فرآیند شیمیایی

فرآیند شیمیایی از نظر علمی روش یا وسیله ای است که به نوعی می تواند یک یا چند ماده شیمیایی یا ترکیبات شیمیایی را تغییر دهد.

چنین فرآیند شیمیایی می تواند به خودی خود رخ دهد یا توسط یک نیروی خارجی ایجاد شود و نوعی واکنش شیمیایی را شامل می شود. از نظر مهندسی، فرآیند شیمیایی روشی است که برای تولید در مقیاس صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد تا ترکیب مواد شیمیایی را با استفاده از فناوری مشابه یا مرتبط به آنچه در کارخانه های شیمیایی یا صنایع شیمیایی استفاده می شود، تغییر می دهد.

هیچ یک از این تعاریف دقیقاً به این معنا نیست که همیشه بتوان به طور قطعی گفت که یک فرآیند شیمیایی چیست و چه چیزی نیست بلکه آنها تعاریف عملی هستند. همچنین در این تعاریف همپوشانی قابل توجهی وجود دارد.

انواع فرآیند شیمیایی:
اگرچه فرآیند شیمیایی گاهی اوقات فقط یک مرحله است اما اغلب چندین مرحله را شامل می شود که به آنها واحد عملیاتی گفته می شود. در یک کارخانه، هر یک از واحدهای عملیاتی معمولاً در بخشهای مختلفی انجام می شوند که واحد نامیده می شوند. معمولا یک یا چند واکنش شیمیایی در هر واحد صورت می گیرد. تاریخچه فرآیندهای شیمیایی مانند تقطیر و تبلور به کیمیاگری در اسکندریه، مصر برمی گردد.

چنین فرآیندهای شیمیایی را می توان به طور کلی به عنوان نمودار جریان بلوک یا با جزئیات بیشتر به عنوان نمودار جریان فرایند نشان داد. نمودارهای جریان بلوک، واحدها را به صورت بلوک و جریان های بین آنها را به عنوان خطوط اتصال با سر پیکان نشان می دهد تا جهت جریان را نشان دهد.

علاوه بر کارخانه های شیمیایی برای تولید مواد شیمیایی، از فرآیندهای شیمیایی با فناوری و تجهیزات مشابه در تصفیه نفت خام و سایر پالایشگاه ها، پردازش گاز طبیعی، تولید پلیمر و دارویی، فرآوری مواد غذایی و تصفیه آب و فاضلاب نیز استفاده می شود.

تفاوت بین فرآیند شیمیایی و فرآیند فیزیکی:
در واقع هیچ تفاوت واقعی بین یک فرایند شیمیایی و یک فرایند فیزیکی وجود ندارد. برخی از معلمان شیمی دوست دارند فرایند شیمیایی را به عنوان هر فرآیندی که شامل یک واکنش شیمیایی هستند و سایر فرایندها به عنوان فرایندهای فیزیکی تعریف کنند.

به گفته این معلمان، مواردی مانند سوزاندن سوخت یک فرآیند شیمیایی است و مواردی مانند حل کردن نمک در آب یا منجمد کردن آب به یخ فرآیندهای فیزیکی است. اما این تمایز واقعاً خودسرانه و غیر اساسی است. اگرچه چنین معلمانی ممکن است با نیت خوب برای آموزش به دانش آموزان خود چنین تمایزی قائل شوند، اما آنها واقعاً باعث گیجی دانش آموزان خواهند شد.

در واقع تمام فرایندهایی که شامل تقابل اتم ها هستند، شیمیایی هستند. به عنوان مثال حل شدن نمک در آب یک واکنش شیمیایی است. به طور معمول در تمام واکنش های شیمیایی گرما با محیط مبادله می شود که به عنوان بخشی از فرآیند است. اگرچه حل نمک در آب ممکن است به اندازه انفجار یک بالون پر از هیدروژن جذاب نباشد، اما بازهم یک واکنش شیمیایی است.

مثال هایی از فرآیند شیمیایی:
حتی فرایندهایی که شامل تغییرات فاز (جامد به مایع، مایع به گاز و غیره) هستند نیز ماهیت شیمیایی دارند. مثلا در فرآیند انجماد یخ، مولکولهای موجود در آب مایع در یک پیکربندی شروع به انجماد کرده و یک پیکربندی جدید به خود می گیرند، پیوندهای جدید ایجاد می کنند و در این فرآیند انرژی آزاد می کنند.

بعضی از دانشمندان دوست ندارند تغییرات فاز را به عنوان فرآیند شیمیایی در نظر بگیرند زیرا آنها دارای معادلات شیمیایی مشخص نیستند. به عنوان مثال، معادله شیمیایی برای انجماد آب در یخ شامل H20 → H20 است. این معادله گمراه کننده است زیرا به نظر می رسد که اصلاً اتفاقی رخ نمی دهد. به همین دلیل، ممکن است برخی تصور کنند که تغییرات فازی در واقع مهم نیستند.

اما یک معادله شیمیایی دقیق تر شامل H20 (مایع) - گرما → H20 (جامد). در آن پیکان تشکیل پیوندهای هیدروژنی پایدار بین مولکول های آب پس از حذف انرژی وجود دارد (انرژی هنگام تشکیل پیوندهای شیمیایی همیشه آزاد می شود). تشکیل پیوندها ویژگی اصلی واکنش های شیمیایی است.

همچنین تشکیل سولفیدهای فلزی از عناصر آن با آزادسازی انرژی در هر مورد به عنوان یک واکنش شیمیایی توصیف می شود. در مقابل، حل شدن مواد در آب غالباً به عنوان یک "فرآیند فیزیکی" تلقی می شود زیرا ماده "در واقع تغییر نمی کند"، ماده محلول را می توان در شکل اصلی خود از طریق روشهای جداسازی "فیزیکی" بازیافت کرد.

در واقع، تقریباً هر تجربه روزمره ای که با آن آشنا هستیم از نظر ماهیت اساساً شیمیایی است. لگد زدن به توپ فوتبال، تغییر دنده روی دوچرخه، آواز خواندن و نوشتن کلمات روی کاغذ، همه در سطح اساسی به عنوان برهم کنش اتمها توصیف می شود. در سطح بنیادی، تنها فرایندهایی که ماهیت شیمیایی ندارند، فرآیندهای گرانشی و فرآیندهای ذره ای هسته ای / زیر اتمی هستند.