ماست، رمز عملیات واحد (Unit operation)

     ماست،رمز عملیات واحد

در مقاله «ماست،رمز عملیات واحد »، سعی شده تا با نگاهی متفاوت،به سرگذشت پیدایش این علم،شناخت مفهوم تقطیر و آشنایی مختصر با دانشمندانی که عمر خود رو صرف پیشرفت بشر در این عرصه نمودند،بپردازه. ابتیم به شما پیشنهاد میده،تا با مطالعه این مطلب چند دقیقه ای جذاب،دیدی متفاوت نسبت به جداسازی وفرایند های اون پیدا کنید…

گاو،موجودی اجتماعی

ماست،رمز عملیات واحد (Unit operation)

یادمه بچه بودیم میگفتیم :

راست میگی ؟

کاسه تو بیار ماست بگیر،نخواستی کالباس بگیر،از زن عباس بگیر…

بماند که ماست و کالباس و زن عباس آقا چه ربطی به معقوله راستگویی و صداقت ما داشت ولی،

راستش اصلی ترین چیزی ذهنمو درگیر خودش کرده بود،

فرایند تولید ماست و مشتقات دیگه شیر بود.

کلا وقتی از دم یه مغازه لبنیات رد میشدم و میدیدم که

هر چی توی این مغازه هست از برکت وجود حیوونی مفید،مظلوم و البته خونسرد به اسم گاوه،

واسم عجیب میومد.

موجودی که همیشه روی اجتماعی بودنش خیلی تاکید داره

چون هیچوقت نمیگه من،همیشه میگه «ما»

گذشته از این موضوع،به نظرم،

کسی که اولین بار به این کشف رسیده که میشه از شیر اینهمه مشتقات تولید کرد،

مغز عجیبی داشته.

شاید توی تاریخ اسم مشخصی ازش نیست ولی من فک میکنم اگه

در دوران امروزی به دنیا اومده بود،حتما از درسی یه اسم «عملیات واحد» خوشش میومد.

علمی که شباهت عجیبی به فرایند لبنیات گیری از شیر داره.

شایدم الان یه برج تقطیر واسه خودش داشت.

عملیات واحد مهندسی شیمی

عملیات واحد،درسی باستانی

هرچند که ممکنه اصطلاح «عملیات واحد» قدمتی به اندازه رشته مهندسی شیمی داشته باشه،

ولی با کمی بررسی و البته کنجکاوی در خیلی از مشاغل قدیمی و البته جدید میشه ردپایی از این درس پیدا کرد.

از گلاب گیری های سنتی کاشان تا کارگاه های نبات سازی بازار وحتی

برج های تقطیرپالایشگاه های سراسر دنیا،

همه،خواه یا ناخواه از فرایند جداسازی استفاده میکنن.

در مقالات قبلی ابتیم اشاره شد که هدف اصلی ما در مهندسی شیمی،جداسازیه

این فرایند بنا به شرایط متفاوت،روشها و همچنین کاربردهای مختلف اسامی گوناگونی مثل تبخیر،تبلور،تقطیر و… به خودش گرفته.

بی تردید آشنایی کامل با این فرایند ها که نقش اساسی در حوزه اقتصادی پروژه ها دارند،

برای هر مهندس شیمی لازمه.

جالبه بدونین که که افراد زیادی در تاریخ،

زندگی و البته بخش عظیمی از بودجه مملکتشون رو صرف شناخت این فرایند های به ظاهر ساده کردند.

شاید واستون عجیب باشه ولی نخستین کسی که مهم ترین فرایند جداسازی یعن تقطیر رو به دنیا معرفی کرد،ابوعلی سینا بود.

گرچه هدف بوعلی سینا،از تقطیر تهیه دارو بود ولی،

شاید خودشم خبر نداشت که قرنها بعد،

ابداعش میتونه به عنوان مهم ترین فرایندهای جداسازی در پالایشگاه های نفتی مورد استفاده قرار بگیره.

بعد این ابداع مسیر جدیدی در علم احداث شد که شاید به جرات میشه گفت

یکی از موثر ترین پارامترهای دنیای اطراف ما رو تشکیل میده.

مک کیب،استادی به معنای واقعی کلمه

عملیات واحد مهندسی شیمی

اگر لیستی از برترین و تاثیر گذار ترین مهندسین شیمی دنیا رو تهیه کنیم،

یقیناً وارن مک کیب جزو نفرات اول این لیست خواهد بود.

کسی که بی تردید بخش عظیمی از دنیای مهندسی شیمی رو مدیون خودش کرد.

فردی کم نظیر در زمینه پژوهش،

مدیری فوق العاده درصنعت

و استادی محبوب در بین دانشجویان

که طی ۸۳ سال زندگی،آثار شگفت انگیزی رو نه تنها در مقالات پژوهشی،بلکه در زمینه مقالات آموزشی از خودش به یادگار گذاشت.

در آگوست سال ۱۸۹۹میلادی،در شهر میشیگان آمریکا فردی به نام وارن متولد شد.

از همون بچگی استعداد عجیبی در بین هم سن وسال هاش از خودش نشان داد.

بعدا،همین استعداد بود که به او اجازه داد تا در کنار تحصیل در دبیرستان به عنوان دستیار توی کارخانه تقطیر چوب مشغول به کار بشه.

این کار باعث شد تا مفهوم تقطیر واسش جالب به نظر بیاد.

این علاقه وارن رو به دانشگاه میشیگان سوق داد تا در مهندسی شیمی به کشفیات جدیدی برسه.

مک کیب پس از گرفتن مدرک دکترا،دانشدر گاه های مختلف به عنوان استاد مشغول به تدریس شد.

سطح علمی بالای او باعث شد که او از سال‌های ۱۹۲۳ تا ۱۹۴۷ در

چهار دانشگاه مهم پلی تکنیک ووستر،ماساچوست،انستیتوی فناوری کارنگی و نهایتا دانشگاه میشیگان به عنوان مدیرگروه مهندسی شیمی،منتصب بشه.

همچنین تجربه بالای او در صنعت سبب شد تا

از طرف کارخونه های بسیار مهم آمریکایی،برای او دعوت نامه فرستاده بشه.

اما مهم ترین دغدغه دکتر مک کیب،دانشجویانش بودند.

به گفته اطرافیانش مک کیب،او همواره زمان زیادی رو صرف ارتباط صمیمانه با دانشجویان وشاگردان کلاسش میکرد و از این کار به شدت لذت میبرد.

او معتقد بود که روش های بسیار ساده برای آموزش موضوع تقطیر به مهندسین شیمی نیاز است.

الگوریتم خارق العاده عملیات واحد

ماست،رمز عملیات واحد (Unit operation)

نهایتا به همراه هم دانشگاهی اش،ارنست تیل روشی رو برای تجزیه وتحلیل ستون های تقطیر ارائه کردند

که به روش مک کیب – تیل معروف شد.

این روش به عنوان الگوریتم نمونه شناخته شد .

ویژگی مهم این روش این است که به کمک آن میتوان فرایند های پیچیده صنعتی فیزیکی رو به سادگی با استفاده از یک نمودار بیان کرد

وتغییرات کلی داخل یک برج تقطیر رو مورد بررسی قرار داد.

بازنشستگی او در سن 65 سالگی،آغازی بود برای یک دوره جدی برای تحقیق والبته تدریس وراهنمایی دانشجویان.

پرفسور مک کیب همیشه با روی باز،از دانشجویان سراسر آمریکا که در زمینه های فرایند های جداسازی فعالیت داشتند استقبال میکرد و

و در بسیاری از موارد استاد راهنمای اونا میشد.

سرانجام مک کیب تصمیم گرفت تا عصاره تجربیاتش رو به کمک اسمیت و پیتر هریوت در کتابی به نام

« عملیات واحد در مهندسی شیمی» به چاپ برسونه.

کتابی اکنون به عنوان یکی از قدیمی ترین و معتبر ترین منابع رشته مهندسی شیمی در دانشگاه های سراسر دنیا تدریس میشود.

در میان خیل عظیم از جوایز،مراسمات تجلیل و بزرگداشت هایی که برای این پرفسور برجسته آمریکایی گرفته شد،

شاید بهترین جمله ای که بتونه پرفسور وارن لی مک کیب رو توصیف کنه،بخشی از حرف دکتر رونالد روسو در مراسم تجلیل او باشه:

«جوایز،مراسمات و حتی تاریخ نمیتواند تاثیر وارن را به عنوان یک مربی برجسته در قرن بیستم توصیف کند،او یک استاد به معنای واقعی کلمه در دانشگاه و یک مدیر به تمام معنا در صنعت،و یک انسان بر روی زمین همواره به پیشرفت دنیای اطراف خود کمک کرد. کارهای اورا نه تنها در جامعه مهندسی شیمی،بلکه باید به عنوان خدمتی به جامعه بشری قلمداد کرد.»

 

تقطیر،مهم ترین جز عملیات واحد

ماست،رمز عملیات واحد (Unit operation)

توی خیلی از فرایند های شیمیایی ما نیاز به تغیر غلظت یه محلول داریم.

حالا میتونیم ماهیت ماده رو تغییر بدیم یا به اصطلاح واکنش شیمیایی ایجاد کنیم یا واکنش فیزیکی که بهش میگن جداسازی.

مهم ترین روش جداسازی،روش تقطیره که در حال حاضر در بسیاری پالایشگاه ها به عنوان اقتصادی ترین راه،به کار میره.

به طور کلی ما برای هر فرایند جداسازی به دو ظرف نیاز داریم که در فرایند تقطیر،این دوظرف برای دو فاز مایع وبخار است.

در تقطیر ما از اختلاف نقطه جوش استفاده کرده تا اجزا مختلف یک محلول مثل نفت رو از هم جدا کرده وهر کدام در جای خاصی استفاده کنیم.

در این فرایند اجزا با نقطه جوش پایین یا به اصطلاح فراریت بالاتر را جز سبک و اجزای داری فراریت کمتر را جز سنگین میگویند.

اجزا سنگین معمولا در فاز مایع ظاهر میشوند.

اما اساس این جداسازی،تعادل پایدار بین دوفاز مایع و بخار است.

پس لازم است تا قبل هر چیزی،تعادل بین این دوفاز مورد بررسی قرار بگیرد.

از دید ترمودینامیک،تعادل پایدار مایع و بخار حالتی اتفاق میوفتد که در آن

هیچ‌ یک از خواص ماکروسکوپی دو فاز مثل دما،فشار و غلظت تغییر نکند.

راهکارهای مختلفی وجود دارد که بتوان غلظت فاز مایع و بخار را در حالت تعادل بدست آورد.

این موارد در کتاب عملیات واحد مورد بررسی قرار گرفته است.

 

جواد فرزانی پور
جولای 4, 2020