Operações unitárias: tipos e exemplos

Operações unitárias: tipos e exemplos

As operações unitárias são aquelas que envolvem tratamentos físicos para o sujeito prémio, a fim de se obter o produto desejado a partir desta. Todas essas operações obedecem às leis de conservação de massa e energia, bem como o momento.

Essas operações facilitam o transporte da matéria-prima (no estado líquido, sólido ou gasoso) em direção aos reatores, bem como seu aquecimento ou resfriamento. Eles também promovem a separação efetiva de um componente específico de um mix de produtos.

Ao contrário dos processos unitários que transformam a natureza química da matéria, as operações procuram modificar sua condição através do gradiente de uma de suas propriedades físico-químicas. Isso é feito gerando um gradiente de massa, energia ou momento.

Existem inúmeros exemplos dessas operações, não apenas na indústria química, mas também na cozinha. Por exemplo, bater uma porção de leite líquido dá creme e desnatado.

Por outro lado, se uma solução ácida (ácido cítrico, vinagre, etc.) é adicionada a esse mesmo leite, causa a desnaturação de suas proteínas, sendo este um processo (acidificação) e não uma operação unitária.

Tipos de operações da unidade

Operações de transferência de matéria

Tais operações unitárias transferem massa através de um mecanismo de difusão. Em outras palavras: a matéria-prima é submetida a um sistema que gera uma variação na concentração do componente a ser extraído ou separado.

Um exemplo prático é considerar a extração de um óleo natural de algumas sementes.

Como os óleos são essencialmente de natureza apolar, eles podem ser extraídos com um solvente apolar (como o n-hexano), que banha as sementes, mas não reage (teoricamente) com nenhum dos componentes de sua matriz (conchas e nozes). )

Operações de transferência de calor

Aqui, o calor é transferido do corpo mais quente para o corpo mais frio. Se a matéria-prima é o corpo frio e é essencial elevar sua temperatura, por exemplo, para diminuir sua viscosidade e facilitar um processo, ela é sujeita a contato com um fluxo ou superfície quente.

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No entanto, essas operações vão além de uma transferência de calor “simples”, pois a energia também pode ser transformada em qualquer uma de suas manifestações (luz, vento, mecânica, elétrica, etc.).

Um exemplo do exposto acima pode ser visto em usinas hidrelétricas, onde são usadas correntes de água para gerar eletricidade.

Operações de transferência de massa e energia simultaneamente

Nesse tipo de operação, os dois fenômenos anteriores ocorrem ao mesmo tempo, transferindo massa (gradiente de concentração) antes de um gradiente de temperatura.

Por exemplo, se o açúcar é dissolvido em uma panela com água e a água é aquecida, quando é permitido esfriar lentamente, ocorre a cristalização do açúcar.

Aqui ocorre uma transferência do açúcar dissolvido para seus cristais. Esta operação, conhecida como cristalização, permite obter produtos sólidos com um alto grau de pureza.

Outro exemplo é secar um corpo. Se um sal hidratado for submetido ao calor, ele liberará a água de hidratação como vapor. Isso novamente produz uma alteração na concentração de massa de água no sal à medida que aumenta sua temperatura.

Exemplos

Destilação

A destilação consiste em separar os componentes de uma mistura líquida com base em suas volatilidades ou pontos de ebulição . Se A e B são miscíveis e formam uma solução homogênea, mas A ferve a 50 ° C e B a 130 ° C, então A pode ser destilado da mistura por destilação simples.

A imagem acima representa uma configuração típica para uma destilação simples. Em escalas industriais, as colunas de destilação são muito maiores e possuem outras características, o que permite a separação de compostos com pontos de ebulição muito próximos um do outro (destilação fracionada).

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A e B estão no balão destilador (2), que é aquecido em banho de óleo (14) pela placa de aquecimento (13). O banho de óleo garante um aquecimento mais homogêneo em todo o corpo da bola.

À medida que a mistura aumenta sua temperatura em torno de 50 ºC, os vapores A escapam e geram uma leitura no termômetro (3).

Em seguida, os vapores A quentes entram no condensador (5), onde são resfriados e condensados ​​pela ação da água que circula ao redor do vidro (entra por 6 e sai por 7).

Finalmente, a bola coletora (8) recebe A. condensado. É cercado por um banho frio para evitar possível vazamento de A no meio ambiente (a menos que A não seja muito volátil).

Absorção

A absorção permite a separação dos componentes nocivos de uma corrente de gás que é posteriormente liberada no ambiente.

Isso é feito passando os gases para uma coluna cheia de solvente líquido. Assim, o líquido solubiliza selectivamente os componentes nocivos (tais como SO 2 , CO, NO x e H 2 S), deixando o gás que emerge a partir dele “limpo”.

Centrifugação

Nesta operação unitária, a centrífuga (instrumento na imagem acima) exerce uma força centrípeta que excede a aceleração da gravidade milhares de vezes.

Como resultado, as partículas em suspensão depositam-se no fundo do tubo, facilitando a decantação ou amostragem subsequente do sobrenadante.

Se a força centrípeta não funcionasse, a gravidade separaria o sólido a uma velocidade muito lenta. Além disso, nem todas as partículas têm o mesmo peso, tamanho ou área de superfície; portanto, elas não se depositam em uma única massa sólida na parte inferior do tubo.

Triagem

A peneiração consiste em separar uma mistura sólida e heterogênea, dependendo do tamanho de suas partículas. Assim, partículas pequenas passarão pelas aberturas da peneira (ou peneira), enquanto partículas grandes não passarão.

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Adsorção

Como a absorção, a adsorção é útil na purificação de fluxos líquidos e sólidos. No entanto, a diferença é que as impurezas não penetram no material adsorvente, que é um sólido (como o gel de sílica azulado na imagem acima); em vez disso, adere à sua superfície.

Da mesma forma, a natureza química do sólido é diferente daquela das partículas que ele absorve (mesmo se houver uma grande afinidade entre elas). Por esse motivo, a adsorção e a cristalização – o cristal adsorve partículas para crescer – são duas operações unitárias diferentes.

Referências

  1. Fernández G. (24 de novembro de 2014). Operações da unidade. Recuperado em 24 de maio de 2018, de: industriaquimica.net
  2. Carlos A. Bizama Fica. Operações da unidade: Unidade 4: Tipos de operações da unidade. [PDF]. Recuperado em 24 de maio de 2018, de: academia.edu
  3. Curso: Tecnologia Química (Orgânica). Aula 3: Princípios básicos dos processos unitários e operações unitárias nas indústrias químicas orgânicas . [PDF]. Recuperado em 24 de maio de 2018, de: nptel.ac.in
  4. Shymaa Ali Hameed. (2014). Operação da unidade . [PDF]. Recuperado em 24 de maio de 2018, de: ceng.tu.edu.iq
  5. RL Earle. (1983). Operações da Unidade em Processamento de Alimentos . Recuperado em 24 de maio de 2018, de: nzifst.org.nz
  6. Mikulova. (1 de março de 2008). Slovnaft – Nova fábrica de polipropileno. [Figura]. Recuperado em 24 de maio de 2018, de: commons.wikimedia.org
  7. Rockpocket. (13 de março de 2012). Termo centrífuga. [Figura]. Recuperado em 24 de maio de 2018, de: commons.wikimedia.org
  8. Mauro Cateb. (22 de outubro de 2016). Gel de sílica azul. [Figura]. Recuperado em 24 de maio de 2018, de: flickr.com

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