#分享 化工和化學的差別：親戚問就讓他讀這篇吧

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不才現在是某國立大學的化工系大二 自從學測後二階考上土木跟化工，毅然選擇業界出路較廣的化工至今也算是熟稔這一塊了 嘛因為常常被問到關於化工的問題，在這裡跟大家分享一下心得 ---以下正文--- 所謂的化學工程師，可以說是「懂化學的工程師」 和所有的工程師一樣，著重在利用一切手段解決生活中的問題 其養成，首先要從介紹化工主要的必修課開始﹝以我的系所為例﹞ 基本課程：微積分(6)、普物(6)+實驗(2)、普化(6)+實驗(2)、工程數學(6) 化學相關：有機化學(6)+實驗(2)、物理化學(6)+實驗(2)、儀器分析(3)+實驗(1) 化工特有：質能均衡(3)、單元操作(9)+實驗(2)、化工熱力學(3)、程序控制(2)+實驗(1)、程序設計(3)、化學工業程序(3)+實驗(2) 全必修=79 基本課程的話和多數理工學院系所都是差不多的﹝有趣的是，我室友的機械系也有學普化，但只有3學分﹞ 化學相關的四大領域，有機無機物化分析中，化工並沒有學無機化學，對比於化學系來說，其他三個領域的份量也較少一點﹝但是還是要學！﹞ >有機化學學的是和碳原子相關的化合物，包含其「性質」、「反應與其原理」 學起來就像是煉金術，但我常把有機反應比喻為疊樂高積木，透過各種反應﹝積木塊﹞去建造想要的化合物，這個過程叫做「全合成」 化工會學簡單的有機，但是並不會摸到太深入。教我有機的教授比喻，我們這些學生在有機化學的程度大概是幼稚園，他大概才國小到國中，化學界的人才是高中大學程度的 另外有機化學也是生物化學、分子生物學的基礎之一，但生物化學在我們系是開成選修課的 >物理化學學的是「分子的物理，與化學特性」 比如說物質在環境條件中的物理狀態表現、化學平衡的原理、量子力學相關的都屬於這邊 化工系對物化的訓練要求很嚴謹，重視數學計算，並且從此會衍伸出許多科目。而化學系除了這門課以外，多半是不使用高等數學的科目 >儀器分析學的是用現代儀器去分析化學物質和它的特性，分析的原理就要用到前面有機和物化會學到的理論 再來是化工特有的課程 >質能均衡算是一個相對簡單的科目，在我的系被放在大一下學期 它主要的重點就是「物質不滅」和「能量不滅」，用一系列的方法去計算流進反應器系統的物質在各個節點會有如何的成分和數量，並且應用各種管線的接法讓你能夠調控產物的產率到想要的比例 例如我想要做出大量75%的甲苯，不要80%所以要降低產率，如何去控制 >單元操作是化工系的核心課程，將一個化學反應﹝或是生產流程﹞拆解為很多的單獨過程，去討論這些過程中的物理問題 包括： 1.流動過程，流體輸送、過濾等 2.熱傳過程，熱傳導、對流、輻射、蒸發、冷凝等 3.質傳過程，氣體吸收、蒸餾、萃取、吸附、乾燥，物質的傳遞 4.機械過程，固體輸送、粉碎、篩分等 比如說電解水溶液的反應，就可以被拆解為1.離子在溶液中移動﹝質傳﹞2.離子在電極上反應﹝動力學﹞3.反應後脫離電極﹝質傳﹞ 一般在化學實驗室裡的反應通常是一個燒杯的大小，但化工中使用的往往都是好幾公尺大小的反應器，從動力學上來看，這樣的規模很容易就會產生不均勻，或許會有反應物濃度梯度、溫度局部不均﹝然後爆炸﹞...等等的事故，如何解決這些並且計算出有效率推動反應的環境，就要靠單操的內容 具體來說用到的物理包含：流體力學、熱學等等 >化工熱力學就是物理化學中熱力學一節的進階﹝在往上去還有碩士班的高等化熱﹞，會需要討論到化學勢等等一系列的性質，類似純物理但討論的是物質所以也有化學的感覺 >程序控制就是如何去控制單一個程序﹝例如反應器﹞中的環境，溫度壓力等等，去維持有好幾公尺大小的它都處在我想要的狀態下，而不是有所偏差 這裡還包含了當反應器出現問題時的處理手段，如何修正，安全設施的運作等等﹝避免爆炸﹞ 像是幾年前的高雄氣爆事件，除了管線本身施工的問題性外，也和程序控制的調整相關﹝如何偵測外洩，以及處置﹞ >程序設計是最後要學的東西，也就是如何蓋化工廠的學問 一間工廠裡面好多管線，要怎麼樣去布置、設置反應器在適當的地方最省錢、最有效率，就是在這最後一起學 很多人會以為化工學的偏向物理，這是一半的誤解。論懂物理的程度的話，做分析化學或者量子化學的化學系，學的物理恐怕都還比我們多 傳統化工系所學的物理很大部分偏重在熱力學與流體力學這一塊，這是解決工廠生產中一連串問題的重點：什麼物質在什麼環境下有什麼狀態。之後才是去找出適當的反應條件不會爆炸﹝不要跟我說爆炸即浪漫﹞、用什麼反應器、怎麼回收未反應之反應物、怎麼分離產物、如何降低廢棄物的量、如何回收催化劑、如何最佳化效率等等 和純物理系相比，那使用到物理的程度實在是小巫見大巫。同時也能見到，化工系與材料系的最大差別，就在於化工系通常學習「會流動的」物質，而材料系則著重在固態物質的物理化學特性的研究上 但是，化工系比起化學系，在高等數學的應用卻相當地多，譬如微分方程在熱力學與流體力學的應用，這和機械系也有相當的類似之處 說到化工系的出路，也許多數人會連想到傳統產業，尤其恐怕日漸沒落的石化，或者是近年形象不佳的食品製造 目前化工的研究領域大致可以分為：1.石油與高分子 2.生物科技工程 3.光電材料與奈米 4.能源科技與程序系統 主要產業包含半導體製造、特殊材料製造、特用化學品、新能源、流體程序系統等等，出現在各種科技品的終端產品或者關鍵原料 而即使石油用完，從一氧化碳和氫氣製造出甲醇，到利用甲醇合成所有現有的石化有機品也都是化工領域的專門，這樣的廣泛實在堪稱萬能。源自於大二與大三紮實的專業知識訓練與四年滿載的實驗課﹝我們1學分實驗=1個下午﹞的交換，很難找到課業能跟化工一樣重的系所了 刻苦的訓練，可說是要成就最好的工程師不是嗎？