Tipos de operações unitárias e exemplos

O operações unitárias são aqueles que envolvem tratamentos físicos à matéria-prima para obter os produtos desejados. Todas essas operações obedecem às leis de conservação de massa e energia, bem como à quantidade de movimento.

Essas operações facilitam o transporte da matéria-prima (em estado líquido, sólido ou gasoso) para os reatores, bem como seu aquecimento ou resfriamento. Eles também favorecem 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 buscam modificar sua condição através do gradiente de uma de suas propriedades físico-químicas. Isto é conseguido gerando um gradiente na massa, na energia ou na quantidade de movimento.

Não só na indústria química existem inúmeros exemplos dessas operações, mas também na cozinha. Por exemplo, quando você bate uma porção de leite líquido, você obtém creme e leite desnatado.

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

Índice

• 1 tipos
  • 1.1 operações de transferência de matéria
  • 1.2 Operações de transferência de calor
  • 1.3 Operações de transferência de massa e energia simultaneamente
• 2 exemplos
  • 2.1 Destilação
  • 2.2 Absorção
  • 2.3 Centrifugação
  • 2.4 Triagem
  • 2.5 Adsorção
• 3 referências

Tipos

Operações de transferência de matéria

Operações unitárias desse tipo transferem massa através de um mecanismo de difusão. Em outras palavras: a matéria-prima é submetida a um sistema que gera uma variação de concentração do componente que se deseja extrair ou separar.

Um exemplo prático é considerar a extração de um óleo natural das 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 que é mais quente para o corpo que é mais frio. Se a matéria-prima é o corpo frio e é essencial elevar sua temperatura para, por exemplo, diminuir sua viscosidade e facilitar um processo, então ela é submetida a contato com um fluxo ou superfície quente.

Entretanto, essas operações vão além de uma transferência "simples" de calor, já que a energia também pode ser transformada em qualquer de suas manifestações (luz, vento, mecânica, elétrica, etc.).

Um exemplo disso pode ser visto em usinas hidrelétricas, onde as correntes de água são usadas para gerar eletricidade.

Operações de transferência de massa e energia simultaneamente

Neste tipo de operação, os dois fenómenos anteriores ocorrem ao mesmo tempo, transferindo massa (gradiente de concentração) para um gradiente de temperatura.

Por exemplo, se o açúcar é dissolvido em uma panela com água e, em seguida, a água é aquecida, como é permitido que resfrie lentamente, a cristalização do açúcar ocorre.

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

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

Exemplos

Destilação

A destilação consiste na separação dos componentes de uma mistura líquida de acordo com 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 através de uma simples destilação.

A imagem superior mostra uma montagem típica de uma destilação simples. Em escala industrial, as colunas de destilação são muito maiores e possuem outras características, que permitem a separação de compostos com pontos de ebulição muito próximos uns dos outros (destilação fracionada).

A e B estão no balão do destilador (2), que é aquecido em um 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 ° C, os vapores de A escapam e geram uma leitura no termômetro (3).

Então, os vapores de A, quente, entram no condensador (5) onde são resfriados e condensados ​​pela água que circula ao redor do copo (entra por 6 e sai por 7).

Finalmente, o balão coletor (8) recebe um condensado.É cercado por um banho frio para evitar possível vazamento de A para o meio ambiente (a menos que A não fosse muito volátil).

Absorção

A absorção permite a separação dos componentes nocivos de uma corrente gasosa que é posteriormente liberada para o meio ambiente.

Isto é conseguido passando os gases para uma coluna cheia de líquido solvente. Assim, o líquido solubiliza seletivamente os componentes nocivos (como SO)₂CO, NO_x e H₂S), deixando "limpo" o gás que emerge dele.

Centrifugação

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

Como resultado, as partículas suspensas depositam-se no fundo do tubo, facilitando a subsequente decantação ou amostragem 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, de modo que não se fixam em uma única massa sólida no fundo do tubo.

Triagem

O rastreio consiste na separação de uma mistura sólida e heterogénea de acordo com o tamanho das suas partículas. Assim, as pequenas partículas passarão pelas aberturas da peneira (ou peneira), enquanto as grandes não passarão.

Adsorção

Como a absorção, a adsorção é útil na purificação de correntes líquidas e sólidas. No entanto, a diferença é que as impurezas não penetram no seio do material adsorvente, que é um sólido (como a sílica gel azulada na imagem acima); em vez disso, adere à sua superfície.

Além disso, a natureza química do sólido é diferente da das partículas que ele absorve (mesmo que haja grande afinidade entre as duas). Por esta razão, adsorção e cristalização - cristais absorvem partículas para crescer - são duas operações unitárias diferentes.

Referências

1. Fernández G. (24 de novembro de 2014). Operações unitárias. Retirado em 24 de maio de 2018, de: industriaquimica.net
2. Carlos A. Bizama Fica. Operações Unitárias: Tópico 4: Tipos de Operações Unitárias. [PDF] Retirado em 24 de maio de 2018, de: academia.edu
3. Curso: Tecnologia Química (Orgânica). Aula 3: Princípios Básicos de Processos Unitários e Operações Unitárias em Indústrias Químicas Orgânicas. [PDF] Retirado em 24 de maio de 2018, de: nptel.ac.in
4. Shymaa Ali Hameed. (2014). Operação unitária. [PDF] Retirado em 24 de maio de 2018, de: ceng.tu.edu.iq
5. R.L. Earle (1983). Operações Unitárias em Processamento de Alimentos. Retirado em 24 de maio de 2018, de: nzifst.org.nz
6. Mikulova (1 de março de 2008). Slovnaft - Nova planta de polipropileno. [Figura] Retirado em 24 de maio de 2018, de: commons.wikimedia.org
7. Rockpocket. (13 de março de 2012). Termocentrífuga [Figura] Retirado em 24 de maio de 2018, de: commons.wikimedia.org
8. Mauro Cateb (22 de outubro de 2016). Gel de sílica azul. [Figura] Retirado em 24 de maio de 2018, de: flickr.com