化工概論 

報告人：莊清榮

93.02

傳統化學工程傳統化學工程

熱 電

磁光

交互作用

化工在學些什麼？化工在學些什麼？— 物質基本特性與物質間作用物質基本特性與物質間作用

化學反應

• 反應器設計• 大規模分離技術• 程序控制• 製程設計

A

B CA,BC,D

CB

D

化工在學些什麼？化工在學些什麼？— 物質基本特性與物質間作用物質基本特性與物質間作用

好東西與好朋友分享好東西與好朋友分享 -------- 化化工工----------------------------------------------------

原料原料物理程序

物理程序

化學反應

化學反應

物理程序

物理程序

產品產品

產品產品

產品產品

產品產品

大規模量產的技術大規模量產的技術

化學與化工之差異化學與化工之差異—化學是探討物質之性質、構造及物質間

之反應機構之基礎科學。—化學工程則注重如何利用物理、化學或

生化反應等方法處理原料物質使之大量生產，轉變成高價值有用的產品。

根據美國化學工程師學會的定義，化學工程師的職責為「將化學產品從實驗室帶到工廠以及人類生活中」

化學工程師之定位化學工程師之定位— 能 源

原料

技術

經濟的觀點

( 安全、衛生、環保 )

產品

安全： Safety

衛生： Health

環保： Environment

SHE

化學工程師在歷史上十大成就 化學工程師在歷史上十大成就

年代 原料 程序 價格 / 兩 大學畢業起薪

1955 麵筋 鹽酸水解 NT$ 11元

400 元 / 月

1958 澱粉 - 葡萄糖

發酵法收率 2-3%

6-7

1960 糖蜜 收率 3-4%1970 糖蜜 菌種改良

收率 4-5%5 1500

1980 糖蜜 收率 6-7%省能濃縮

4.5 10,000

1989 糖蜜 收率 8-9%大型化

4 22,000

2002 <4 38,000

味精之製造程序及價格之變化味精之製造程序及價格之變化

化學工業化學工業

•由化學工業的發展歷史來看，早期的化工著重在一般民生用品的製造上，舉凡衣食住行所需要的化學品，全都由化學工程師製造提供，例如肥料、殺蟲劑、人造纖維、皮革處理、水泥、油漆、汽油、柴油、塑膠製品，不一而足。• •然而隨著時代的進步，高科技產品逐漸問世，例如元件、印刷電路板、光電產品等等，但是在這些產業中，他仍然脫離不了化學品的應用，只不過由傳統的化學品，改為所謂的精密化學品（特用化學品）而已，但對於化學工程師而言，基本的原理與技術並沒有改變，改變的只是產品的特性而已。

化學工業化學工業

•展望二十一世紀，一方面地球上的能源與資源會因為人口不斷的增加，而面臨不足的危機，另一方面，則由於生物科技的進步，基因的解碼與基因工程隨之興起。

然而無論是資源或能源的開發與利用，生物技術產品的製造，化學工程師仍將是不可或缺的一環。

化學工業的沿革 化學工業的沿革

民生產業與石油化學產品民生產業與石油化學產品 — 石化產業實際上就是民生工業之母。自

輕油裂解的化學原料，可以製作出許許多 多 日 常 生 活 所 需 的 產 品 。

— 化工技術可以改善這些產品的製程，提升產品品質，並降低製造成本，以造福人類。

石化民生產品樹狀圖

傳統化工：點石成金的魔法師

塑膠

人造纖維

塗、染料

橡膠

清潔劑

化妝品

半導體光電產品印刷電路板電池

醫藥生醫材料生物技術產品工程塑、橡膠

新化工 = 尖端科技

化學工程與精密陶瓷化學工程與精密陶瓷—應用在尖端科技之精密陶瓷：積體電路板、磁

浮車、通訊光纖、高溫隔熱磚—應用在汽車或發電機之陶瓷汽缸：可耐高溫，

提高引擎效率—應用在人造骨骼、人造齒根：化學安定性、機

械特性及生體親合性優異

最新技術最新技術 ---- 陶瓷汽缸，能耐高溫！陶瓷汽缸，能耐高溫！ —汽 車 或 發 電

機 之 汽 缸 使 用 可耐至 1200℃ 之精密 陶 瓷 時 ， 其 引擎效率可提高 30 ~40% ，亦可省下30~40% 之燃料，這 些 精 密 陶 瓷 屬非 氧 化 物 碳 化 矽或氮化矽之陶瓷

人造骨骼，人造齒根人造骨骼，人造齒根 —精密陶磁之對羥

鄰灰石與人體骨骼及牙齒成份十分接近。由於陶瓷之化學安定性機械特性及生體親和性優異，故將成為人工骨骼及人工齒根之最佳材料，成為醫學界注目的明日之星。

寬頻網際網路及行動通訊需求快速成長，光纖週邊設備供不應求，光纖連接器中占生產成本 30~50% 之關鍵零組件 -- 陶瓷套圈 (ferrule) 。

光纖陶瓷套圈 (FERRULE)

化學工程與微電子化學工程與微電子—晶圓之製作—高層化之積體電路—大容量、易保存之光碟—超純水製程之革新—無塵室製程之革新

矽晶圓製造流程矽晶圓製造流程　　

2.5 元 /kg

4000 元 /kg

拉晶拉晶

典型化工製程

―晶圓製作

拉晶矽晶切片與拋光

氧化擴散沉積

微影蝕刻

典型化工製程

―鍍膜、微影與蝕刻

鍍膜

顯影

曝光

蝕刻去光阻

放大一萬三千倍後的積體電路放大一萬三千倍後的積體電路

IC IC 的製造的製造

對化工人來說，台積電與聯電的 IC 廠算是另類的化學工廠，工程師在矽基板上，運用各種化學原料與技術生長出複雜的線路，達成所設計的電子用途。 IC 製程中無論是薄膜生長，顯影蝕刻，熱氧化，微污染控制，乃至於高純度水以及高潔淨度空氣的供應，都需要化學工程技術，才能夠順利完成。

這些產品的製造都是化工這些產品的製造都是化工

印刷電路板印刷電路板 —印 刷 電 路 板 （ Printed Circuit

Board， PCB ）是電子產品不可或缺的組件之一，它的功能一方面是承載電子零件，另一方面則是提供不同零件間的導電線路。

—基板的材料主要是由玻璃纖維及環氧樹脂組成，而線路的製作程序則包括鑽孔、電鍍、蝕刻等等。在這個行業中，無論是材料的供應、製造程序或研究發展，都仰賴化工的專業人員。

液晶顯示器的製作液晶顯示器的製作 —液晶顯示器（ Liquid Crystal Display ）是配合影視產品、消費產品（家電、手錶等）、資訊產品（電腦、數位相機等）、通訊產品及儀表產品之不可或缺的一環。

—近年來此一產業的成長都在 30％～ 40％之間。它所需要的上游材料種類甚多：包括玻璃基板、背光膜組以及驅動 IC 等。無論是原材料的提供，或者是基本元件的製造，良率的提升，都絕對需要化學工程師的貢獻。

發光元件的製作發光元件的製作 — 三五族化合物半導體是 Si 以外的極重要材料之一。目前主要應用製造發光二極體 (LED) ，更是我國光電元件的主要產值所在。

— 目前除了發紅光、黃綠光、橙光、藍光、紅外光之外，各國研究人員莫不投入白光 LED 的研製，因為它的能源效率高出傳統的照明設備許多，較能結省能源。而採用有機材料或高分子材料製作的 OLED、 PLED皆研發問世，創造更多的化工商機。

光儲存材料之製作光儲存材料之製作 —光碟（ CD）與數位視訊影碟（ DVD）是當今傳遞資訊不可或缺的工具。台灣目前 CD-R產量已成為全球第一，並積極研發容量遠大於CD-R 、 DVD-R 的 HDVD-R ，以配合下一世代的高畫質影像的傳輸與資料儲存。

光碟片的製作，跟許多化學工程的技術息息相關。

化學工程與材料化學工程與材料—塑膠：微波爐器皿、隱形飛機外殼、液晶高分子、光電感應元件

—人造纖維：耐燃、防水、高強度

—合成橡膠：耐磨彈性佳，並應用於人工臟器

高科技基礎材料高科技基礎材料

合成橡膠之應用―人工臟器合成橡膠之應用―人工臟器—人工臟器的開發持續不斷進行著，主要器官包括人工心臟、人工肺、人工腎臟、人工晶體等，具有生體適合性及應答性的智慧型材料，正被研究和期待著，未來能夠永久持續使用的人工臟器將逐漸可以實現。

化學工程與生物科技化學工程與生物科技—以單元操作、程序控制及分離程序等化工技術進行生化產品之大規模量產

A. 生物反應器之設計與操作 B. 分離程序之設計與操作 C. 生物培養槽 聚寶盆聚寶盆

生物程序工程生物程序工程 —利用生物技術生產製造各種特用化學品、疫苗、健康食品、醫療用品、生物殺蟲劑以及生物能源等等，以確保化學工業、農業與畜牧業的發展及人類的福址。

—生物產業將是二十一世紀的重要產業，在製造這些產品時，化工技術以其特有的製程概念，扮演極其重要的角色。與一般化學製程相比，這些生物程序，最重要的特色在於溫和的生物反應取代了較激烈的化學反應而已。

生物反應工程生物反應工程

碳源碳源

氮源氮源

維生素維生素

礦物質礦物質

生物反應生物反應醫藥醫藥

食品食品

生物農藥生物農藥

胰島素的製造也是化工程序

典型化工製程

盤尼西林的製程盤尼西林的製程

利用生物程序處理廢水利用生物程序處理廢水

一 隻 牛 肉 質 較 佳 而一 隻 牛 肉 質 較 佳 而價 昂 的 部 份 不 約 只價 昂 的 部 份 不 約 只有 三 分 之 一 ， 生 物有 三 分 之 一 ， 生 物技 術 可 將 其 最 價 昂技 術 可 將 其 最 價 昂的 腓 骨 肉的 腓 骨 肉 ((steak)steak) 切切成 細 塊 後 ， 利 用 組成 細 塊 後 ， 利 用 組織 培 養 法 增 殖 ， 而織 培 養 法 增 殖 ， 而在 很 短 的 時 間 將 其在 很 短 的 時 間 將 其細塊增大細塊增大 (( 如如 11mmmm 塊塊變 成變 成 33mmmm 塊塊 )) ， 對 體， 對 體積而言增加了積而言增加了 2727 倍倍， 也 就 是 說 將 來 的， 也 就 是 說 將 來 的生 物 技 術 可 利 用 培生 物 技 術 可 利 用 培養 槽 縮 短 養 牛 的 時養 槽 縮 短 養 牛 的 時間 ， 使 一 頭 牛 變 成間 ， 使 一 頭 牛 變 成2727 頭牛。頭牛。

動物細胞培養動物細胞培養

化學工程與健康化學工程與健康—人造血液—隱形眼鏡—醫療藥品、貼劑—人工器官：心臟、肺臟、關節、血管—洗腎材料與技術之革新—無菌室技術之開發—純水之製造

神奇的生醫材料神奇的生醫材料 —依據美國時代（ Time ）雜誌的預言，二十一世紀最紅的十大職業中，排名第一的將是：「人工組織與器官培養工程師」。

—在這個行業中，化工人的貢獻，主要在於生醫材料的製造與合成。例如人造皮膚、人工心臟、人工水晶體、人工血液、人工關節等等都包括了化工人的研發成果。

組織工程組織工程

人造皮膚人造皮膚

在膠原蛋白所做成的模皮上植入皮膚細胞，於體外培養後得到皮膚。

人工心臟人工心臟

•心塞氣囊是由 PU 所製成，血管是由 Dacron所製成，而瓣膜則是由碳的複合材料所製成。

人工水晶體人工水晶體

是由 PMMA 所製成，直徑約 6mm

人工肝臟人工肝臟

人工紅血球人工紅血球

•利用血紅素經交聯修飾，再用人工細胞膜包覆起來可以攜氧，即所謂人工血液。

洗腎技術之革新洗腎技術之革新 人造腎臟是利用功能性膜以滲透原理將有害物質自血液中分離，讓清淨血液流回人體。近來由於功能性膜製備技術之快速發展，使洗腎設備趨於小型化而易於攜帶，因此病患洗腎時，就不用花費寶貴時間往來醫院。而未來可能出現利用活性碳製成的口服洗

腎藥。

血液透析血液透析

化工與電池化工與電池 —電池算是一種可移動式的能源，君不見任何可攜帶式的電子產品都少不了它，從遙控器、行動電話、手提電腦、 Walkman 、電動汽／機車，毫無例外。

—過電池的製作，包括陰極材料、陽極材料、電解液、隔膜材料到系統組裝，十分複雜。而它的基礎正是化工裏的電化學這門學科，而電池工業也是化工人可以充份發揮的領域。

化工與環保化工與環保 今日地球上所面臨的一些污染的問題，來自於過去對於化學品的不當處理，面對這些 難題，我們一方面須要堅定的執法者，而另一方面，化工人則積極參與解決這些問題。然而更為進步的“綠色化學”及“清潔生產”之觀念及作法，也將逐漸成形，並且蔚為風潮，這種從源頭解決污染的方法，必將可以真 正 的 做 到 所 謂 的“ 零 排 放 ” “ 零 污 染 ”的最高境界。

化工四大領域化工四大領域—高科技材料與製程的開發 (如生物科技

與電子材料 )—傳統工業的改良—清淨製程的開發 化工安全、衛生與環

保—電腦輔助設計與程序控制

清淨生產之概念清淨生產之概念—對製程而言：包含了節省原料及能源、不

用有毒原料、並且減少排放物及廢棄物的量及毒性。

—對產品而言：在於減少整個產品的生命週期對環境的衝擊。

—對服務而言：在於減少因提供服務而對於環境造成影響，因此在設計及提供服務的生命週期中，都應將環境的考慮融入其中。

清淨生產之特性清淨生產之特性—環境的考慮應被融入到最初的規畫及未來的

發展之中。—環境的問題應是在防範於未然 (源頭預防 )。—環境的考慮完全是以生命週期的觀點出發，避免環境的問題從一個地方轉移至另一個地方。

—除了包含產品及製程的汙染預防外，更將減少因提供服務所造成的環境影響納入其中。

清潔生產之實例－改善清潔生產之實例－改善製程、消除污染源 製程、消除污染源

—清潔生產就是：1. 改用無毒的原料。2. 改善製程，減少廢棄物的排放。3.盡量回收再利用。

以達到節省資源、節省能源、保護環境的終極目標。

生物可分解塑膠 生物可分解塑膠 • 傳統的塑膠材料不易被微生物分解成水和

CO2 ，如： PE、 PVC、 PS、 PP… 等。 • 生物可分解材曝露在空氣中時，並不會進行分解，但在有足夠的溼度、氧氣與適度的微生物存在的自然掩埋或堆肥環境中，可被微生物所分解。

化學工程師―扮演問題解決者之角色化學工程師―扮演問題解決者之角色— 大量生產肥料、農藥：使人類免於飢餓的威脅— 大量生產醫藥品、生醫工程發展：延長人類壽命

— 石油化學、合成橡膠、塑膠、人造纖維：滿足人類食衣住行育樂方面的需要

— 省能製造程序、替代能源的開發：促進經濟之成長

化學工程師？化學工程師？如 果 代 表 新 世 紀 的 尖 端 科 技 是 微如 果 代 表 新 世 紀 的 尖 端 科 技 是 微電 子 、 生 物 技 術 、 高 功 能 性 材 料電 子 、 生 物 技 術 、 高 功 能 性 材 料及 新 能 源 之 開 發 ， 那 麼 化 學 工 程及 新 能 源 之 開 發 ， 那 麼 化 學 工 程師 將 扮 演 重 要 的 角 色 。 因 為 這 些師 將 扮 演 重 要 的 角 色 。 因 為 這 些科 技 之 研 究 開 發 完 全 依 賴 分 子 、科 技 之 研 究 開 發 完 全 依 賴 分 子 、原 子 結 構 及 反 應 機 制 的 化 學 技 術原 子 結 構 及 反 應 機 制 的 化 學 技 術， 或 稱 為 分 子 科 技， 或 稱 為 分 子 科 技 ((Molecular Molecular Science and Engineering)Science and Engineering) 。。

化學工程師將科學家的成果從實驗室帶到工廠，化學工程師將科學家的成果從實驗室帶到工廠，使這些成果大眾化，讓全人類共享。如果沒有使這些成果大眾化，讓全人類共享。如果沒有化學工程師用生物化學工程的方法生產，我們化學工程師用生物化學工程的方法生產，我們常用的抗生素仍只有貴族才用得起的藥品。我常用的抗生素仍只有貴族才用得起的藥品。我們日常生活中，穿的們日常生活中，穿的、住的、行的、甚至吃的，沒有一項與化學工、住的、行的、甚至吃的，沒有一項與化學工業產品無關。化學工程師研發了許多藥品，改業產品無關。化學工程師研發了許多藥品，改善了人類的健康，而化學技術更實現了人類探善了人類的健康，而化學技術更實現了人類探險太空的夢。險太空的夢。

醫藥產業

生物技術產業

環境保護事業

半導體工業

電路板產業

光電產業

專利事業

石化工業

食品工業 電池工業

學術研究

你知道嗎？半導體廠平均僱用 25%-30% 具化工化學背景的工程師，生物技術相關公司更需要大量的化工人才，而化工人的出路，還有很多很多… .。

化工人的多元發展空間

興趣與抱負興趣與抱負 每一個人對自己的未來大概都有一個理想或者是夢想，雖然它可能會隨著時間或背景變化。在各位更加瞭解化學工程的性質及其未來發展性，我們十分有信心，無論是尖端的電子產業、生物產業，或者是傳統的民生產業，只要是脫離不了化學品的使用，也絕對需要化學工程師的參與。 實際上，諸多的製程與研發都需要跨領域的結合，多一些了解化學工程的性質及其未來發展性，對各位未來的就業與深造將甚有助益。

化工人才的第一品牌化工人才的第一品牌

    成立於民國 44年，為中原創校四系之一。民國 54年設立夜間部。

    民國 69年成立化學工程研究所碩士班，並於同年成立博士班。

    民國 86年，停止招收夜間部，成立進修學士班。

    總計大學部畢業系友近 6000 人，遍佈各大行業。

化工人才第一品牌―中原化工

歷史悠久，系友遍佈

化工業界最推崇的學府－業界素有北中原，南成功之稱。

北中原

南成功

   嚴格要求基本學科訓練

   提供多樣性應用課程

   注重實驗課程

   注重學士專題

  重視團隊合作精神

教學特色 ― 學理與實務並重

堅實而完整的基礎教育

物理 化學

生物數學

生物技術工程技術

材料科

學

環境科

學

空間寬闊，設備一流

-教學實驗室： 4個實驗室 專題實驗室： 16個研究室

總計面積約 1000 1000 坪

-上億元的教學研究設備。

世界級的薄膜研究中心

國際主要的薄膜應用諮詢中心 -超過濾、奈米過濾、逆滲透、滲透蒸發、氣體分離、燃料電池、生化生醫用膜…

國際主要的薄膜設計中心 -新膜材開發、膜面改質、膜結構設計與製造、連續製膜技術

國際主要的薄膜應用開發中心 - 電子、生物、醫藥、能源、環保、石化…

功能性高分子 ,高分子薄膜製備技術 , ….基因重組工程 ,醫學生物技術 …真空鍍膜技術 ,電漿技術 , …

功能性高分子 ,高分子薄膜製備技術 , ….基因重組工程 ,醫學生物技術 …真空鍍膜技術 ,電漿技術 , …

相關領域

精采豐富的活動

熱烈刺激的生活熱烈刺激的生活

看了以上的簡介………看了以上的簡介…………… ..

你是否對想要的幸福…..

已 漸 漸 清 楚 !

一個比國立大學更好的選擇

中原化工中原化工

本系現有專任師資 :教授 5 位 ,副教授 7位 ,助理教授 1位。

尖端研究群

專業的教學與輔導

李夢輝、莊清榮教授：全校教學優良教師

阮若屈教授：全校優良導師，教育部優良社團指導老師

鍾財王、鄭俊麟、魏大欽、童國倫教授：工學院優良教師

賴君義教授三次獲國科會傑出研究獎 張德州教授三次獲選中原大學傑出研究教授 近三年平均每位教授每年發表 SCI期刊論文 2.2篇 近三年發表論文之影響力指數平均為 1.1 平均每位教師每日在校 10小時以上

一流的研究實力

全國第一個獲得經濟部學界科專民生化工類上億元計畫的系所

中原化工的特色

認真！創新！合作！關懷！

優良的研究風氣充足的設備空間優異的研究品質

堅強的校友勢力優異的業界評價良好的校友關係

堅強的師資陣容嚴格的品質要求緊密的師生互動

老師

研究 校友

學生驚人的團隊精神深密的同窗情誼篤實的行事作風