1.1　单元操作

过滤、蒸发、蒸馏、结晶、干燥等操作具有悠久的历史。五千年前，中国人已利用日光蒸发海水制盐，埃及人已开始酿造葡萄酒，并用布袋过滤葡萄汁，但这些操作都是规模很小的手工作业。19世纪下半叶，法国大革命时期出现了路布兰法制碱，标志着化学工业的诞生。19世纪70年代，制碱、硫酸、化肥、煤化工等都已有了相当规模。例如，索尔维法制碱中所用的碳化塔高达20余米，在其中同时进行化学吸收、结晶、沉降等过程。

英国曼彻斯特地区的制碱业污染检查员戴维斯（George E.Davis，1850—1906，图1-1）指出：化学工业发展中面临的许多问题往往是工程问题；各种化工生产工艺，都是由蒸馏、蒸发、干燥、过滤、吸收和萃取等基本操作组成的，可以对其进行综合研究和分析；化学工程将成为继土木工程、机械工程、电气工程之后的第四门工程学科。也许是因为人微言轻，戴维斯的观点在英国并没有受到重视，1880年他发起成立英国化学工程师协会也未获成功。1887—1888年，戴维斯在曼彻斯特工学院作了12次演讲，系统阐述了化学工程的任务、作用和研究对象。这些演讲的内容陆续发表在曼彻斯特出版的《化工贸易杂志》上，戴维斯在此基础上写成了《化学工程手册》，于1901年出版，这是世界上第一部阐述各种化工生产过程共性规律的著作^［2］。

图1-1　George E.Davis^［1］

戴维斯的观点在美国却产生了较大影响。1888年，根据L.M.诺顿教授的提议，麻省理工学院开设了世界上第一门化学工程课程。随后，宾夕法尼亚大学、戴伦大学、密歇根大学也分别于1892年、1894年、1898年相继开设了类似的课程。但这些课程的主要内容是由机械工程和化学构成的，未能揭示化工生产的内在规律。

1908年，利特尔（Arthur D.Little，1863—1935，图1-2）参与发起成立美国化学工程师协会，并担任过该会的主席。1915年，利特尔提出了单元操作的概念：任何化工生产过程，无论其规模大小都可以用一系列单元操作实现。只有将纷繁复杂的化工生产过程分解为若干单元操作进行研究，才能使化学工程专业具有广泛的适应能力。

图1-2　Arthur D.Little^［2］

1920年，麻省理工学院成立了化学工程系，由W.K.刘易斯任系主任。同年，华克尔（William H.Walker，1869—1934，图1-3）、刘易斯（Warren K.Lewis，1882—1975）和麦克亚当斯（William H.McAdams）撰写了《化工原理》一书的初稿，用于化工系的教学，后于1923年正式出版。该书阐述了各种单元操作的物理化学原理，提出了定量计算方法，并从物理学等基础学科中汲取了对化学工程有用的研究成果（如雷诺关于湍流和层流的研究）和研究方法（如因次分析和相似论），奠定了化学工程作为一门独立工程学科的基础。此后，各种单元操作的专著，如C.S.鲁宾逊的《精馏原理》（1922）和《蒸发》（1926）、刘易斯的《化工计算》（1926）、麦克亚当斯的《热量传递》（1933）、舍伍德的《吸收和萃取》（1937）相继出版。

图1-3　William H.Walker^［2］

20世纪50年代初，美国化学工程师协会组织开展了蒸馏塔板效率的研究，浮阀塔板、舌形塔板、斜孔塔板等新型塔板相继问世，通过改进设计方法，筛板塔重新获得广泛应用。反渗透、电渗析、超滤等膜分离操作和区域熔炼等提纯技术进入了工业应用，液膜分离等新的分离技术开始进行实验室研究。