化工概論 報告人：莊清榮 9 3.02

2. 化工概論 報告人：莊清榮 93.02

3. 傳統化學工程

4. 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

5. 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

6. 好東西與好朋友分享----化工--------------------------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

7. 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」

8. 化學工程師之定位 • 能 源 經濟的觀點 原料 產品 (安全、衛生、環保) 技術 安全：Safety 衛生：Health 環保：Environment SHE

9. 化學工程師在歷史上十大成就

12. 味精之製造程序及價格之變化

13. 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。

14. 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。

15. 化學工業的沿革

16. 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。

17. 石化民生產品樹狀圖

18. 橡膠 塑膠 清潔劑 人造纖維 化妝品 塗、染料 傳統化工：點石成金的魔法師

19. 新化工 = 尖端科技 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

20. 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

21. 最新技術--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

22. 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。

23. 光纖陶瓷套圈(FERRULE) 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)。

24. 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

25. 2.5元/kg 4000元/kg 矽晶圓製造流程

26. 拉晶

27. 典型化工製程 蝕刻 ―晶圓製作 矽晶切片 與拋光 拉晶 氧化 擴散 沉積 微影

28. 典型化工製程 ―鍍膜、微影與蝕刻 鍍膜 曝光 去光阻 蝕刻 顯影

29. 放大一萬三千倍後的積體電路

30. IC 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。

31. 這些產品的製造都是化工

32. 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。

33. 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。

34. 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。

35. 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。

36. 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

37. 高科技基礎材料

38. 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。

39. 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

40. 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。

41. 生物反應工程 碳源 氮源 維生素 礦物質 醫藥 食品 生物農藥 生物反應

42. 典型化工製程 胰島素的製造也是化工程序

43. 盤尼西林的製程

44. 利用生物程序處理廢水

45. 動物細胞培養 一隻牛肉質較佳而價昂的部份不約只有三分之一，生物技術可將其最價昂的腓骨肉(steak)切成細塊後，利用組織培養法增殖，而在很短的時間將其細塊增大(如1mm塊變成3mm塊)，對體積而言增加了27倍，也就是說將來的生物技術可利用培養槽縮短養牛的時間，使一頭牛變成27頭牛。

46. 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

47. 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。

48. 組織工程

49. 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。

50. 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。