В химической инженерии и смежных областях единичная операция является основным шагом в процессе . Единичные операции включают физическое изменение или химическое преобразование, такое как разделение, кристаллизация, выпаривание, фильтрация, полимеризация, изомеризация и другие реакции. Например, в переработке молока задействованы следующие единичные операции: гомогенизация , пастеризация и упаковка . Эти единичные операции связаны для создания общего процесса. Процесс может потребовать многих единичных операций для получения желаемого продукта из исходных материалов или сырья.
Исторически различные химические отрасли считались различными промышленными процессами и с различными принципами. Артур Дехон Литтл разработал концепцию «единичных операций» для объяснения процессов промышленной химии в 1916 году. [1] В 1923 году Уильям Х. Уокер , Уоррен К. Льюис и Уильям Х. МакАдамс написали книгу «Принципы химической инженерии» и объяснили, что различные химические отрасли имеют процессы, которые следуют одним и тем же физическим законам. [2] Они суммировали эти похожие процессы в единичные операции. Каждая единичная операция следует одним и тем же физическим законам и может использоваться во всех соответствующих химических отраслях. Например, для проектирования смесителя для напалма или овсянки требуется одно и то же проектирование, даже если использование, рынок или производители сильно различаются. Единичные операции формируют фундаментальные принципы химической инженерии.
Химико-технологические подразделения состоят из пяти классов:
Операции химических технологических установок также попадают в следующие категории, включающие элементы из более чем одного класса:
Более того, существуют некоторые единичные операции, которые объединяют даже эти категории, такие как реактивная дистилляция и реакторы с мешалкой . «Чистая» единичная операция представляет собой физический транспортный процесс, в то время как смешанный химико-физический процесс требует моделирования как физического транспорта, такого как диффузия, так и химической реакции. Это обычно необходимо для проектирования каталитических реакций и считается отдельной дисциплиной, называемой инженерией химических реакций .
Химико-технологические операции и процессы в химико-технологических установках формируют основные принципы всех видов химической промышленности и являются основой проектов химических заводов, фабрик и используемого оборудования.
В общем, операции блока проектируются путем записи балансов для транспортируемого количества для каждого элементарного компонента (который может быть бесконечно малым) в виде уравнений и решения уравнений для параметров конструкции, затем выбора оптимального решения из нескольких возможных и последующего проектирования физического оборудования. Например, дистилляция в тарельчатой колонне анализируется путем записи балансов масс для каждой тарелки, где известное равновесие пара и жидкости и эффективность, капание и капание составляют общие массовые потоки с подпотоком для каждого компонента. Объединение их в стопку дает систему уравнений для всей колонны. Существует ряд решений, поскольку более высокое отношение флегмы позволяет использовать меньше тарелок, и наоборот. Затем инженер должен найти оптимальное решение с учетом приемлемого удержания объема, высоты колонны и стоимости строительства.
Медиа, связанные с деятельностью подразделения на Wikimedia Commons