Types d'opérations unitaires et exemples

Le opérations unitaires sont ceux qui impliquent des traitements physiques de la matière première afin d'en obtenir les produits désirés. Toutes ces opérations obéissent aux lois de conservation de la masse et de l’énergie, ainsi qu’à la quantité de mouvement.

Ces opérations facilitent le transport de la matière première (celle-ci à l'état liquide, solide ou gazeux) vers les réacteurs, ainsi que son chauffage ou son refroidissement. Ils favorisent également la séparation efficace d'un composant spécifique d'un mélange de produits.

Contrairement aux processus unitaires qui transforment la nature chimique de la matière, les opérations cherchent à modifier leur état à travers le gradient de l'une de leurs propriétés physico-chimiques. Ceci est réalisé en générant un gradient dans la masse, dans l'énergie ou dans la quantité de mouvement.

Non seulement dans l'industrie chimique, il existe d'innombrables exemples de ces opérations, mais aussi dans la cuisine. Par exemple, lorsque vous battez une portion de lait liquide, vous obtenez de la crème et du lait écrémé.

En revanche, si une solution acide (acide citrique, vinaigre, etc.) est ajoutée à ce lait, il provoque la dénaturation de ses protéines, processus (acidification) et non une opération unitaire.

Index

• 1 types
  • 1.1 Opérations de transfert de matière
  • 1.2 Opérations de transfert de chaleur
  • 1.3 Opérations de transfert de masse et d'énergie simultanément
• 2 exemples
  • 2.1 Distillation
  • 2.2 Absorption
  • 2.3 Centrifuger
  • 2.4 Filtrage
  • 2.5 Adsorption
• 3 références

Types

Opérations de transfert de matière

Opérations unitaires de ce type transfèrent la masse par un mécanisme de diffusion. En d'autres termes: la matière première est soumise à un système qui génère une variation de concentration du composant que l'on souhaite extraire ou séparer.

Un exemple pratique envisage l’extraction d’une huile naturelle à partir de graines.

Comme les huiles sont essentiellement de nature apolaire, elles peuvent être extraites avec un solvant apolaire (tel que le n-hexane), qui baigne les graines mais ne réagit pas (théoriquement) avec aucun des composants de sa matrice (coquilles et noix). ).

Opérations de transfert de chaleur

Ici, la chaleur est transférée du corps qui est plus chaud au corps qui est plus froid. Si la matière première est le corps froid et qu'il est essentiel d'augmenter sa température pour, par exemple, abaisser sa viscosité et faciliter un processus, elle est soumise à un contact avec un flux ou une surface chaude.

Cependant, ces opérations vont au-delà d'un simple "transfert de chaleur", l'énergie pouvant également être transformée dans n'importe laquelle de ses manifestations (lumière, vent, mécanique, électrique, etc.).

Un exemple de ce qui précède peut être vu dans les centrales hydroélectriques, où les courants d'eau sont utilisés pour générer de l'électricité.

Opérations de transfert de masse et d'énergie simultanément

Dans ce type d'opération, les deux phénomènes précédents se produisent simultanément, transférant la masse (gradient de concentration) à un gradient de température.

Par exemple, si du sucre est dissous dans une casserole avec de l’eau et que l’eau est ensuite chauffée, puisqu’elle se refroidit lentement, la cristallisation du sucre se produit.

Ici, un transfert de sucre dissous dans ses cristaux se produit. Cette opération, appelée cristallisation, permet d'obtenir des produits solides avec un degré de pureté élevé.

Un autre exemple est le séchage d'un corps. Si un sel hydraté est soumis à la chaleur, il libérera l'eau d'hydratation sous forme de vapeur. Cela produit à nouveau une modification de la concentration massique de l'eau dans le sel, car elle augmente sa température.

Des exemples

La distillation

La distillation consiste à séparer les composants d'un mélange liquide en fonction de ses volatilités ou de ses points d'ébullition. Si A et B sont miscibles et forment une solution homogène, mais que A bout à 50 ° C et B à 130 ° C, alors A peut être distillé du mélange par une simple distillation.

L'image supérieure montre un assemblage typique d'une simple distillation. Aux échelles industrielles, les colonnes de distillation sont beaucoup plus grandes et présentent d'autres caractéristiques qui permettent la séparation de composés ayant des points d'ébullition très proches (distillation fractionnée).

A et B sont dans le ballon de distillation (2), qui est chauffé dans un bain d'huile (14) par la plaque chauffante (13). Le bain d'huile assure un chauffage plus homogène dans tout le corps de la balle.

Comme le mélange augmente sa température autour de 50 ° C, les vapeurs de A s’échappent et génèrent une lecture sur le thermomètre (3).

Ensuite, les vapeurs de A, chaudes, pénètrent dans le condenseur (5) où elles sont refroidies et condensées par l'eau qui circule autour du verre (entre par 6 et par 7).

Enfin, le ballon collecteur (8) reçoit un condensat.Il est entouré d'un bain froid pour éviter les fuites possibles de A dans l'environnement (à moins que A ne soit pas très volatile).

Absorption

L'absorption permet de séparer les composants nocifs d'un courant gazeux qui est ensuite libéré dans l'environnement.

Ceci est réalisé en faisant passer les gaz dans une colonne remplie de solvant liquide. Ainsi, le liquide solubilise sélectivement les composants nocifs (tels que SO)₂, CO, NO_x et H₂S), laissant "propre" le gaz qui en émerge.

La centrifugation

Dans cette opération de l'unité, la centrifugeuse (instrument de l'image supérieure) exerce une force centripète qui dépasse l'accélération de la gravité des milliers de fois.

En conséquence, les particules en suspension se déposent au fond du tube, facilitant la décantation ou le prélèvement ultérieur du surnageant.

Si la force centripète ne fonctionnait pas, la gravité séparerait le solide à une vitesse très lente. De plus, toutes les particules n'ont pas le même poids, la même taille ou la même surface, elles ne se déposent donc pas dans une seule masse solide au fond du tube.

Le dépistage

Le criblage consiste en la séparation d'un mélange solide et hétérogène en fonction de la taille de ses particules. Ainsi, les petites particules passeront par les ouvertures du tamis (ou du tamis), contrairement aux grandes.

Adsorption

Tout comme l'absorption, l'adsorption est utile pour la purification des flux liquides et solides. Cependant, la différence est que les impuretés ne pénètrent pas dans le sinus du matériau adsorbant, qui est un solide (comme le gel de silice bleuâtre dans l'image ci-dessus); au lieu de cela, il adhère à sa surface.

En outre, la nature chimique du solide est différente de celle des particules qu’il adsorbe (même s’il existe une grande affinité entre les deux). Pour cette raison, l'adsorption et la cristallisation - les cristaux absorbent les particules pour se développer - sont deux opérations unitaires différentes.

Références

1. Fernández G. (24 novembre 2014). Opérations unitaires Récupéré le 24 mai 2018 sur: industriaquimica.net
2. Carlos A. Bizama Fica. Opérations unitaires: Thème 4: Types d'opérations unitaires. [PDF] Récupéré le 24 mai 2018 de: academia.edu
3. Cours: Technologie chimique (organique). Conférence 3: Principes fondamentaux des processus unitaires et des opérations unitaires dans les industries chimiques organiques. [PDF] Récupéré le 24 mai 2018 de: nptel.ac.in
4. Shymaa Ali Hameed. (2014). Fonctionnement de l'unité. [PDF] Récupéré le 24 mai 2018 de: ceng.tu.edu.iq
5. R.L. Earle. (1983). Opérations unitaires dans la transformation des aliments. Extrait le 24 mai 2018 de: nzifst.org.nz
6. Mikulova (1er mars 2008). Slovnaft - Nouvelle usine de polypropylène. [Figure] Récupéré le 24 mai 2018 sur: commons.wikimedia.org
7. Rockpocket. (13 mars 2012). Thermo centrifugeuse. [Figure] Récupéré le 24 mai 2018 sur: commons.wikimedia.org
8. Mauro Cateb (22 octobre 2016). Gel de silice bleu. [Figure] Extrait le 24 mai 2018 de: flickr.com