Unit13UnitOperationsinChemicalEngineering化学工程由不同顺序的很多步骤组成，这些步骤的原理与被加工的物料以及该特殊工艺体系的其他特征无关。在过程的设计中，如果（研究）步骤是确定的，那么所用每一步骤都可以分别进行研究。有些步骤为化学反应，而其他步骤为物理变化。化学工程的多功能性源于将一复杂过程分解为单个的物理步骤（叫做单元操作）和化学反应的实践。化学工程中单元操作的概念基于这种理念：各种不同顺序的步骤可以归并为简单的操作或反应。不管所处理的物料如何，这些简单的操作或反应基本原理是相同的。这一原理，对美国化学工业发展初期的先驱者来说是明显的，由A.D.Little于1915年首次明确提出：任何化学过程，不管规模如何，均可分解为一系列的协调的单元操作，如：粉碎、混合、加热、焙烧、吸收、冷凝、浸提、沉淀、结晶、过滤、溶解、电解等等。这些基本单元操作为数不多，而任何特殊的过程又仅包含其中的几种。化学工程的复杂性来自于条件（温度、压力等等）的多样性，在这些条件下，单元操作在不同的过程进行，同时其复杂性也来自于限制因素，如由反应物质的物化特征所决定的建筑材料与设备设计。最初列出的单元操作，就是上述的十二种操作。而实际上，就这些操作而言，不是所有的操作都可视为单元操作。从那时起，又确定了一些其他的单元操作，过去确定单元操作的速度适中，但是近来速度明显加快。流体流动、传热、蒸馏、增湿、气体吸收、沉淀、颗粒分级、搅拌以及离心都早已得到了认可。近年来，对新技术认识的不断加深，以及对传统而很少使用的分离技术的采用，使得分离、过程操作或生产过程步骤的数量不断增加。这些操作步骤在使用时对很多不同的过程来说都不需要大的改变。这就是“单元操作”这个术语的基础，此基础为我们提供了一系列的技术。1.单元操作的分类（1）流体流动流体流动所涉及到的是确定任何流体从一个位置到另一位置的流动或输送的原理。（2）传热该单元操作论述的是支配热量和能量从一个位置到另一位置的积累和传递原理。（3）蒸发这是传热中的一个特例，涉及到的是在溶液中挥发性溶剂从不挥发性的溶质（如盐或其他任何物质）中挥发出来。（4）干燥在该操作中，挥发性的液体（通常是水）从固体物料中除去。（5）蒸馏蒸馏是这样一个操作：由于液体混合物中各组分蒸汽压的差别，利用沸腾可将其分离开来。（6）吸收在该操作中，混合气经液体处理后，其中一种组分得以除去。（7）膜分离该操作涉及到液体或气体中的一种溶质通过半透膜向另一种流体中的扩散。（8）液-液萃取在该操作中，（液体）溶液中的一种溶质通过与该溶液不互溶的另一种（液体）溶剂相接触而加以分离。（9）液-固浸取在该操作所涉及的是，用一种液体处理细小固体颗粒，溶出并除去该固体中的一种溶质。（10）结晶结晶涉及到的是，通过沉淀方法将溶液中的溶质（如一种盐）从该溶液中分离出来。（11）机械物理分离这些分离方法包括，利用物理方法分离固体、液体、或气体。这些物理方法，如过滤、沉降、粉碎，通常归为分离单元操作。许多单元操作有着相同的基本原理、基本原则或机理。例如，扩散或传质机理发生于干燥、吸收、蒸馏和结晶中，传热存在于干燥、蒸馏、蒸发中，等等。2.基本概念因为单元操作是工程学的一个分支，所以它们同时建立在科学和经验的基础之上。在设计那些能够制造、能装配、能操作、能维修的设备时，必须要将理论和实践结合起来。下面四个基本的概念，构成了所有操作计算的基础。物料衡算物质既不会凭空被创造又不会凭空消失，所以进入某一操作的物料总量等于该操作中积累物料量与输出物料量之和。应用该原理，可以计算出化学反应的收率或工程操作的得率。在连续操作中，操作中通常没有物料的积累，物料平衡简单地由所有的输入的物料和所有的输出的物料组成，这种方式与会计所用方法相同。结果必须要达到平衡。只要（aslongas）该反应是化学反应，而且不会消灭或创造原子，那么将原子作为物料衡算的基础是很精确且方便的，而且常常非常方便。可以对整个工厂或某一单元的任何一部分进行物料衡算，这取决于所研究的问题。能量恒算相似地，可以对任何工厂或单元操作进行能量衡算，来确定进行一操作所需的能量或维持操作条件所需要的能量。该原理与物料衡算同样重要，且使用方式相同。重要的是记住，尽管能量可能会转换为另一种等量形式，但是要把各种形式的所有的能量包括在内。理想接触（平衡级模型）无论所处理的物料在具体操作条件（如温度、压强、化学组成或电势条件）下接触时间长短如何，这些物料都有接近一定的平衡条件的趋势，该平衡由具体的条件确定。在多数情况下，达到平衡条件的速率如此之快或所需时间足够长，以致每一次接触都达到了平衡条件。这样的接触可视为平衡或理想接触。理想接触数目的计