化学工程（英语：Chemical Engineering），简称化工，是研究以化学工業為代表以及其他過程工業（例如石油煉制、塑膠、冶金、食品、印染工業、油漆及氯鹼工業等）生產過程中有關化学過程与物理過程的一般原理和規律，並且應用這些規律來解決過程及裝置的开发、設計、操作及改善問題的工程技術學科。
化工专业主要研究大規模改變物料中的化学組成及其機械和物理性質，并為生產各式化学品或是物料的工廠提供一個最節省成本的反應流程設計方式。實驗研究、理論分析和科学計算已經成為當代化工研究中不可或缺的三種主要手段。
概要
化学工程的理論基礎主要是化学、數學和物理學。 包括上述各學科的分支，如：
历史
化学工程是建立在其最基礎的概念——單元操作之上。多數人认为喬治·戴維斯發明了單元操作這項學科，但並沒有積極地去發展它[1]。1887年，他在英国曼徹斯特大学開課教授單元操作，被认为是化学工程的早期先鋒[2]。早在戴維斯開這門課的三年前，亨利·愛德華·阿姆斯特朗便已在倫敦城市研究所行業协会開了一門学位課程；然而，当时多數的雇主都偏好雇用化学家或機械工程師，其課程的畢業生前景並不被看好，因此失敗收場[3]。而美国麻省理工學院、英格兰的曼徹斯特維多利亞大学以及倫敦大学所開授的相關課程也都面臨了類似的情況[4]。
路易斯·諾頓從1888年開始，在麻省理工學院開授了全美第一門化工課程[5]。諾頓的課程与同期的阿姆斯特朗的課程，基本上互相類似，皆合併了化学与工程等學科知識。当时從事本行的初期化学工程師都面臨了身分上的問題，他們一方面像是工程師，另一方面又不僅是一般的化学家[3]。1905年，威廉·沃克在自己的課程中介紹了單元操作的理論[6]。到了1920年代，單元操作已經在前述学校与學院中，成為化学工程重要的一環[7]。1908年成立的美国化学工程學會（AIChE）是讓化学工程成為独立科学學門的一個重要角色。此外，在它的成立与推動之下，單元操作成為化学工程學的重點領域[8]。与此同時，於1922年成立的化学工程协会（IChemE）也確立了化学工程為一門独立的學科[9][10]。
演進
1940年代，僅就單元操作已不足以應付化学反應器的發展；然而，單元操作在英国和美国各學院的化工課程中，依然處於優勢。直到1960年代，輸送現象才開始受到較大的關注[11]。輸送現象提供了化学工程一個系統分析的方法[12]。第二次世界大戰前後的化工發展，主要是由石化工業所引領的，不過其他領域亦有所發展[13]。1940年代，生化工程与製藥工程開始有所進步，技術已足以大量生產青黴素、鏈黴素等醫用抗細菌藥[14]。同時，高分子科学於1950年代的發展，促進了后来塑膠工業的興起[15]。
近期發展
隨著電腦科学的迅速發展，大大簡化了人工計算与手繪的複雜過程。人類基因組计划的完成不僅是化学工程學的進步，也被視為是一項基因組學与基因工程的重大發展[16]。化工原理亦被運用在大量製造核酸序列[17]。
基本概念
| 化學工程 |
|---|
| 基礎 |
| 單元過程 |
| 研究領域 |
 主分類 |
在化学工程中經常會用到下面這些概念：
化学反應工程
化学工程領域包含控制工廠程序与條件，以確保工廠的最佳運作。化学反應工程師利用實驗室數據以及化学熱力學的物理參數來建構分析模型或設計反應器，亦藉此解決問題、預測反應器之性能。[18]
程序設計
單元操作是化学工程程序裡的一個物理步驟，如結晶、過濾、乾燥及蒸發等。綜合運用這些單元操作，得以製備反應物、純化並分離生成物、回收剩餘反應物以及控制反應器中的能量輸送[19]。另一方面，一個單元的過程与單元操作在化学上是等價的；藉由單元操作，數個單元過程構成了一個整體的處理過程。單元過程，如氮化或氧化等，涉及大量的生物化学、熱化学等轉換方式。負責這些的工程師則稱為「程序工程師」[20]。
輸送現象
輸送現象的運用在工業生產線上十分常見，包含流體力學、熱量輸送以及質量輸送等部分，其中又涉及動量輸送、能量輸送与化学物質的輸送等等。在表達巨觀、微觀与分子等三種不同層級的輸送現象時，所使用基礎方程式十分类似；因此，在學習輸送現象時，需要對其原理及數學式有很全面且通盤的了解。[21]
應用
化学工程師專門找尋並建構最經濟實惠的生產方式，其考量重點包含原料与能源等成本問題[23]。化学工程師利用化学及工程學知識，將未經處理的低價原料以大規模的方式轉換成高價有用的产品，如藥物、石化产品以及塑膠等等。他們也專注於污染物排放与各项研究。在應用及研究方面都需要大量的電腦協助[22]。
化学工程師可能從事工業生產或學術研究；他們專門進行設計或實驗，以找尋並建立更優良的生產方式、汙染控制、節約資源以及安全提升。他們也許是專門設計並建構工廠的專案工程師。在化工領域，工程師們運用其專業知識來選擇工廠設備、控制生產產量与成本的最大化及最小化，並從事後續工廠的升級与維護。[24] 化学工程師也許一輩子受雇管理工廠運作；相反地，也有可能成為專業顧問，處理並協助化工相關問題。
成為化学工程師
通常至少需大学學歷，拥有相關證照便有加分效果，如化学乙、丙級，化工乙、丙級，以化学丙級為其基礎最為重要
研究領域
今天，化学工程學的研究十分多樣化，涵蓋了传统化学工業、材料科学、生物技術、奈米技術等众多領域。
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相關條目
参考文献
- ↑ Cohen 1996，第172–173頁.
- ↑ Cohen 1996，第175頁.
- ↑ 3.0 3.1 Reynolds 2001，第176頁.
- ↑ Cohen 1996，第178頁.
- ↑ Cohen 1996，第180頁.
- ↑ Cohen 1996，第183頁.
- ↑ Cohen 1996，第184頁.
- ↑ Cohen 1996，第187頁.
- ↑ Cohen 1996，第189頁.
- ↑ Cohen 1996，第190頁.
- ↑ Cohen 1996，第185頁.
- ↑ Perkins 2003，第30頁.
- ↑ Reynolds 2001，第177頁.
- ↑ Perkins 2003，第32–33頁.
- ↑ Kim 2002，第7S頁.
- ↑ Kim 2002，第9S頁.
- ↑ American Institute of Chemical Engineers 2003a.
- ↑ Carberry 2001，第1–2頁.
- ↑ McCabe, Smith & Hariott 1993，第4頁.
- ↑ Silla 2003，第8–9頁.
- ↑ Bird, Stewart & Lightfoot 2002，第1–2頁.
- ↑ 22.0 22.1 Garner 2003，第47–48頁.
- ↑ American Institute of Chemical Engineers 2003，Article III.
- ↑ Garner 2003，第49–50頁.
參考書目
- American Institute of Chemical Engineers, AIChE Constitution, 2003-01-17 [2011-08-13].
- Bird, R. Byron; Stewart, Warren E.; Lightfoot, Edwin N., Kulek, Petrina , 编, Transport Phenomena 2nd, United States: John Wiley & Sons, 2002, ISBN 0-471-41077-2, LCCN 2001023739, LCC QA929.B% 2001,.
- Carberry, James J., Chemical and Catalytic Reaction Engineering, McGraw-Hill Chemical Engineering Series, Canada: General Publishing Company, 2001-07-24, ISBN 0-486-41736-0, LCCN 2001017315, LCC TP155.7.C37 2001,.
- Cohen, Clive, The Early History of Chemical Engineering: A Reassessment (PDF), Br. J. Hist. Sci. (Cambridge University Press), 1996-06, 29 (2) [2015-02-04], JSTOR 4027832, doi:10.1017/S000708740003421X.
- Engineering the Future of Biology and Biotechnology, Rice University, [2011-08-07].
- Garner, Geraldine O., Careers in engineering, VGM Professional Career Series 2nd, United States: McGraw-Hill, 2003, ISBN 0-07-139041-3, LCCN 2002027208, LCC TA157.G3267 2002,.
- Kim, Irene, Chemical engineering: A rich and diverse history (PDF), Chemical Engineering Progress (Philadelphia: American Institute of Chemical Engineers), 2002-01, 98 (1) [2015-02-04], ISSN 0360-7275.
- McCabe, Warren L.; Smith, Julian C.; Hariott, Peter, Clark, B.J.; Castellano, Eleanor , 编, Unit Operations of Chemical Engineering, McGraw-Hill Chemical Engineering Series 5th, Singapore: McGraw-Hill, 1993, ISBN 0-07-044844-2, LCCN 92036218, LCC TP155.7.M393 1993,.
- Ogawa, Kōhei, Chapter 1: Information Entropy, Chemical engineering: a new perspective 1st, Netherlands: Elsevier, 2007, ISBN 978-0-444-53096-7.
- Perkins, J.D., Chapter 2: Chemical Engineering — the First 100 Years, Darton, R.C.; Prince, R.G.H.; Wood, D.G. (编), Chemical Engineering: Visions of the World 1st, Netherlands: Elsevier Science, 2003, ISBN 0-444-51309-4.
- Reynolds, Terry S., Engineering, Chemical, Rothenberg, Marc (编), History of Science in United States: An Encyclopedia, New York City: Garland Publishing, 2001, ISBN 0-8153-0762-4, LCCN 99043757, LCC Q127.U6 H57 2000,.
- Silla, Harry, Chemical Process Engineering: Design and Economics, New York City: Marcel Dekker, 2003, ISBN 0-8247-4274-5.
- American Institute of Chemical Engineers, Speeding up the human genome project (PDF), Chemical Engineering Progress (Philadelphia), 2003a, 99 (1) [2015-02-04], ISSN 0360-7275.
- Towler, Gavin; Sinnott, Ray, Chemical engineering design: principles, practice and economics of plant and process design, United States: Elsevier, 2008, ISBN 978-0-7506-8423-1.