什么是单元 *** 作?

[拼音]：danyuan caozuo

[外文]：unit operations

化学工业和其他过程工业中进行的物料粉碎、输送、加热、冷却、混合和分离等一系列使物料发生预期的物理变化的基本 *** 作的总称。对这些 *** 作的研究，是化学工程的一个重要分支。各种单元 *** 作依据不同的物理化学原理，应用相应的设备，达到各自的工艺目的。如蒸馏根据液体混合物中各组分挥发能力的差异，可以实现液体混合物中各组分分离或某组分提纯的目的。对单元 *** 作的研究，以物理化学、传递过程和化工热力学为理论基础，着重研究实现各单元 *** 作的过程和设备，故单元 *** 作又称为化工过程及设备。单元 *** 作的应用遍及化工、冶金、能源、食品、轻工、核能和环境保护等部门，对这些部门生产的大型化和现代化起着重要作用。

在化学工业的发展过程中，人们最初以具体产品为对象，分别进行各种产品的生产过程和设备的研究。随着化工生产的发展，人们逐渐认识到，各种不同产品的生产过程是由为数不多的基本 *** 作和各种化学反应过程所组成的。在19世纪末英国学者G.E.戴维斯便提出了这种观点，但当时未引起足够重视。1915年美国学者A.D.利特尔首先提出单元 *** 作这一概念，明确指出:“任何化工生产过程不论规模如何，皆可分解为一系列名为单元 *** 作的过程，例如粉碎、混合、加热、……、吸收、冷凝、浸取、沉降、结晶、过滤、……等。”1923年W.H.华克尔，W.K.刘易斯和W.H.麦克亚当斯等合著的《化工原理》一书出版，成为第一本全面阐述单元 *** 作的著作。从此单元 *** 作得到了广泛重视，成为化学工程中的奠基学科，常称为化工原理。

随着化工生产的发展，单元 *** 作的研究和开发相当活跃，新的单元 *** 作不断形成。现在化工生产中常用的单元 *** 作已达二十余种（见表）。单元 *** 作按照所依据的基本原理分为：

（1）流体动力过程。这是一类以动量传递为主要理论基础的单元 *** 作，有流体输送、沉降、过滤、混合等。

（2）传热过程。这是一类以热量传递为主要理论基础的单元 *** 作，有换热、蒸发等。

（3）传质分离过程。这是一类以质量传递为主要理论基础的单元 *** 作，用于各种均相混合物的分离，有蒸馏、吸收、萃取等。

（4）热质传递过程。这是一类由热量传递和质量传递两种规律共同决定的单元 *** 作。这种过程与传热过程或传质分离过程不同，它的速率计算更加复杂，过程的极限也不再是热平衡和相平衡。此过程包括增湿、减湿、干燥、结晶等单元 *** 作。

（5）热力过程。这是一类以热力学为主要理论基础的单元 *** 作，如制冷。

（6）粉体工程。这是与固体颗粒加工、运动等有关的 *** 作，有粉碎、流态化、颗粒分级等。

单元 *** 作学科主要研究：

（1）各单元 *** 作的基础理论；

（2）各单元 *** 作所用设备的合理结构、 *** 作特性、设计计算方法及其强化；

（3）各单元 *** 作的应用开发；

（4）新单元 *** 作的开发。单元 *** 作的知识对于化工厂的设计、建设、生产和管理，以及新产品、新工艺的开发都有着指导性的作用，是化学工程师必须掌握的基础知识。

在单元 *** 作的发展进程中，形成了两种基本研究方法，即实验研究方法和数学模型方法。实验研究方法一般用因次分析和相似论为指导，依靠实验来确定过程变量之间的关系，通常用无因次数（或称准数，即无量纲参数）群构成的关系式来表达，主要用于对其内在规律尚未进行深入研究的复杂化工问题。数学模型方法是在对实际问题的机理深入分析的基础上，在抓住过程本质的前提下作出某些合理简化，建立物理模型。从物理化学、传递过程和化工热力学的基本原理出发，得出描述此模型的数学模型。以数学方法求解后，由实验确定模型参数。因而这是一种半经验、半理论的方法。由于对传递过程和化工热力学的研究不断深入，积累了丰富的知识，特别是电子计算机的普及和发展，使数学模型方法的应用在单元 *** 作的研究中日益广泛。

随着化学工业的发展，单元 *** 作一直处在不断的发展之中，其中最活跃的领域是混合物的分离。近年来单元 *** 作的研究开发所取得的主要成果有以下几方面：

（1）新的分离技术不断得到开发和应用，如膜分离、区域熔炼、电磁分离、泡沫分离、超临界流体萃取和超离心分离等。

（2）在原有分离技术方面，处理能力加大、效率提高的新型设备不断出现；设备的放大效应逐步得到解决；研究成功许多合理利用能量的 *** 作流程；一些高效的吸收剂、萃取剂等不断出现并在生产中应用。

（3）计算机模拟和辅助设计不断取得成果，缩短了新过程的开发周期；使设备的设计和 *** 作更趋合理，从而提高了产品质量，降低了能量消耗。生产的发展对于单元 *** 作不断提出新的课题。这些新课题的解决既促进了化工生产的发展，又推动了单元 *** 作学科的发展。

参考书目

A.S.Foust et al.，Principles of Unit Operations， 2nd ed.，John Wiley & Sons，New York，1980W.L.McCabe and J.C. Smith， Unit Operations of Chemical Engineering， 3rd ed.，McGraw-Hill，New York，1976.J.M.Coulson and J.F. Richardson， Chemical Engineering. Vol.1～2，3rd ed.，Pergamon Press，Oxford，1977、1978.