第2章　“場”“流”分析的基本概念

2.1　單元操作和單元過程^［1］

化工生產從原料開始到制成目的產物，要經過一系列物理的和化學的加工處理步驟，這一系列加工處理步驟，總稱為化工過程（Chemical Process）。化工過程雖然各不相同，但大體上都是由一些容器、儲罐、泵、壓縮機、鼓風機、加熱爐、換熱器、反應器、吸收塔、蒸餾塔等若干種化工機械和設備所組成，通過管道連接，形成整個生產裝置，以實現某個生產目的。每一個設備，都是化工過程的一部分，除儲罐等外，一般當物料經過其中的時候，都完成某種物理變化或化學變化，或同時完成這兩類變化。這些機械或設備稱為過程單元（Process Units）。

在過程單元中進行的物理加工“操作”，可分別歸納為流體流動與輸送、攪拌、粉碎、沉降、過濾、傳熱、蒸發、冷凝、吸收、蒸餾、萃取、結晶、干燥、吸附等多種，統稱為單元操作（Unit Operation）。單元操作就是按照特定要求使物料發生物理變化的基本操作的總稱。

生產不同產品的具體化學反應過程雖然千差萬別，但就反應的類型或特性而言，往往可以歸納為若干基本的反應過程，如氧化、還原、加氫、脫氫、磺化、鹵化、水解等。這些基本的化學反應過程稱為單元過程（Unit Process）。

某個過程單元可能是一個典型的單元操作或單元過程，在更多的情況下，過程單元中同時完成幾種單元操作或單元過程。例如，一個標準式蒸發器，由加熱器、分離器兩部分構成。蒸發器下部的加熱室是由直立加熱管束構成的列管式換熱器，管束中央有一直徑較大的循環管，加熱管管間（殼程）使用飽和水蒸氣加熱；管內的溶液受熱蒸發，形成的蒸氣夾帶部分液體上升，沖向上部的分離室，蒸氣由上部蒸出，并經過蒸發器外的冷凝器冷凝成液相，未汽化的液體回落入循環管。十分明顯，在蒸發器中同時進行流體流動、傳熱、蒸發和冷凝等操作。

單元操作或單元過程是組成各種化工生產過程，完成一定加工目的的基本單元。只有將各種不同的化工過程分解為單元操作或單元過程來進行研究，掌握單元操作或單元過程的共性本質、原理和相互影響的規律，才可能優化化工過程的設計、合理調控單元操作或單元過程，實現化工過程的強化。