عمليات الوحدة: الأنواع والأمثلة - كيمياء - 2025

و عمليات وحدة هي تلك التي تنطوي على العلاجات الفيزيائية للمادة أولية من أجل الحصول على المنتج المطلوب من هذا. كل هذه العمليات تخضع لقوانين الحفاظ على الكتلة والطاقة ، وكذلك الزخم.

تسهل هذه العمليات نقل المواد الخام (في الحالة السائلة أو الصلبة أو الغازية) نحو المفاعلات ، وكذلك تسخينها أو تبريدها. كما أنها تعزز الفصل الفعال لمكون معين من مزيج المنتجات.

سدود المياه هي أمثلة على عمليات الوحدة

على عكس العمليات الوحدوية التي تحول الطبيعة الكيميائية للمادة ، تسعى العمليات إلى تعديل حالتها من خلال تدرج إحدى خصائصها الفيزيائية والكيميائية. يتم تحقيق ذلك عن طريق توليد تدرج في حركة الكتلة أو الطاقة أو الكمية.

ليس فقط في الصناعة الكيميائية هناك أمثلة لا حصر لها لهذه العمليات ، ولكن أيضًا في المطبخ. على سبيل المثال ، ينتج عن خفق جزء من الحليب السائل قشدة وحليب خالي الدسم.

من ناحية أخرى ، إذا تمت إضافة محلول حامض (حمض الستريك ، الخل ، إلخ) إلى نفس الحليب ، فإنه يتسبب في تمسخ البروتينات ، وهذه عملية (تحمض) وليست عملية وحدة.

أنواع عمليات الوحدة

عمليات نقل المواد

عمليات الوحدة من هذا النوع تنقل الكتلة من خلال آلية الانتشار. بمعنى آخر: تخضع المادة الخام لنظام يولد اختلافًا في تركيز المكون المراد استخراجه أو فصله.

مثال عملي هو النظر في استخراج زيت طبيعي من بعض البذور.

نظرًا لأن الزيوت هي في الأساس ذات طبيعة قطبية ، فيمكن استخلاصها بمذيب قمعي (مثل n-hexane) ، والذي يغمر البذور ولكنه لا يتفاعل (نظريًا) مع أي من مكونات مصفوفة (الأصداف والمكسرات).).

عمليات نقل الحرارة

هنا تنتقل الحرارة من الجسم الأكثر دفئًا إلى الجسم الأكثر برودة. إذا كانت المادة الخام هي الجسم البارد وكان من الضروري رفع درجة حرارتها ، على سبيل المثال ، لخفض اللزوجة وتسهيل العملية ، فعندئذ يتم ملامستها لتدفق أو سطح ساخن.

ومع ذلك ، فإن هذه العمليات تتجاوز النقل "البسيط" للحرارة ، حيث يمكن أيضًا تحويل الطاقة إلى أي من مظاهرها (الضوء ، والرياح ، والميكانيكية ، والكهربائية ، وما إلى ذلك).

يمكن رؤية مثال على ما سبق في المحطات الكهرومائية ، حيث تُستخدم التيارات المائية لتوليد الكهرباء.

عمليات نقل الكتلة والطاقة في وقت واحد

في هذا النوع من العمليات ، تحدث الظاهرتان السابقتان في نفس الوقت ، حيث يتم تحويل الكتلة (تدرج التركيز) إلى تدرج درجة الحرارة.

على سبيل المثال ، إذا تمت إذابة السكر في إناء من الماء ثم تم تسخين الماء ، فإن تبلور السكر يحدث عندما يبرد ببطء.

هنا يحدث نقل للسكر المذاب باتجاه بلوراته. تسمح هذه العملية ، المعروفة باسم التبلور ، بالحصول على منتجات صلبة بدرجة عالية من النقاء.

مثال آخر هو تجفيف الجسم. إذا تعرض الملح المائي للحرارة ، فإنه سيطلق ماء الترطيب على شكل بخار. ينتج عن هذا مرة أخرى تغيير في تركيز كتلة الماء في الملح مع زيادة درجة حرارة الملح.

أمثلة

التقطير

يتكون التقطير من فصل مكونات الخليط السائل بناءً على تطايرها أو نقاط غليانها. إذا كان A و B قابلين للامتزاج ويشكلان محلولًا متجانسًا ، لكن A يغلي عند 50 درجة مئوية و B عند 130 درجة مئوية ، فيمكن تقطير A من الخليط من خلال التقطير البسيط.

تمثل الصورة أعلاه إعدادًا نموذجيًا لتقطير بسيط. على المستويات الصناعية ، تكون أعمدة التقطير أكبر بكثير ولها خصائص أخرى تسمح بفصل المركبات ذات نقاط الغليان القريبة جدًا (التقطير التجزيئي).

يوجد A و B في الزجاجة الساكنة (2) ، والتي يتم تسخينها في حمام زيت (14) بواسطة لوحة التسخين (13). يضمن حمام الزيت تسخينًا أكثر تجانسًا في جميع أنحاء جسم الكرة.

عندما يزيد الخليط من درجة حرارته حوالي 50 درجة مئوية ، تهرب أبخرة A وتولد قراءة على مقياس الحرارة (3).

بعد ذلك ، تدخل الأبخرة الساخنة من A إلى المكثف (5) حيث يتم تبريدها وتكثيفها بفعل عمل الماء الذي يدور حول الزجاج (يدخل عند 6 ويترك عند 7).

أخيرًا ، يتلقى بالون التجميع (8) المكثف A. إنه محاط بحمام بارد لمنع التسرب المحتمل لـ A إلى البيئة (ما لم يكن A غير متقلب للغاية).

استيعاب

يسمح الامتصاص بفصل المكونات الضارة عن التيار الغازي الذي يتم إطلاقه لاحقًا في البيئة.

يتم تحقيق ذلك عن طريق تمرير الغازات في عمود مملوء بمذيب سائل. وبالتالي ، فإن السائل يذوب بشكل انتقائي المكونات الضارة (مثل SO ₂ و CO و NO _x و H ₂ S) ، تاركًا الغاز الذي يخرج منه "نظيفًا".

الطرد المركزي

في هذه العملية الوحدوية ، يبذل جهاز الطرد المركزي (الأداة الموجودة في الصورة العليا) قوة جذب مركزية تتجاوز آلاف المرات تسارع الجاذبية.

نتيجة لذلك ، تستقر الجسيمات المعلقة في قاع الأنبوب ، مما يسهل عملية الصب أو أخذ عينات من المادة الطافية.

إذا لم تعمل قوة الجاذبية المركزية ، فإن الجاذبية ستفصل المادة الصلبة بسرعة بطيئة جدًا. أيضًا ، ليست كل الجسيمات لها نفس الوزن أو الحجم أو مساحة السطح ، لذلك لا تستقر في كتلة صلبة واحدة في أسفل الأنبوب.

غربلة

مثل الامتصاص ، يكون الامتصاص مفيدًا في تنقية التيارات السائلة والصلبة. ومع ذلك ، فإن الاختلاف هو أن الشوائب لا تخترق المادة الممتزة ، وهي مادة صلبة (مثل هلام السيليكا المزرق في الصورة أعلاه) ؛ بدلا من ذلك فإنه يلتصق بسطحه.

وبالمثل ، تختلف الطبيعة الكيميائية للمادة الصلبة عن تلك الخاصة بالجسيمات التي تمتصها (حتى لو كان هناك تقارب كبير بين الاثنين). لهذا السبب ، فإن الامتزاز والتبلور - تمتص الجزيئات البلورية لتنمو - هما عمليتان مختلفتان للوحدة.

المراجع

1. فرنانديز ج. (24 نوفمبر 2014). عمليات الوحدة. تم الاسترجاع في 24 مايو 2018 من: industriaquimica.net
2. كارلوس أ. بيزاما فيكا. عمليات الوحدة: الوحدة 4: أنواع عمليات الوحدة.. تم الاسترجاع في 24 مايو 2018 من: academia.edu
3. بالطبع: التكنولوجيا الكيميائية (عضوي). المحاضرة 3: المبادئ الأساسية لعمليات الوحدة وعمليات الوحدة في الصناعات الكيماوية العضوية.. تم الاسترجاع في 24 مايو 2018 من: nptel.ac.in
4. شيماء علي حميد. (2014). تشغيل وحدة.. تم الاسترجاع في 24 مايو 2018 من: ceng.tu.edu.iq
5. RL إيرل. (1983). عمليات الوحدة في معالجة الأغذية. تم الاسترجاع في 24 مايو 2018 من: nzifst.org.nz
6. ميكولوفا. (1 مارس 2008). Slovnaft - مصنع جديد للبولي بروبيلين.. تم الاسترجاع في 24 مايو 2018 من: commons.wikimedia.org
7. روك بوكيت. (13 مارس 2012). أجهزة الطرد المركزي الحرارية.. تم الاسترجاع في 24 مايو 2018 من: commons.wikimedia.org
8. ماورو كاتيب. (2016 ، 22 أكتوبر). هلام السيليكا الأزرق.. تم الاسترجاع في 24 مايو 2018 ، من: flickr.com