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化工概論 報告人:莊清榮 9 3.02. 傳統化學工程. 化學 反應. 熱. 電. 光. 交互 作用. 磁. 化工在學些什麼?. 物質基本特性與物質間作用. 化工在學些什麼?. 物質基本特性與物質間作用. B. C. A,B C,D. 反應器設計 大規模分離技術 程序控制 製程設計. A. B. C. D. 好東西與好朋友分享----化工 --------------------------. 產品 產品 產品 產品. 化學反應. 物理程序. 物理程序. 原料. 大規模量產的技術. 化學與化工之差異. - PowerPoint PPT Presentation
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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 , …
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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
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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
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