عملیات واحد ( به انگلیسی: Unit operation ) علمی است که به بررسی فرایندهای جداسازی مورد استفاده در صنایع شیمیایی می پردازد. تقطیر، تبخیر، انواع روش های استخراج، تبلور و… در علم عملیات واحد به طور مفصل مورد بررسی قرار می گیرد. مفاهیم انتقال جرم، انتقال حرارت و ترمودینامیک، اساس مفاهیم و تئوری های عملیات واحد هستند.
برای هر جداسازی به دو ظرف نیاز است که در فرایند تقطیر این دو ظرف دو فاز مایع و بخار می باشند و اساس تقطیر بر تعادل بین مایع و بخار استوار است. در فرایند تقطیر دو یا چند جزء بر اساس اختلاف نقطه جوششان یا به عبارت دیگر اختلاف فراریتشان جداسازی می شوند بدین صورت که جزء یا اجزایی که دارای نقطه جوش پایین تری باشند یا به عبارت دیگر فراریت بیشتری داشته باشند بیشتر در فاز بخار ظاهر می شوند که به این جزء، جزء سبک نیز گفته می شود و جزء یا اجزایی که نقطه جوش بیشتری داشته باشند یا به عبارت دیگر فراریت کمتری داشته باشند بیشتر در فاز مایع ظاهر می شوند که به این جزء، جزء سنگین گفته می شود و در نهایت با جداسازی فازها می توان به طور نسبی اجزاء را از یکدیگر جدا نمود. پس با توجه به اینکه تعادل بین دو فاز مایع و بخار بر جداسازی اجزاء و طراحی برج تقطیر تأثیرگزار است باید قبل از هر چیز تعادل مایع و بخار مورد بررسی قرار گیرد. از منظر ترمودینامیک، تعادل مایع و بخار حالت پایداری است که در آن هیچ یک از خواص ماکروسکوپی دو فاز شامل دما، فشار و غلظت تغییر نکند. راهکارهای مختلفی وجود دارد که بتوان غلظت فاز مایع و بخار را در حالت تعادل بدست آورد که در زیر به این موارد اشاره شده است.
یکی از فرایندهای جداسازی ساده که به طور معمول انجام شده و از روش های قدیمی محسوب می شود، تبخیر ناگهانی است. در این فرایند قسمتی از خوراک در محفظه تبخیر ناگهانی، تبخیر شده که در این شرایط مایع و بخار با هم در حال تعادل ترمودینامیکی هستند و مواد با فراریت بالا ( دمای جوش پایین تر ) تمایل دارند در فاز بخار باشند و موادی که فراریت کمتری ( دمای جوش بالاتر ) دارند تمایل دارند در فاز مایع باقی بمانند. در این روش جداسازی کامل دو یا چند جزء امکان پذیر نمی باشد.
تقطیر یکی از پر کاربردترین روش های جداسازی می باشد که ابتدا برای جداسازی آب و الکل مورد استفاده قرار گرفته است. در تقطیر دو جزئی که مورد بحث این فصل می باشد، دو جزء بر اساس توزیع بین دو فاز مایع و بخار از یکدیگر جدا می شوند. اگرچه در صنایع نفت و پتروشیمی ممکن است تقطیر دو جزئی کمتر رخ دهد اما بررسی روش های ساده که باعث افزایش درک مهندسان از این فرایند شود، بسیار مفید است ضمناً یکی از روش های حل مسائل پیچیده تقطیر چند جزئی، تبدیل فرایند به تقطیر دو جزئی و حل آن می باشد. از طرفی گاهی اوقات نرم افزارهایی همچون Hysys و Aspen Plus به راحتی قادر به حل مسائل تقطیر چند جزئی نیستند که در چنین حالتی ابتدا این مسائل توسط کاربر به تقطیر دو جزئی تبدیل شده تا پروفایل دما، دبی مایع و بخار در قسمت های مختلف برج بدست آید سپس نرم افزار مربوط بر اساس پروفایل حدس زده شده مسئله را حل می نماید. از آنجا که هدف بررسی روش هایی است که مهندسان بتوانند اثر پارامترهای مختلف را بر فرایند تقطیر بهتر متوجه شده و مورد تحلیل قرار دهند، روش های ترسیمی بر روش های محاسباتی ارجحیت دارند. یکی از این روش های ترسیمی روش مک کیب - تیلی است؛ که در ادامه به شرح آن خواهیم پرداخت. فرضیات روش مک کیب - تیلی در این روش که یک روش ترسیمی است هدف بدست آوردن تعداد سینی های لازم در برج تقطیر می باشد. روش مک کیب - تیلی بر فرضیات زیر استوار است.
این نوشته برگرفته از سایت ویکی پدیا می باشد، اگر نادرست یا توهین آمیز است، لطفا گزارش دهید: گزارش تخلفبرای هر جداسازی به دو ظرف نیاز است که در فرایند تقطیر این دو ظرف دو فاز مایع و بخار می باشند و اساس تقطیر بر تعادل بین مایع و بخار استوار است. در فرایند تقطیر دو یا چند جزء بر اساس اختلاف نقطه جوششان یا به عبارت دیگر اختلاف فراریتشان جداسازی می شوند بدین صورت که جزء یا اجزایی که دارای نقطه جوش پایین تری باشند یا به عبارت دیگر فراریت بیشتری داشته باشند بیشتر در فاز بخار ظاهر می شوند که به این جزء، جزء سبک نیز گفته می شود و جزء یا اجزایی که نقطه جوش بیشتری داشته باشند یا به عبارت دیگر فراریت کمتری داشته باشند بیشتر در فاز مایع ظاهر می شوند که به این جزء، جزء سنگین گفته می شود و در نهایت با جداسازی فازها می توان به طور نسبی اجزاء را از یکدیگر جدا نمود. پس با توجه به اینکه تعادل بین دو فاز مایع و بخار بر جداسازی اجزاء و طراحی برج تقطیر تأثیرگزار است باید قبل از هر چیز تعادل مایع و بخار مورد بررسی قرار گیرد. از منظر ترمودینامیک، تعادل مایع و بخار حالت پایداری است که در آن هیچ یک از خواص ماکروسکوپی دو فاز شامل دما، فشار و غلظت تغییر نکند. راهکارهای مختلفی وجود دارد که بتوان غلظت فاز مایع و بخار را در حالت تعادل بدست آورد که در زیر به این موارد اشاره شده است.
یکی از فرایندهای جداسازی ساده که به طور معمول انجام شده و از روش های قدیمی محسوب می شود، تبخیر ناگهانی است. در این فرایند قسمتی از خوراک در محفظه تبخیر ناگهانی، تبخیر شده که در این شرایط مایع و بخار با هم در حال تعادل ترمودینامیکی هستند و مواد با فراریت بالا ( دمای جوش پایین تر ) تمایل دارند در فاز بخار باشند و موادی که فراریت کمتری ( دمای جوش بالاتر ) دارند تمایل دارند در فاز مایع باقی بمانند. در این روش جداسازی کامل دو یا چند جزء امکان پذیر نمی باشد.
تقطیر یکی از پر کاربردترین روش های جداسازی می باشد که ابتدا برای جداسازی آب و الکل مورد استفاده قرار گرفته است. در تقطیر دو جزئی که مورد بحث این فصل می باشد، دو جزء بر اساس توزیع بین دو فاز مایع و بخار از یکدیگر جدا می شوند. اگرچه در صنایع نفت و پتروشیمی ممکن است تقطیر دو جزئی کمتر رخ دهد اما بررسی روش های ساده که باعث افزایش درک مهندسان از این فرایند شود، بسیار مفید است ضمناً یکی از روش های حل مسائل پیچیده تقطیر چند جزئی، تبدیل فرایند به تقطیر دو جزئی و حل آن می باشد. از طرفی گاهی اوقات نرم افزارهایی همچون Hysys و Aspen Plus به راحتی قادر به حل مسائل تقطیر چند جزئی نیستند که در چنین حالتی ابتدا این مسائل توسط کاربر به تقطیر دو جزئی تبدیل شده تا پروفایل دما، دبی مایع و بخار در قسمت های مختلف برج بدست آید سپس نرم افزار مربوط بر اساس پروفایل حدس زده شده مسئله را حل می نماید. از آنجا که هدف بررسی روش هایی است که مهندسان بتوانند اثر پارامترهای مختلف را بر فرایند تقطیر بهتر متوجه شده و مورد تحلیل قرار دهند، روش های ترسیمی بر روش های محاسباتی ارجحیت دارند. یکی از این روش های ترسیمی روش مک کیب - تیلی است؛ که در ادامه به شرح آن خواهیم پرداخت. فرضیات روش مک کیب - تیلی در این روش که یک روش ترسیمی است هدف بدست آوردن تعداد سینی های لازم در برج تقطیر می باشد. روش مک کیب - تیلی بر فرضیات زیر استوار است.
wiki: عملیات واحد