En la ingeniería química y campos relacionados, una operación unitaria es un paso básico en un proceso . Las operaciones unitarias implican un cambio físico o transformación química como separación, cristalización, evaporación, filtración, polimerización, isomerización y otras reacciones. Por ejemplo, en el procesamiento de la leche se involucran las siguientes operaciones unitarias: homogeneización , pasteurización y envasado . Estas operaciones unitarias están conectadas para crear el proceso general. Un proceso puede requerir muchas operaciones unitarias para obtener el producto deseado a partir de las materias primas o materias primas.
Historia
Históricamente, las diferentes industrias químicas fueron consideradas como procesos industriales diferentes y con principios diferentes. Arthur Dehon Little desarrolló el concepto de "operaciones unitarias" para explicar los procesos de la química industrial en 1916. [1] En 1923, William H. Walker , Warren K. Lewis y William H. McAdams escribieron el libro The Principles of Chemical Engineering y explicaron que la variedad de industrias químicas tiene procesos que siguen las mismas leyes físicas. [2] Resumieron estos procesos similares en operaciones unitarias. Cada operación de la unidad sigue las mismas leyes físicas y puede usarse en todas las industrias químicas relevantes. Por ejemplo, se requiere la misma ingeniería para diseñar un mezclador para napalm o papilla, incluso si el uso, el mercado o los fabricantes son muy diferentes. Las operaciones unitarias forman los principios fundamentales de la ingeniería química.
Ingeniería Química
Las operaciones unitarias de ingeniería química constan de cinco clases:
- Procesos de flujo de fluidos, incluido el transporte de fluidos , la filtración y la fluidización de sólidos .
- Procesos de transferencia de calor , incluida la evaporación y el intercambio de calor .
- Procesos de transferencia de masa , que incluyen absorción , destilación , extracción , adsorción y secado de gases .
- Procesos termodinámicos, incluida la licuefacción y refrigeración de gases .
- Procesos mecánicos, incluido el transporte de sólidos , trituración y pulverización , y cribado y tamizado .
Las operaciones unitarias de ingeniería química también se incluyen en las siguientes categorías que involucran elementos de más de una clase:
- Combinación ( mezcla )
- Separación ( destilación , cristalización )
- Reacción ( reacción química )
Además, hay algunas operaciones unitarias que combinan incluso estas categorías, como la destilación reactiva y los reactores de tanque agitado . Una operación unitaria "pura" es un proceso de transporte físico, mientras que un proceso químico / físico mixto requiere modelar tanto el transporte físico, como la difusión, como la reacción química. Esto suele ser necesario para diseñar reacciones catalíticas y se considera una disciplina separada, denominada ingeniería de reacciones químicas .
Las operaciones unitarias de ingeniería química y el procesamiento de unidades de ingeniería química forman los principios fundamentales de todo tipo de industrias químicas y son la base de los diseños de plantas químicas, fábricas y equipos utilizados.
En general, las operaciones unitarias se diseñan escribiendo los saldos de la cantidad transportada para cada componente elemental (que puede ser infinitesimal) en forma de ecuaciones, y resolviendo las ecuaciones para los parámetros de diseño, luego seleccionando una solución óptima entre las varias posible y luego diseñar el equipo físico. Por ejemplo, la destilación en una columna de placas se analiza escribiendo los balances de masa para cada placa, donde el equilibrio y la eficiencia de vapor-líquido conocidos, goteo y goteo comprenden los flujos másicos totales, con un subflujo para cada componente. La combinación de una pila de estos da el sistema de ecuaciones para toda la columna. Existe una gama de soluciones, porque una relación de reflujo más alta permite menos placas y viceversa. Luego, el ingeniero debe encontrar la solución óptima con respecto a la retención de volumen aceptable, la altura de la columna y el costo de construcción.
Ver también
Referencias
- ^ "Arther Dehon Little" . Esparcir bellotas que puedan crecer robles . Bibliotecas del MIT . Consultado el 13 de noviembre de 2013 .
- ^ "Arthur D. Little, William H. Walker y Warren K. Lewis" . Instituto de Historia de la Ciencia . Consultado el 20 de marzo de 2018 .
enlaces externos
- Medios relacionados con las operaciones de la Unidad en Wikimedia Commons