基本介紹
- 中文名：單元操作
- 外文名：unit operation
- 手段：物料粉碎、輸送、加熱、冷卻等
- 又名：化工原理
簡介,基本過程,沿革,學科內容,研究方法,發展,
簡介
化學工業和其他過程工業中進行的物料粉碎、輸送、加熱、冷卻、混合和分離等一系列使物料發生預期的物理變化的基本操作的總稱。對這些操作的研究，是化學工程的一個重要分支。各種單元操作依據不同的物理化學原理，套用相應的設備，達到各自的工藝目的。如蒸餾根據液體混合物中各組分揮發能力的差異，可以實現液體混合物中各組分分離或某組分提純的目的。對單元操作的研究，以物理化學、傳遞過程和化工熱力學為理論基礎，著重研究實現各單元操作的過程和設備，故單元操作又稱為化工過程及設備。單元操作的套用遍及化工、冶金、能源、食品、輕工、核能和環境保護等部門，對這些部門生產的大型化和現代化起著重要作用。
單元操作在化工、製藥生產實際中占有重要地位。不同工藝中的相同單元操作基本原理和典型設備都是一樣的。例如，制鹼工業中苛性鈉溶液的濃縮與製藥工業中葡萄糖溶液的濃縮，都是通過蒸發單元操作來實現的，它們共同遵循熱交換原理並目都採用蒸發器。
基本過程
隨著化工生產的發展，單元操作的研究和開發相當活躍，新的單元操作不斷形成。化工單元操作所遵循的規律可歸納成以下幾個基本過程。
1、動量傳遞過程。流動的基本規律以及相關的單元操作，如流體的輸送與壓縮、沉降、過濾等。
2、熱量傳遞過程。研究傳熱過程的基本規律及相關的單元操作，如傳熱、蒸發、結晶等。熱量傳遞過程又被稱為傳熱過程。
3、質量傳遞過程。研究物質通過相界面遷移過程的基本規律及受這些規律支配的一些單元操作，如吸收、蒸餾、萃取、乾燥等。質量傳遞過程又被稱為傳質過程。
4、熱力學過程。研究熱力學的基本規律及遵循這些規律的單元操作，如冷凍及深度冷凍等。
沿革
在化學工業的發展過程中，人們最初以具體產品為對象，分別進行各種產品的生產過程和設備的研究。隨著化工生產的發展,人們逐漸認識到,各種不同產品的生產過程是由為數不多的基本操作和各種化學反應過程所組成的。在19世紀末英國學者G.E.戴維斯便提出了這種觀點，但當時未引起足夠重視。1915年美國學者A.D.利特爾首先提出單元操作這一概念，明確指出：“任何化工生產過程不論規模如何，皆可分解為一系列名為單元操作的過程，例如粉碎、混合、加熱、吸收、冷凝、浸取、沉降、結晶、過濾、等。”1923年W.H.華克爾，W.K.劉易斯和W.H.麥克亞當斯等合著的《化工原理》一書出版，成為第一本全面闡述單元操作的著作。從此單元操作得到了廣泛重視，成為化學工程中的奠基學科，常稱為化工原理。
單元操作
單元操作學科內容
單元操作學科主要研究：
單元操作
單元操作①各單元操作的基礎理論；
②各單元操作所用設備的合理結構、操作特性、設計計算方法及其強化；
③各單元操作的套用開發；
④新單元操作的開發。單元操作的知識對於化工廠的設計、建設、生產和管理，以及新產品、新工藝的開發都有著指導性的作用，是化學工程師必須掌握的基礎知識。
研究方法
在單元操作的發展進程中，形成了兩種基本研究方法，即實驗研究方法和數學模型方法。實驗研究方法一般用因次分析和相似論為指導，依靠實驗來確定過程變數之間的關係，通常用無因次數（或稱準數，即無量綱參數）群構成的關係式來表達，主要用於對其內在規律尚未進行深入研究的複雜化工問題。數學模型方法是在對實際問題的機理深入分析的基礎上，在抓住過程本質的前提下作出某些合理簡化，建立物理模型。從物理化學、傳遞過程和化工熱力學的基本原理出發，得出描述此模型的數學模型。以數學方法求解後，由實驗確定模型參數。因而這是一種半經驗、半理論的方法。由於對傳遞過程和化工熱力學的研究不斷深入，積累了豐富的知識，特別是電子計算機的普及和發展，使數學模型方法的套用在單元操作的研究中日益廣泛。
發展
隨著化學工業的發展，單元操作一直處在不斷的發展之中，其中最活躍的領域是混合物的分離。近年來單元操作的研究開發所取得的主要成果有以下幾方面:
③計算機模擬和輔助設計不斷取得成果，縮短了新過程的開發周期；使設備的設計和操作更趨合理，從而提高了產品質量，降低了能量消耗。生產的發展對於單元操作不斷提出新的課題。這些新課題的解決既促進了化工生產的發展，又推動了單元操作學科的發展。
