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单元操作和单元过程: 整个化学工程可以分为两类:单元操作或单元过程。单元运算的概念是由 Arthur D. Little 博士于 1915 年提出的。单元过程的概念是由 P.H.Groggin 于 1923 年提出的。
单位运作
单元操作被定义为不涉及任何化学反应的过程。单元操作仅处理过程中涉及的材料的物理变化。它们是使材料发生物理变化的设备。
物理变化是出于多种目的而进行的。一般在物料进行化学反应之前先进行单元操作步骤,以使化学反应顺利进行。
物理变化可能意味着相变,例如:蒸发、冷凝、结晶等。因此,蒸馏是一个单元操作步骤,因为冷凝和蒸发发生在塔内。蒸发器、结晶器也是单元操作设备。
单元操作设备还负责机械操作,包括粉碎、物理分离、混合和研磨。传质、传热过程可能同时发生。不会发生化学反应。
单元操作按以下方式分类:
流体流动操作:泵送、压缩和流化。
机械操作:粉碎、增大、混合、搅拌、混合、过滤、分级分离等。
传质:蒸馏、蒸发、结晶、浸出、吸收、吸附、萃取等。
传热:处理材料时,传热可以通过任何基本机制发生;传导、对流或辐射。通常两种基本机制同时发生。
单元过程
化学反应是单元过程的核心。化学反应器是属于单元过程类别的设备。真正的化学变化发生在设备内部,其中材料的化学结构发生变化,并且转变并形成全新的材料。
工业设备中进行的各种化学反应都属于这一类。此类化学反应的一些例子是:磺化、硝化、卤化、烷基化、水解、氢化、聚合、氧化、还原等。实例可以是无数的,因为通过两种或更多种材料的反应或通过材料本身的分解可以形成无数的化合物。因此分类同样可以是无止境的。
大多数化学反应本质上是不可逆的。过程中的化学反应步骤构成了过程的核心,通常控制着整个过程的经济性。因此,单元过程通常是优化的主题。
通常,必须在单元加工之前进行单元操作,以使材料具有适当的形状,以便它们能够最佳地反应。此外,即使在化学反应发生之后也常常需要单元操作,其目的是为了将初级产物与二级或三级产物分离。凡是发生化学反应以提高设备效率的单元操作过程也属于单元过程。例如反应蒸馏、反应萃取、反应吸收等。