Operación de la unidad

En ingeniería química y campos afines, una operación unitaria es un paso fundamental en un proceso . Las operaciones unitarias implican un cambio físico o una transformación química, como la separación, la cristalización, la evaporación, la filtración, la polimerización, la isomerización y otras reacciones. Por ejemplo, en el procesamiento de la leche, intervienen las siguientes operaciones unitarias: homogeneización , pasteurización y envasado . Estas operaciones unitarias se conectan para conformar el proceso general. Un proceso puede requerir numerosas operaciones unitarias para obtener el producto deseado a partir de las materias primas.

Históricamente, las distintas industrias químicas se consideraban procesos industriales diferentes con principios distintos. 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 Los principios de la ingeniería química y explicaron que la variedad de industrias químicas tienen procesos que siguen las mismas leyes físicas. ^{[ 2 ]} Resumieron estos procesos similares en operaciones unitarias. Cada operación unitaria sigue las mismas leyes físicas y puede utilizarse en todas las industrias químicas pertinentes. Por ejemplo, se requiere la misma ingeniería para diseñar una mezcladora para napalm o para gachas, aunque el uso, el mercado o los fabricantes sean muy diferentes. Las operaciones unitarias constituyen los principios fundamentales de la ingeniería química.

Las operaciones unitarias de ingeniería química constan de cinco clases:

1. Procesos de flujo de fluidos, incluyendo el transporte de fluidos , la filtración y la fluidización de sólidos .
2. Procesos de transferencia de calor , incluyendo la evaporación y el intercambio de calor .
3. Procesos de transferencia de masa , incluyendo absorción de gases , destilación , extracción , adsorción y secado .
4. Procesos termodinámicos, incluyendo la licuefacción de gases y la refrigeración .
5. Procesos mecánicos, incluyendo el transporte de sólidos , la trituración y pulverización , y el cribado y tamizado .

Las operaciones unitarias de ingeniería química también se clasifican en las siguientes categorías, que involucran elementos de más de una clase:

• Combinación ( mezcla )
• Separación (destilación, cristalización )
• Reacción ( reacción química )

Además, existen 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 mixto químico/físico requiere modelar tanto el transporte físico, como la difusión, como la reacción química. Esto suele ser necesario para el diseño de reacciones catalíticas y se considera una disciplina independiente, denominada ingeniería de reacciones químicas .

Las operaciones unitarias y los procesos unitarios de ingeniería química constituyen los principios fundamentales de todo tipo de industrias químicas y son la base del diseño de plantas químicas, fábricas y equipos utilizados.

En general, las operaciones unitarias se diseñan escribiendo los balances de la cantidad transportada para cada componente elemental (que puede ser infinitesimal) en forma de ecuaciones, resolviendo dichas ecuaciones para obtener los parámetros de diseño, seleccionando la solución óptima entre las posibles y diseñando el equipo físico. Por ejemplo, la destilación en una columna de platos se analiza escribiendo los balances de masa para cada plato, donde el equilibrio vapor-líquido conocido, la eficiencia, el goteo de entrada y el goteo de salida comprenden los flujos de masa totales, con un subflujo para cada componente. La combinación de estos balances da como resultado el sistema de ecuaciones para toda la columna. Existe un rango de soluciones, ya que una mayor relación de reflujo permite menos platos, y viceversa. El ingeniero debe entonces encontrar la solución óptima con respecto a la retención de volumen aceptable, la altura de la columna y el costo de construcción.

• Diseño de destilación
• Extrusión
• Simulación de procesos
• Proceso de separación
• Operaciones Unitarias de Ingeniería Química

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