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  歷史上有一段時間,生產不同化學品的化工廠被認為是不同的工業過程,遵從著不同的原理。  亞瑟·迪巨集·理特在 1916 年提出了單元操作的概念來解釋化工過程。 1923 年,William Hultz Walker、沃倫·肯德爾·路易斯和 William H. McAdams 共同編寫了《化學工程原理》一書,他們認為各種化學工業都遵循同樣物理定律。 他們把相似的過程歸納為單元操作。每一種單元操作都遵循相似的物理規律,並適用於所有相關的化工行業。例如:使用相同的工程知識,就能為凝固汽油彈和小米粥分別設計一個攪拌器,即使這兩種產品的製造、使用和市場完全不相同。單元操作是構建化學工程的基礎。

  化學工程單元操作分為以下幾類:  化工單元操作也可分為以下幾類結合了不同過程的操作:  此外,有很多單元操作甚至結合了以上分類的幾種,如:反應精餾和攪拌釜反應器。 純的單元操作是一個物理變化過程,而對混合了物理和化學變化的過程建模,需要同時考慮擴散等物理傳傳遞和化學反應。這對催化反應的設計是很重要的,被認為是一門獨立學科稱為化學反應工程。 化工單元操作和化工單元過程是各種化學工業的主要原理,是化工廠設計的主要依據。  一般來說,設計單元操作從三大守恆(質量守恆、熱量守恆和能量守恆)開始,先寫下各組分對應傳遞量的守恆方程,再解方程組得到需要的設計引數,通常會得到一個範圍,然後從中選取最優的方案並設計裝置。 例如:設計一個板式精餾塔,先寫下每塊塔板的質量守恆方程,通過已知的氣-液相平衡和效率,列出每種物質的的質量守恆方程,聯立上述方程,解方程組可以得到一個範圍。因為提高迴流比可以降低理論塔板數,反之亦然。化學工程師需要在塔高、佔用空間和施工成本方面找到最優的解決方案。
單元操作是在化學工業生產中具有共同的物理變化特點的基本操作,是由各種化工生產操作概括得來的。單元操作和化工單元過程一起,組成學習化學工業生產的基礎知識。單元操作是化學工程的主要研究領域。