Operações da unidade: tipos e exemplos - Ciência - 2023

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As operações unitárias são aquelas que envolvem tratamentos físicos à matéria-prima para a obtenção dos produtos desejados. Todas essas operações obedecem às leis de conservação de massa e energia, bem como ao momento.

Essas operações facilitam o transporte da matéria-prima (esta no estado líquido, sólido ou gasoso) até os 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 por meio do gradiente de uma de suas propriedades físico-químicas. Isso é obtido gerando um gradiente no movimento de massa, energia ou quantidade.


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

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

Tipos de operações unitárias

Operações de transferência de material

As operações unitárias deste tipo transferem massa através de um mecanismo de difusão. Ou seja: 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 apolares por natureza, 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 (cascas e nozes). )


Operações de transferência de calor

Aqui, o calor é transferido do corpo que está mais quente para o corpo que está mais frio. Se a matéria-prima é o corpo frio e é essencial aumentar sua temperatura para, por exemplo, diminuir sua viscosidade e facilitar um processo, então ele é colocado em contato com um fluxo ou superfície quente.

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

Um exemplo do acima pode ser visto em usinas hidrelétricas, onde as correntes de água são usadas 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) para um gradiente de temperatura.


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

Aqui ocorre uma transferência do açúcar dissolvido para seus cristais. Essa operação, conhecida como cristalização, permite a obtenção de 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 da hidratação na forma de vapor. Isso novamente produz uma mudança na concentração de massa da água no sal à medida que aumenta a temperatura.

Exemplos

Destilação

A destilação consiste na separação dos 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 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 (destilação fracionada).

A e B estão na garrafa destiladora (2), que é aquecida 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 temperatura da mistura sobe para cerca de 50ºC, os vapores de A escapam e geram uma leitura no termômetro (3).

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

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

Absorção

A absorção permite a separação de componentes prejudiciais de um fluxo gasoso que é posteriormente liberado no meio ambiente.

Isso é feito passando os gases para uma coluna cheia de solvente líquido. Assim, o líquido solubiliza seletivamente componentes prejudiciais (como SO2, CO, NÃOx e H2S), deixando “limpo” o gás que dela sai.

Centrifugação

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

Como resultado, as partículas suspensas depositam-se no fundo do tubo, facilitando a decantação posterior ou amostragem do sobrenadante.

Se a força centrípeta não operasse, 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, por isso não se acomodam em uma única massa sólida no fundo do tubo.

Peneirar

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

Adsorção

Assim 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 núcleo do material adsorvente, que é um sólido (como o gel de sílica azulado da imagem acima); em vez disso, adere à superfície.

Da mesma forma, a natureza química do sólido é diferente daquela das partículas que ele adsorve (mesmo que haja uma grande afinidade entre os dois). Por essa razão, adsorção e cristalização - o cristal adsorve partículas para crescer - são duas operações unitárias diferentes.

Referências

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