單元操作unit operations
沿革 在化學(xué)工業(yè)的發(fā)展過程中，人們最初以具體產(chǎn)品為對象，分別進(jìn)行各種產(chǎn)品的生產(chǎn)過程和設(shè)備的研究。隨著化工生產(chǎn)的發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識到，各種不同產(chǎn)品的生產(chǎn)過程是由為數(shù)不多的基本操作和各種化學(xué)反應(yīng)過程所組成的。在19世紀(jì)末英國學(xué)者G.E.戴維斯便提出了這種觀點(diǎn)，但當(dāng)時未引起足夠重視。1915年美國學(xué)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(chǎn)過程不論規(guī)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(jié)晶、過濾、……等。”1923年W.H.華克爾，W.K.劉易斯和W.H.麥克亞當(dāng)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(xué)工程中的奠基學(xué)科，常稱為化工原理。
分類 隨著化工生產(chǎn)的發(fā)展，單元操作的研究和開發(fā)相當(dāng)活躍，新的單元操作不斷形成?，F(xiàn)在化工生產(chǎn)中常用的單元操作已達(dá)二十余種（見表）。單元操作按照所依據(jù)的基本原理分為：①流體動力過程。這是一類以動量傳遞為主要理論基礎(chǔ)的單元操作，有流體輸送、沉降、過濾、混合等。②傳熱過程。這是一類以熱量傳遞為主要理論基礎(chǔ)的單元操作，有換熱、蒸發(fā)等。③傳質(zhì)分離過程。這是一類以質(zhì)量傳遞為主要理論基礎(chǔ)的單元操作，用于各種均相混合物的分離，有蒸餾、吸收、萃取等。④熱質(zhì)傳遞過程。這是一類由熱量傳遞和質(zhì)量傳遞兩種規(guī)律共同決定的單元操作。這種過程與傳熱過程或傳質(zhì)分離過程不同，它的速率計算更加復(fù)雜，過程的極限也不再是熱平衡和相平衡。此過程包括增濕、減濕、干燥、結(jié)晶等單元操作。⑤熱力過程。這是一類以熱力學(xué)為主要理論基礎(chǔ)的單元操作，如制冷。⑥粉體工程。這是與固體顆粒加工、運(yùn)動等有關(guān)的操作，有粉碎、流態(tài)化、顆粒分級等。
研究方法 在單元操作的發(fā)展進(jìn)程中，形成了兩種基本研究方法，即實(shí)驗(yàn)研究方法和數(shù)學(xué)模型方法。實(shí)驗(yàn)研究方法一般用因次分析和相似論為指導(dǎo)，依靠實(shí)驗(yàn)來確定過程變量之間的關(guān)系，通常用無因次數(shù)（或稱準(zhǔn)數(shù)，即無量綱參數(shù)）群構(gòu)成的關(guān)系式來表達(dá)，主要用于對其內(nèi)在規(guī)律尚未進(jìn)行深入研究的復(fù)雜化工問題。數(shù)學(xué)模型方法是在對實(shí)際問題的機(jī)理深入分析的基礎(chǔ)上，在抓住過程本質(zhì)的前提下作出某些合理簡化，建立物理模型。從物理化學(xué)、傳遞過程和化工熱力學(xué)的基本原理出發(fā)，得出描述此模型的數(shù)學(xué)模型。以數(shù)學(xué)方法求解后，由實(shí)驗(yàn)確定模型參數(shù)。因而這是一種半經(jīng)驗(yàn)、半理論的方法。由于對傳遞過程和化工熱力學(xué)的研究不斷深入，積累了豐富的知識，特別是電子計算機(jī)的普及和發(fā)展，使數(shù)學(xué)模型方法的應(yīng)用在單元操作的研究中日益廣泛。
發(fā)展 隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，單元操作一直處在不斷的發(fā)展之中，其中最活躍的領(lǐng)域是混合物的分離。近年來單元操作的研究開發(fā)所取得的主要成果有以下幾方面:①新的分離技術(shù)不斷得到開發(fā)和應(yīng)用，如膜分離、區(qū)域熔煉、電磁分離、泡沫分離、超臨界流體萃取和超離心分離等。②在原有分離技術(shù)方面，處理能力加大、效率提高的新型設(shè)備不斷出現(xiàn)；設(shè)備的放大效應(yīng)逐步得到解決；研究成功許多合理利用能量的操作流程；一些高效的吸收劑、萃取劑等不斷出現(xiàn)并在生產(chǎn)中應(yīng)用。③計算機(jī)模擬和輔助設(shè)計不斷取得成果，縮短了新過程的開發(fā)周期；使設(shè)備的設(shè)計和操作更趨合理，從而提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了能量消耗。生產(chǎn)的發(fā)展對于單元操作不斷提出新的課題。這些新課題的解決既促進(jìn)了化工生產(chǎn)的發(fā)展，又推動了單元操作學(xué)科的發(fā)展。
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