各種產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中，使用著各種各樣的物理化學(xué)加工過(guò)程。根據(jù)它們的操作原理，可以歸納為應(yīng)用較廣的數(shù)個(gè)基本過(guò)程，如流體輸送、攪拌、沉降、過(guò)濾、熱交換、蒸發(fā)、結(jié)晶、吸收、蒸餾、萃取、吸附以及干燥等。這些過(guò)程稱(chēng)為單元過(guò)程。
任何一種化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程，都是由若干單元過(guò)程及化學(xué)反應(yīng)過(guò)程組合而成的。每個(gè)單元過(guò)程，都是在一定的設(shè)備中進(jìn)行的。
理論分類(lèi)
單元過(guò)程按其理論基礎(chǔ)可分為下列三類(lèi)：
（1）流體流動(dòng)過(guò)程（fluid flow process）包括流體輸送、攪拌、沉降、過(guò)濾等。
（2）傳熱過(guò)程（heat transfer process）包括熱交換、蒸發(fā)等。
（3）傳質(zhì)過(guò)程（madd transfer process）包括吸收、蒸餾、萃取、吸附、干燥等。
常用概念
在研究化工單元過(guò)程時(shí)，經(jīng)常用到下列五個(gè)基本概念，即物料衡算、能量衡算、物系的平衡關(guān)系、傳遞速率及經(jīng)濟(jì)核算等。
物料衡算
依據(jù)質(zhì)量守恒定律，進(jìn)入與離開(kāi)某一化工過(guò)程的物料質(zhì)量之差，等于該過(guò)程中累積的物料質(zhì)量，即：輸入量－輸出量=累積量。
對(duì)于連續(xù)操作的過(guò)程，若各物理量不隨時(shí)間改變，即牌穩(wěn)定操作狀態(tài)時(shí)，過(guò)程中不應(yīng)有物料的積累。則物料衡算（material balance）關(guān)系為：輸入量=輸出量。
能量衡算
能量衡算（能量 balance）的依據(jù)是能量守恒定律。熱量衡算的步驟與物料衡算的基本相同。
平衡關(guān)系
平衡狀態(tài)是自然界中廣泛存在的現(xiàn)象。平衡關(guān)系（equilibrium relation）可以用來(lái)判斷過(guò)程能否進(jìn)行，以及進(jìn)行的方向和能達(dá)到的限度。
傳遞速率
過(guò)程的傳遞速率（rate of transfer process）與推動(dòng)力成正比，與阻力成反比。
經(jīng)濟(jì)核算
為生產(chǎn)定量的某種產(chǎn)品所需要的設(shè)備，根據(jù)設(shè)備的型式和材料的不同，可以有若干設(shè)計(jì)方案。對(duì)同一臺(tái)設(shè)備，所選用的操作參數(shù)不同，會(huì)影響到設(shè)備費(fèi)與操作費(fèi)。因此，要用經(jīng)濟(jì)核算確定最經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)方案。
常用單元過(guò)程
流體流動(dòng)
流體流動(dòng)時(shí)，其內(nèi)部發(fā)生動(dòng)量傳遞（momentum transfer），故流體流動(dòng)過(guò)程也稱(chēng)為動(dòng)量傳遞過(guò)程。流體流動(dòng)的基本原理，不僅是流體輸送、攪拌、沉降及過(guò)濾的理論基礎(chǔ)，也是傳熱與傳質(zhì)過(guò)程中各單元過(guò)程的理論基礎(chǔ)，因?yàn)檫@些單元過(guò)程中的流體都處于流動(dòng)狀態(tài)。傳熱的基本原理，不僅是熱交換和蒸發(fā)的理論基礎(chǔ)，也是傳質(zhì)過(guò)程中某些單元過(guò)程（例如干燥）的理論基礎(chǔ)。因?yàn)楦稍锊僮髦校粌H有質(zhì)量傳遞而且有熱量傳遞。因此，流體力學(xué)、傳熱及傳質(zhì)的基本原理是各單元過(guò)程的理論基礎(chǔ)。
吸收傳遞過(guò)程
在化工生產(chǎn)中，通常會(huì)遇到均相物系混合物的分離問(wèn)題，即將這些混合物分離為較凈或幾乎純態(tài)的物質(zhì)。利用原物系中各組分間某種物性的差異，從而將均相物系形成一個(gè)兩相物質(zhì)，達(dá)到分離的目的。物質(zhì)在相間的轉(zhuǎn)移過(guò)程稱(chēng)為物質(zhì)傳遞過(guò)程（簡(jiǎn)稱(chēng)傳質(zhì)過(guò)程）。化學(xué)工業(yè)中常見(jiàn)的傳質(zhì)過(guò)程有蒸餾、吸收、干燥、萃取和吸附等單元過(guò)程。
利用氣體中各組分在液相中溶解的差異而分離氣體混合的操作稱(chēng)為吸收。所用液體稱(chēng)為吸收劑（或溶劑）。氣體中被溶解的組分稱(chēng)為吸收質(zhì)或溶質(zhì)。不被溶解的組分稱(chēng)為惰性氣體或載體。
吸收操作是化學(xué)工業(yè)常用的分離方法，主要用于下列幾方面：
（1）分離和凈化原料氣。
（2）分離和吸收氣體中的有用組分。
（3）某些產(chǎn)品的制取。如制酸工業(yè)中用水分別吸收混合氣體中的HCl、SO和NO制取鹽酸、硫酸和硝酸。
（4）廢氣的治理。生產(chǎn)過(guò)程中排放的廢氣往往含有對(duì)人體和環(huán)境有害的物質(zhì)，如SO、HS等這類(lèi)環(huán)境保護(hù)問(wèn)題已愈來(lái)愈受重視。
蒸餾分離
蒸餾是分離液體混合物的一種方法，是傳質(zhì)過(guò)程中最重要的單元過(guò)程之一，蒸餾的理論依據(jù)是利用溶液中各組分蒸汽壓的差異，即各組分在相同的壓力、溫度下，其探發(fā)性能不同（或沸點(diǎn)不同）來(lái)實(shí)現(xiàn)分離目的。例如，加熱苯（沸點(diǎn)80.2℃）和甲苯（沸點(diǎn)110.4℃）的混合物時(shí)，由于苯的沸點(diǎn)較甲苯為低，即苯揮發(fā)度較甲苯高，故苯較甲苯易從液相中汽化出來(lái)。若將汽化的蒸汽全部冷凝，即可得到苯組成高于原料的產(chǎn)品，依此進(jìn)行多次汽化及冷凝過(guò)程，即可將苯和甲苯分離。這多次進(jìn)行部分汽化成部分冷凝以后，最終可以在汽相中得到較純的易揮發(fā)組分，而在液相中得到較純的難揮發(fā)組分，這叫精餾（rectification）。
在工業(yè)中，廣泛應(yīng)用蒸餾方法分離液體混合物，從石油工業(yè)、乙醇工業(yè)直至焦油分離，基本有機(jī)合成，空氣分離等等，常常采用蒸餾分離方法，特別是大規(guī)模的生產(chǎn)中蒸餾的應(yīng)用更為廣泛。
蒸餾按操作可分為簡(jiǎn)單蒸餾、平衡蒸餾、精餾、特殊精餾等多種方式。按原料中所含組分?jǐn)?shù)目可分為雙組分蒸餾及多組分蒸餾。按操作壓力則可分為常壓蒸餾、加壓蒸餾、減壓病（真空）蒸餾。此外，按操作是否連續(xù)蒸餾和間歇蒸餾。工業(yè)中的蒸餾多為多組分精餾。
傳熱模式
傳熱是一種復(fù)雜現(xiàn)象。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，只要一個(gè)介質(zhì)內(nèi)或者兩個(gè)介質(zhì)之間存在溫度差，就一定會(huì)發(fā)生傳熱。我們把不同類(lèi)型的傳熱過(guò)程稱(chēng)為傳熱模式。物體的傳熱過(guò)程分為三種基本傳熱模式，即：熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射。
熱傳導(dǎo)，指在物質(zhì)在無(wú)相對(duì)位移的情況下，物體內(nèi)部具有不同溫度、或者不同溫度的物體直接接觸時(shí)所發(fā)生的熱能傳遞現(xiàn)象。固體中的熱傳導(dǎo)是源于晶格振動(dòng)形式的原子活動(dòng)。非導(dǎo)體中，能量傳輸只依靠晶格波（聲子）進(jìn)行；在導(dǎo)體中，除了晶格波還有自由電子的平移運(yùn)動(dòng)。
對(duì)流傳熱，又稱(chēng)熱對(duì)流，是指由于流體的宏觀運(yùn)動(dòng)而引起的流體各部分之間發(fā)生相對(duì)位移，冷熱流體相互摻混所引起的熱量傳遞過(guò)程。對(duì)流傳熱可分為強(qiáng)迫對(duì)流和自然對(duì)流。強(qiáng)迫對(duì)流，是由于外界作用推動(dòng)下產(chǎn)生的流體循環(huán)流動(dòng)。自然對(duì)流是由于溫度不同密度梯度變化，重力作用引起低溫高密度流體自上而下流動(dòng)，高溫密度流體自下而上流動(dòng)。
熱輻射，是一種物體用電磁輻射的形式把熱能向外散發(fā)的傳熱方式。它不依賴(lài)任何外界條件而進(jìn)行，是在真空中最為有效的傳熱方式。不管物質(zhì)處在何種狀態(tài)（固態(tài)、氣態(tài)、液態(tài)或者玻璃態(tài)），只要物質(zhì)有溫度（所有物質(zhì)都有溫度），就會(huì)以電磁波（也就是光子）的形式向外輻射能量。這種能量的發(fā)射是由于組成物質(zhì)的原子或分子中電子排列位置的改變所造成的。
參考資料 >