten
  • 1.1 Materialtransfer
  • 1.2 Wärmeübertragungsvorgänge
  • 1.3 Massen- und Energietransfer gleichzeitig
• 2 Beispiele
  • 2.1 Destillation
  • 2.2 Absorption
  • 2.3 Zentrifugieren
  • 2.4 Screening
  • 2.5 Adsorption
• 3 Referenzen

Typen

Matter-Transfer-Operationen

Einheitenoperationen dieses Typs übertragen Masse durch einen Diffusionsmechanismus. Mit anderen Worten: Das Rohmaterial wird einem System ausgesetzt, das eine Konzentrationsänderung der Komponente erzeugt, die extrahiert oder getrennt werden soll.

Ein praktisches Beispiel ist die Gewinnung eines natürlichen Öls aus Samen.

Da die Öle im Wesentlichen unpolar sind, können sie mit einem unpolaren Lösungsmittel (wie n-Hexan) extrahiert werden, das die Samen eintaucht, aber nicht (theoretisch) mit irgendwelchen Komponenten seiner Matrix (Schalen und Walnuss) reagiert. ).

Wärmeübertragung

Hier wird Wärme vom wärmeren Körper auf den kälteren Körper übertragen. Wenn das Rohmaterial der kalte Körper ist und es notwendig ist, seine Temperatur zu erhöhen, um beispielsweise seine Viskosität zu verringern und einen Prozess zu erleichtern, wird es einem Kontakt mit einem heißen Strom oder einer heißen Oberfläche ausgesetzt.

Diese Operationen gehen jedoch über eine "einfache" Wärmeübertragung hinaus, da Energie auch in jeder ihrer Erscheinungsformen (Licht, Wind, Mechanik, Elektrik usw.) umgewandelt werden kann.

Ein Beispiel für das Obige ist in Wasserkraftwerken zu sehen, wo Wasserströme zur Stromerzeugung genutzt werden.

Massen- und Energietransfer gleichzeitig

Bei dieser Art von Betrieb treten die beiden vorhergehenden Phänomene gleichzeitig auf, wobei die Masse (Konzentrationsgradient) auf einen Temperaturgradienten übertragen wird.

Wenn zum Beispiel Zucker in einem Topf mit Wasser gelöst wird und dann das Wasser erhitzt wird, wenn es langsam abkühlen kann, tritt Kristallisation des Zuckers ein.

Hier findet eine Übertragung von gelöstem Zucker auf seine Kristalle statt. Dieser Vorgang, der als Kristallisation bekannt ist, ermöglicht es, feste Produkte mit einem hohen Reinheitsgrad zu erhalten.

Ein anderes Beispiel ist das Trocknen eines Körpers. Wenn ein hydratisiertes Salz Wärme ausgesetzt wird, wird es das Hydratationswasser in Form von Dampf freisetzen. Dies führt wiederum zu einer Änderung der Massenkonzentration des Wassers in dem Salz, wenn es seine Temperatur erhöht.

Beispiele

Destillation

Die Destillation besteht in der Trennung der Komponenten eines flüssigen Gemisches nach seinen Flüchtigkeiten oder Siedepunkten. Wenn A und B mischbar sind und eine homogene Lösung bilden, A aber bei 50ºC siedet und B bei 130ºC, dann kann A durch eine einfache Destillation aus dem Gemisch destilliert werden.

Das obere Bild zeigt eine typische Anordnung einer einfachen Destillation. Im industriellen Maßstab sind die Destillationskolonnen viel größer und haben andere Eigenschaften, die die Trennung von Verbindungen mit sehr nahe beieinander liegenden Siedepunkten ermöglichen (fraktionierte Destillation).

A und B befinden sich im Destillierballon (2), der in einem Ölbad (14) durch die Heizplatte (13) erhitzt wird. Das Ölbad sorgt für eine gleichmäßigere Erwärmung im ganzen Körper.

Wenn die Mischung ihre Temperatur um 50 ° C erhöht, entweichen die Dämpfe von A und erzeugen eine Ablesung auf dem Thermometer (3).

Dann treten die Dämpfe von A, heiß, in den Kondensator (5) ein, wo sie durch das Wasser gekühlt und kondensiert werden, das um das Glas zirkuliert (tritt durch 6 auf und geht um 7 zurück).

Schließlich empfängt der Sammelballon (8) A-Kondensat.Es ist von einem kalten Bad umgeben, um ein mögliches Austreten von A in die Umwelt zu verhindern (es sei denn, A war nicht sehr flüchtig).

Absorption

Die Absorption ermöglicht die Abtrennung der schädlichen Komponenten eines Gasstroms, der später an die Umgebung abgegeben wird.

Dies wird erreicht, indem die Gase in eine mit Lösungsmittelflüssigkeit gefüllte Säule geleitet werden. Somit solubilisiert die Flüssigkeit selektiv die schädlichen Komponenten (wie SO)₂, CO, NEIN_x und H₂S), "sauber" das Gas, das daraus hervorgeht.

Zentrifugation

In dieser Einheitsoperation übt die Zentrifuge (Instrument des oberen Bildes) eine Zentripetalkraft aus, die die Erdbeschleunigung tausende Male übersteigt.

Als Ergebnis setzen sich die suspendierten Partikel auf dem Boden des Röhrchens ab, was das anschließende Dekantieren oder Probennehmen des Überstands erleichtert.

Wenn die Zentripetalkraft nicht funktionierte, würde die Schwerkraft den Körper mit sehr langsamer Geschwindigkeit trennen. Außerdem haben nicht alle Partikel das gleiche Gewicht, Größe oder Oberfläche, so dass sie sich nicht in einer einzigen festen Masse am Boden des Röhrchens absetzen.

Screening

Screening besteht in der Trennung einer festen und heterogenen Mischung entsprechend der Größe ihrer Partikel. Somit werden die kleinen Teilchen durch die Öffnungen des Siebs (oder Siebes) hindurchtreten, während die großen Teilchen dies nicht tun.

Adsorption

Wie die Absorption ist die Adsorption bei der Reinigung von flüssigen und festen Strömen nützlich. Der Unterschied besteht jedoch darin, dass die Verunreinigungen nicht in den Sinus des Adsorptionsmaterials eindringen, das ein Feststoff ist (wie das bläuliche Kieselgel im Bild oben); stattdessen haftet es an seiner Oberfläche.

Auch unterscheidet sich die chemische Natur des Festkörpers von derjenigen der Partikel, die er adsorbiert (selbst wenn eine große Affinität zwischen den beiden besteht). Aus diesem Grund sind Adsorption und Kristallisation - Kristall adsorbiert Partikel wachsen - zwei verschiedene Einheitsoperationen.

Referenzen

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