En ingeniería química y campos afines, una operación unitaria es un paso básico en un proceso . Las operaciones unitarias implican un cambio físico o una transformación química como separación, cristalización, evaporación, filtración, polimerización, isomerización y otras reacciones. Por ejemplo, en el procesamiento de la leche intervienen las siguientes operaciones unitarias: homogeneización , pasteurización y envasado . Estas operaciones unitarias están conectadas para crear el proceso general. Un proceso puede requerir muchas operaciones unitarias para obtener el producto deseado a partir de los materiales de partida o materias primas.
Históricamente, las diferentes industrias químicas fueron consideradas como procesos industriales diferentes y con principios diferentes. Arthur Dehon Little desarrolló el concepto de "operaciones unitarias" para explicar los procesos de 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 usarse en todas las industrias químicas relevantes. Por ejemplo, se requiere la misma ingeniería para diseñar un mezclador para napalm o papilla, incluso si el uso, el mercado o los fabricantes son muy diferentes. Las operaciones unitarias forman los principios fundamentales de la ingeniería química.
Las operaciones unitarias de ingeniería química constan de cinco clases:
Las operaciones unitarias de ingeniería química también se clasifican en las siguientes categorías, que involucran elementos de más de una clase:
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 diseñar reacciones catalíticas y se considera una disciplina separada, denominada ingeniería de reacciones químicas .
Las operaciones unitarias de ingeniería química y el procesamiento unitario de ingeniería química forman los principios fundamentales de todo tipo de industrias químicas y son la base de los diseños de plantas, fábricas y equipos químicos utilizados.
En general, las operaciones unitarias se diseñan anotando los balances de la cantidad transportada para cada componente elemental (que puede ser infinitesimal) en forma de ecuaciones y resolviendo las ecuaciones para los parámetros de diseño, luego seleccionando una solución óptima entre las varias. posible y luego diseñar el equipo físico. Por ejemplo, la destilación en una columna de platos se analiza anotando los balances de masa para cada plato, donde el equilibrio y la eficiencia vapor-líquido conocidos, el goteo y la entrada comprenden los flujos de masa totales, con un subflujo para cada componente. Combinando una pila de estos se obtiene el sistema de ecuaciones para toda la columna. Existe una variedad de soluciones, porque una relación de reflujo más alta permite menos placas y viceversa. Luego, el ingeniero debe encontrar la solución óptima con respecto a la retención de volumen aceptable, la altura de la columna y el costo de construcción.
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