工廠中一系列的製造流程可以被拆解成小單元，分開的個別程序被稱為單元操作。每一種單元操作皆可視為原料輸入再形成產物輸出的程序，在各式各樣的生產流程中，只要基於相同的機制，皆代表同一類單元操作，唯有其規模不同。
工程師在生產技術的發展中扮演重要角色，尤其面臨新製程之設計時，往往只知道原料與產品，對於反應器、產品分離方法、操作條件等議題，皆有待思索，因而需要進行單元操作的設計。之後再思考整體程序，期望能減少步驟，改進個別操作之效率，尋找最適化的流程，最後再將規模放大，從實驗室推廣到試驗廠，再擴大到量產廠。工程師必須整理與研判各種構想和訊息，重複利用單元操作的概念，採用最經濟與最安全的程序，以建廠製造出產品。單元操作的對象可依物質狀態分為固體、液體和氣體，有時也包含超臨界流體，這些物質必須被輸送、加熱或冷卻，而且需要經歷混合與分離，因此牽涉動量、熱量與質量之輸送。掌握了單元操作的概念，即可奠定工業生產的基礎。本書扼要介紹混合與分散、多相分離、均相分離等單元操作，並闡述其原理、延伸和應用，可作為工程科系學生快速理解製程領域的入門資料。
作者
吳永富
[現職]
明志科技大學化學工程系 副教授
明志科技大學半導體材料與製程學士學程 主任
[學歷]
台灣大學化學工程系 學士
台灣大學化學工程所 博士
[經歷]
工研院電子研究所 工程師
工研院平面顯示中心 研發課長
明志科技大學化學工程系 系主任
[著作]
電化學工程原理 (五南文化)
電化學工程應用 (五南文化)
圖解輸送現象 (五南文化)
目錄
第一章 基本原理
1-1 化學工程
1-2 質能平衡
1-3 輸送現象
1-4 成分與相
1-5 單元操作
1-6 分離技術
1-7 規模放大與縮小
第二章 混合與分散操作
2-1 巨觀混合
2-2 微觀混合
2-3 固體填充床
2-4 流體化床
第三章 多相分離操作
3-1 沉降
3-2 離心與旋風分離
3-3 過濾
3-4 泡沫分離
3-5 洗滌與瀝取
3-6 乾燥
第四章 均相分離操作
4-1 蒸餾
4-2 萃取
4-3 吸收與氣提
4-4 吸附與脫附
4-5 離子交換
4-6 層析
4-7 蒸發
4-8 增溼與除溼
4-9 結晶
4-10 膜分離
第五章 整合性操作
5-1 萃取蒸餾
5-2 反應蒸餾
5-3 反應萃取
5-4 反應萃取蒸餾
第六章 總結
參考資料—延伸閱讀
各章習題
習題解答
序／導讀
序
十九世紀末，英國的公害監察官George Davis觀察不同的化學工廠，從中發現了共通的單元方法，因而提出化工程序可以解構成各種單元操作的概念，促進了後世的生產技術發展。他推論出生產所需技術的思維方法，十分值得讀者與筆者學習。Davis發現單元操作時，採取了歸納性思維，從幾項具體的案例中，找出共通點，最後歸納出普遍性的原則作為結論。使用歸納性思維的前提是經驗與知識豐富，才能激發出突破性的創意。擁有了單元操作的概念後，則可發揮演繹性思維，組合已知的操作技術，開發出前所未有的製程。本書承襲前人的智慧與經驗，扼要說明了各類單元操作方法及其原理，提供讀者可掌握可演繹的前提，以發揮思考力創造出各式生產程序。
掌握單元操作的原理之前，需要理解輸送現象，因此在學術界，輸送現象與單元操作往往會合成一門學問，由教師引領學生縱橫學習。然而，研發者欲開拓新製程時，經常欠缺組合成整體的視野，陷入見樹不見林的窘境，故在理解單元操作之後，建議讀者再投入學習程序設計，先用整體觀點思考製程問題，再拉近視線到局部，探究單元操作與輸送現象，之後又放大視野回到整體流程，並反覆縮小與放大範圍，逐步減少預期與現實的差異，取得局部與整體間的平衡，完成見樹又見林的程序設計目標。
本書講述單元操作原理時，難免運用了許多圖表與方程式。參照愛因斯坦留下的經典名句：「物理學的書，總充滿著複雜的數學式，但每個理論的開端卻是思想和觀念，只是這些構想在日後，必須採取某種數學型式，才可能與實驗對照。」儘管現代的電腦科技發達，可以讀取資料庫的大數據，執行複雜的數值計算，求解非線性方程組，加速設計工作，但筆者仍然勉勵讀者去挑戰複雜原理的推論，以利於未來突破商用軟體的功能限制。
《圖解單元操作》與《圖解輸送現象》皆定位於工程科系學生理解相關物理的入門資料，適用對象的專業背景包括機械工程系、化學工程系、環境工程系、土木工程系、航太工程系、海洋工程系、大氣科學系。書末介紹了單元操作的經典中外文書籍，提供進階學習者延伸閱讀，精益求精。然本書篇幅有限，加上定位精簡，文中各種單元操作主題皆以最扼要的方式呈現，時而現象說明，時而算式闡述，盼能秉持工程領域中有「理」有「據」的原則，訓練讀者兼具定性原「理」分析和定量數「據」推理的能力。
由於科技的發展無法僅憑定性研究，也需定量探索，時至今日，還需要顧及社會與環境，以循環經濟的觀點製造產品，才能實踐永續發展的目標。愛因斯坦多年之前已提及：「關心人類和我們的命運，始終是所有科技努力的目標，在你的圖表與方程式中，永遠不要忘記這一點。」謹獻芻言，願共勉之。
