عملية الوحدة

في الهندسة الكيميائية والمجالات ذات الصلة، تُعدّ العملية الوحدوية خطوة أساسية في أي عملية . تشمل العمليات الوحدوية تغييرًا فيزيائيًا أو تحولًا كيميائيًا، مثل الفصل، والتبلور، والتبخير، والترشيح، والبلمرة، والتماثل، وغيرها من التفاعلات. على سبيل المثال، في معالجة الحليب، تتضمن العمليات الوحدوية ما يلي: التجنيس ، والبسترة ، والتعبئة . ترتبط هذه العمليات الوحدوية معًا لتكوين العملية الكلية. قد تتطلب العملية العديد من العمليات الوحدوية للحصول على المنتج المطلوب من المواد الأولية.

تاريخيًا، كانت الصناعات الكيميائية المختلفة تُعتبر عمليات صناعية متباينة ذات مبادئ مختلفة. وقد طوّر آرثر ديهون ليتل مفهوم "العمليات الوحدوية" لشرح العمليات الكيميائية الصناعية عام 1916. ^{[ 1 ]} وفي عام 1923، ألّف ويليام إتش. ووكر ، ووارن ك. لويس ، وويليام إتش. مكآدامز كتاب "مبادئ الهندسة الكيميائية" ، موضحين أن مختلف الصناعات الكيميائية تشترك في عمليات تخضع لنفس القوانين الفيزيائية. ^{[ 2 ]} وقد جمعوا هذه العمليات المتشابهة في عمليات وحدوية. تخضع كل عملية وحدوية لنفس القوانين الفيزيائية، ويمكن استخدامها في جميع الصناعات الكيميائية ذات الصلة. فعلى سبيل المثال، يتطلب تصميم خلاط لكل من النابالم والعصيدة نفس الهندسة، حتى وإن اختلف الاستخدام أو السوق أو الشركات المصنعة اختلافًا كبيرًا. تُشكّل العمليات الوحدوية المبادئ الأساسية للهندسة الكيميائية.

تتكون عمليات وحدة الهندسة الكيميائية من خمس فئات:

1. عمليات تدفق السوائل، بما في ذلك نقل السوائل والترشيح وتسييل المواد الصلبة .
2. عمليات نقل الحرارة ، بما في ذلك التبخر وتبادل الحرارة .
3. عمليات نقل الكتلة ، بما في ذلك امتصاص الغاز ، والتقطير ، والاستخلاص ، والامتزاز ، والتجفيف .
4. العمليات الديناميكية الحرارية، بما في ذلك تسييل الغاز والتبريد .
5. العمليات الميكانيكية، بما في ذلك نقل المواد الصلبة ، والتكسير والطحن ، والغربلة والفرز .

تندرج عمليات الوحدة في الهندسة الكيميائية أيضاً ضمن الفئات التالية التي تتضمن عناصر من أكثر من فئة واحدة:

• المزج ( الخلط )
• الفصل (التقطير، التبلور )
• التفاعل ( التفاعل الكيميائي )

علاوة على ذلك، توجد بعض العمليات الوحدوية التي تجمع بين هذه الفئات، مثل التقطير التفاعلي ومفاعلات الخزانات المحركة . تُعدّ العملية الوحدوية "الخالصة" عملية نقل فيزيائية، بينما تتطلب العملية الكيميائية/الفيزيائية المختلطة نمذجة كلٍّ من النقل الفيزيائي، كالانتشار، والتفاعل الكيميائي. وهذا ضروري عادةً لتصميم التفاعلات التحفيزية ، ويُعتبر تخصصًا قائمًا بذاته يُسمى هندسة التفاعلات الكيميائية .

تشكل عمليات وحدة الهندسة الكيميائية ومعالجة وحدة الهندسة الكيميائية المبادئ الرئيسية لجميع أنواع الصناعات الكيميائية، وهي أساس تصميمات المصانع الكيميائية والمعدات المستخدمة.

بشكل عام، تُصمَّم العمليات الوحدوية بكتابة معادلات توازن الكمية المنقولة لكل مكون أساسي (حتى لو كان ضئيلاً للغاية)، ثم حل هذه المعادلات لإيجاد معايير التصميم، واختيار الحل الأمثل من بين الحلول الممكنة، ثم تصميم المعدات الفيزيائية. على سبيل المثال، تُحلَّل عملية التقطير في عمود ذي صفائح بكتابة معادلات توازن الكتلة لكل صفيحة، حيث يشمل إجمالي تدفقات الكتلة توازن البخار والسائل المعروف وكفاءته، بالإضافة إلى معدل التقطير الخارج ومعدل التقطير الداخل، مع وجود تدفق فرعي لكل مكون. بجمع هذه المعادلات، نحصل على نظام المعادلات للعمود بأكمله. توجد مجموعة من الحلول، لأن نسبة الارتداد الأعلى تسمح باستخدام عدد أقل من الصفائح، والعكس صحيح. يجب على المهندس بعد ذلك إيجاد الحل الأمثل فيما يتعلق بحجم الاحتجاز المقبول، وارتفاع العمود، وتكلفة الإنشاء.

• تصميم التقطير
• البثق
• محاكاة العملية
• عملية الفصل
• العمليات الوحدوية للهندسة الكيميائية

• الوسائط المتعلقة بعمليات الوحدة على ويكيميديا ​​كومنز