圖解單元操作

1-1　化學工程
 
生活用品如何生產？
 
現代生活裡的衣食住行育樂用品，多數是透過化學工業生產而得，甚至連綠能科技或循環經濟等新議題，也都伴隨著化學工程。但在古代，化工技術卻常出現於煉丹術或煉金術中，相關研究皆屬皇室貴族的特權。歐洲經歷文藝復興後，實用科學復甦，才逐漸發展出煅燒、溶解、蒸餾、染色等技術。1661年，Boyle出版《懷疑的化學家》，奠定了分析化學的基礎；1803年，Dalton提出原子說；1811年，Avogadro提出分子說。這些進展皆使化學步入微觀領域，至1869年Mendeleev建立週期表後，更確定了化學工業的發展基礎。進入20世紀，全球人口增加，為了滿足民生需求，化工技術被用來量產肥皂、玻璃、紙張等用品，並從家庭製造擴張成工廠量產。
 
以應用於玻璃、洗衣粉、氧化鋁、氫氧化鈉、淨水軟化劑、麵食的碳酸鈉（Na2CO3）為例，在工業革命前必須透過砍樹燒成灰才能製造，後來法國的Le Blanc使用食鹽、硫酸和煤炭，在高溫爐中製造出Na2CO3，但卻會生成具公害性的副產物HCl與CaS。比利時的土木工程師Solvay從小在父親經營的製鹽廠長大，熟悉裝置與程序知識，開發出6倍產量的新方法。然而，Solvay與他的同事們都是不懂工程的化學家，只能憑藉經驗掌握特定化學品之生產技術，無法推展至其他產品。
 
至19世紀末，英國的公害監察官George Davis發現不同的化學工廠皆具有共通程序，例如磨碎、分散、燃燒、攪拌、冷卻、蒸餾、過濾、萃取等單元，因而寫成《A Handbook of Chemical Engineering》，提出由單元操作組成化工程序的概念，並定義出化學工程師的職稱；之後還闡述了從實驗室研發進展到建廠量產的構想，因此被後人尊為「化學工程之父」。另在1888年，美國麻省理工學院（MIT）首創化工學程系，以工業化學與機械工程為主要授課內容，吸引許多大學跟進。1902年，W.H. Walker就任MIT化工系主任後，改採單元操作為核心課程，因而美國尊其為「化學工程之父」。