Opérations unitaires

Une usine chimique dans laquelle vous pouvez voir les différents équipements utilisés pour les opérations unitaires

Quelles sont les opérations unitaires?

Lorsque vous êtes dans l'industrie chimique ou les zones connexes que vous souhaitez préparer ou synthétiser tout produit à partir de matières premières à travers un processus long et compliqué, il est pratique de diviser ce processus en étapes individuelles simples qui sont faciles à analyser séparément. Ces étapes individuelles qui impliquent un seul changement ou transformation sont appelées opérations unitaires.

Une opération unitaire peut impliquer des changements physiques et chimiques. Ces changements peuvent être très variés et passer de quelque chose d'aussi simple que le séchage d'un produit solide à une réaction de polymérisation contrôlée catalysée dans un réacteur chimique.

Le génie chimique est basé sur les opérations unitaires. En fait, la façon dont ils se rapportent les uns aux autres et les équipements qui y sont utilisés fournissent la base de la conception, de la construction et du contrôle des usines chimiques.

Types d'opérations unitaires

Les opérations unitaires sont très variées et peuvent être classées selon quatre critères différents. Ceux-ci sont:

1. Le type de transport qui les gouverne.
2. Selon sa nature.
3. Votre régime de travail.
4. Le but qu'ils poursuivent.

Ces critères sont décrits ci-dessous:

1. Classification en fonction du type de transport qui les gouverne

Ceci est le principal critère de classification utilisé par les ingénieurs chimiques. Les opérations unitaires cherchent à modifier les matériaux d'entrée pour obtenir ce que vous voulez à la sortie.

Ce qui précède implique soit de modifier sa masse ou sa composition, ce qui implique un Transfert de matière; Modifiez votre niveau d'énergie ou votre qualité, ce qui implique transfert de énergie; ou modifiez votre vitesse ou votre direction de mouvement, ce qui implique Transfert de montant de mouvement.

Selon lequel ou lequel de ces types de transport contrôle le fonctionnement de l'unité, ceux-ci peuvent être classés dans:

• Opérations de transfert de matière

Ce sont ceux dans lesquels il y a un transfert de masse vers ou depuis les substances impliquées dans le processus. Ces opérations unitaires comprennent:

• • Processus d'extraction solide et liquide-liquide.
  • Processus de rectification.
  • Absorption et dégraissez.
  • Adsorption et désorption.

• Opérations de transfert d'énergie

Ces opérations incluent tous les processus dans lesquels la chaleur est transférée vers ou depuis le système, mais sans que la perte ou le gain de matière se produit. Autrement dit. Ces opérations unitaires comprennent:

• • Échange de chaleur sans phase ni changement d'état.
  • Processus d'évaporation et de condensation.
  • Processus de sublimation et de dépôt.
  • Processus de fusion et de solidification.

• Opérations de transfert de matière et d'énergie

Dans ces opérations unitaires, le transfert d'énergie est utilisé, généralement sous forme de chaleur, pour effectuer la séparation ou l'union de plusieurs phases, donc un transfert de masse se produit également. Certains exemples d'opérations avec le transfert de matière et d'énergie comprennent:

• • Humidification et déshumidification.
  • Séchage.
  • Lyophilisation.
  • Distillation.

• Opérations de transfert de mouvement

Ces opérations unitaires sont celles qui impliquent de déplacer un corps d'un endroit à un autre sans effectuer une autre transformation. Ce type d'opérations comprend:

• • Circulation fluide.
  • Transport solide.

• Opérations complémentaires

Ce sont des opérations supplémentaires à celles déjà mentionnées et qui ne correspondent pas bien à aucune des autres classes. Certains exemples sont:

• • Sédimentation.
  • Circulation fluide à travers des lits poreux.
  • Agitation liquide.

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2. Classification selon sa nature

Selon ce critère, les opérations unitaires peuvent être classées comme:

• Opérations d'unité physique

Ces opérations unitaires impliquent tout changement physique dans lequel la nature des substances impliquées reste constante. C'est-à-dire qu'ils ne se produisent pas des réactions chimiques d'aucune sorte.

• Opérations de l'unité chimique

Comme son nom l'indique, ces opérations unitaires impliquent la survenue de réactions chimiques qui transforment les substances chimiques de la matière première en autres substances différentes. Ces opérations unitaires sont l'essence et la raison d'être de l'industrie chimique.

• Opérations d'unité biologique

Ils sont similaires aux opérations de l'unité chimique, mais avec la seule différence que les réactions chimiques sont effectuées par des organismes biologiques vivants tels que les bactéries, les champignons et les levures.

3. Classification Spar exemple votre régime de travail

En plus de la classification précédente, les opérations d'unité physique et chimique et biologique peuvent également être séparées en deux types selon qu'ils soient effectués sans interruption:

• Opérations de lots d'unités

Ce sont les opérations dans lesquelles la production ou la transformation se produit en étapes discrètes séquentielles. Ils sont généralement utilisés dans les petites plantes ou lorsqu'ils sont recherchés des produits fins ou de haute pureté.

Les deux opérations unitaires physiques, telles que les produits chimiques et les biologiques peuvent être effectuées par des lots. Dans le cas des opérations chimiques, ils impliquent généralement l'utilisation d'un réacteur fermé dans lequel la matière première est ajoutée, elle se ferme pour effectuer la réaction chimique pendant une période pré-établie, puis s'ouvre pour retirer les produits.

• Opérations unitaires continues

Ce sont ceux qui sont effectués sans interruption. Dans ces cas, les aliments de matières premières et l'élimination ou l'élimination des produits sont fabriqués en continu et à partir de là son nom.

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4. Classification selon le but qu'ils poursuivent

Enfin, différents types d'opérations unitaires peuvent être distingués en fonction de leur objectif. Dans ce cas, 3 grandes catégories peuvent être distinguées:

• Opérations combinées

Il s'agit notamment des opérations de mélange de deux ou plusieurs substances ou phases pour obtenir une seule phase finale aussi homogène que possible.

• Opérations de réaction

Correspondent aux opérations dans lesquelles les transformations chimiques sont effectuées.

• Opérations de séparation

Ils sont généralement utilisés pour purifier réactif avant une réaction, ou pour séparer les produits des réactifs sans accomplissement, du solvant (ou de l'humidité) ou de toute impureté avant le processus d'emballage.

Exemples d'opérations unitaires

Distillation

Il s'agit d'une opération unitaire qui implique le transfert de chaleur et de matière, qui consiste en la séparation des mélanges liquides en fonction des différences de volatilité (qui ont également des points d'ébullition différents). Le mélange liquide est chauffé à son point d'ébullition à la pression pré-établie.

La phase de vapeur sera plus riche dans les composants les plus volatils, donc lorsqu'il est possible, il est possible de les séparer des substances moins volatiles qui restent au bas du distillateur.

Il existe différents types de distillation avec différents degrés de complexité pour séparer différents types de mélanges:

• Distillation simple: Il se compose d'une seule étape de vaporisation et d'une seule condensation. Il est utilisé lorsque les différences de volatilité sont importantes ou lorsque l'un des composants est beaucoup plus volatile que les autres.
• Distillation fractionnée: Il s'agit essentiellement d'une technique dans laquelle de nombreuses distillations petites et échelonnées sont réalisées dans lesquelles les composants sont progressivement séparés en différentes fractions. Il est utilisé lorsque les pressions de vapeur des composants sont similaires.
• Distillation sous vide: Le vide diminue le point d'ébullition des liquides, il leur permet donc de se distiller à une température plus basse. Ceci est souhaitable lorsqu'il existe un risque de décomposition à des températures élevées. Il sert également à séparer les mélanges azéotropes tels que certains mélanges d'éthanol d'eau.
• Distillation de la traînée à vapeur: Il se compose de vapeur d'eau bouillonnante dans un mélange de liquides dans lesquels l'un d'entre eux est légèrement volatile et insoluble dans l'eau. La vapeur d'eau traîne littéralement ledit liquide et la condensation sont séparées en deux phases. Il sert également à distiller des liquides organiques thermiquement instables à une température inférieure à son point d'ébullition normal.

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Séchage

Il s'agit d'une opération unitaire du transfert de matière dans laquelle le solvant (plusieurs fois l'eau) qui trempe un solide est transféré par évaporation vers la phase gazeuse à éliminer, laissant le sèche solide qu'avant.

Le séchage peut être effectué en passant un courant solide humide à travers un tunnel de séchage dans lequel l'air sec chaud est passé à contre-courant. Dans ce cas, c'est un processus de séchage continu.

Il peut également être effectué dans des plateaux qui sont placés dans des armoires fermées à travers lesquelles l'air chaud est passé. Dans ce cas, nous sommes en présence de beaucoup de séchage.

Enfin, il y a aussi des séchoirs rotatifs et des séchoirs à pression, ainsi que des saupoudages dans un flux d'air chaud. Ce dernier est utilisé dans certains cas pour la préparation instantanée du café.

Adsorption

Il s'agit d'un phénomène de surface dans lequel une phase dissous ou gazeuse est adhérée à la surface d'un solide. Les solides sont des matériaux adsorbants poreux à surfaces très élevées et qui permettent l'adsorption de grandes quantités de soluté ou de gaz. Le carbone activé est un exemple courant d'un adsorbant utilisé à la fois en laboratoire et dans l'industrie.

Un exemple de l'application de l'adsorption sur le carbone activé est en train de faire du café décaféiné et du thé.

Absorption

L'absorption consiste en la dissolution d'un composant d'un mélange gazeux dans un liquide. Il s'agit d'une opération unitaire du transport de matière qui est largement utilisée pour éliminer les contaminants tels que le dioxyde de carbone ou le sulfure d'hydrogène à l'air avant d'être rejeté dans l'environnement.