灌溉水源

[拼音]：danyuan caozuo

[英文]：unit operations

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，應用相應的裝置，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裝置，故單元操作又稱為化工過程及裝置。單元操作的應用遍及化工、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。

沿革

在化學工業的發展過程中，人們最初以具體產品為物件，分別進行各種產品的生產過程和裝置的研究。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。

分類

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。現在化工生產中常用的單元操作已達二十餘種（見表）。單元操作按照所依據的基本原理分為：

（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的單元操作，有換熱、蒸發等。

（3）傳質分離過程。這是一類以質量傳遞為主要理論基礎的單元操作，用於各種均相混合物的分離，有蒸餾、吸收、萃取等。

（4）熱質傳遞過程。這是一類由熱量傳遞和質量傳遞兩種規律共同決定的單元操作。這種過程與傳熱過程或傳質分離過程不同，它的速率計算更加複雜，過程的極限也不再是熱平衡和相平衡。此過程包括增溼、減溼、乾燥、結晶等單元操作。

（5）熱力過程。這是一類以熱力學為主要理論基礎的單元操作，如製冷。

（6）粉體工程。這是與固體顆粒加工、運動等有關的操作，有粉碎、流態化、顆粒分級等。

學科內容

單元操作學科主要研究：

（1）各單元操作的基礎理論；

（2）各單元操作所用裝置的合理結構、操作特性、設計計算方法及其強化；

（3）各單元操作的應用開發；

（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

在單元操作的發展程序中，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，即無量綱引數）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，由實驗確定模型引數。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，使數學模型方法的應用在單元操作的研究中日益廣泛。