精简回答(可直接看白话版)：
化工和化学在一百年前分家，分家的原因是放大效应 ，或者说化工过程的非线性（也就是哲学里的，量变引起质变） 。如果化工过程都是线性的 ，那么化学家在实验室用瓶瓶罐罐设计好的合成、分离的条件 ，可以直接应用到几吨的设备上 。这样的话，也就不要化学工程师什么事了，只要让机械工程师把设备造大一点就好了。现实是复杂的，因为质量传递、能量传递、动量传递、反应的非线性的耦合 ，从实验室到化工生产中，需要去找这个“非线性规律” ，从而能够顺利 进行各种化学品生产。 这些最经典的规律，在化工原理和反应工程，两门最核心的课程中，就可以看到。从化学到化工，从实验室到工业，并不是简单的产量变大而已
详细解答（白话版）：
成都是很生活化的城市，在我去过的城市中，也是民众对美食的热情最高的之一。本科时，川大每年都有食堂大厨、同学、教职工的厨艺竞赛 ，非常有名。和同学去农家乐玩，一起做菜时才发现，同学里也是不乏烹饪高手，男生女生都有，所以对四川人民的平均烹饪水平，还是有所了解的。厨艺竞赛时，电子科大的同学、校外居民都会来观看，是最热闹的活动之一。（链接https:// new.qq.com/omn/20180527 /20180527A0NF3R.html 一句话 ，“厨艺竞赛上，每个大厨的菜其实都挺好吃的；但是平常食堂的饭菜口味，真心不觉得他们厨艺水平这么高” 。
厨艺比赛 本科生组 厨艺竞赛 专业组 食堂大厨平常的菜做得不好吃，其中的一个原因是成本，这里不多说。另一个原因，就是工程学里说的放大效应。 放大效应，在工程学里非常常见，通常指各种工程系统的特性，随规模成非线性变化。我曾经见过学土木工程 的学长，研究不同规模 的土堆的稳定性受含水量的影响； 我也在纪录片里看到飞机制造过程中，利用不同尺寸的飞机模型进行实验。 在化工中，一般就指随着产量的增大 ，各种参数和指标会发生剧烈变化 ，比如反应终点的时间、收率、放热等。厨艺竞赛时，食堂的大厨，只是炒一盘菜，所以容易控制和掌握 ；而平常食堂的大厨，要做的是上百人吃的大锅菜，这是难以控制和掌握的 。如果你有一定生活经验，你会发现，家里来很多 客人时，你按照平常的比例 去放调料，平常的烹饪方式 去烹饪，但却达不到 平常的口味。换句话说，化工工程师的责任是，尽量让大锅菜炒得跟厨艺竞赛中的一盘菜一样好，甚至更好，这样企业才能有收益，才能节能环保。放大效应，是 19 世纪末、20 世纪初西方工业化时，化学家发现的；也因为放大效应的原因，MIT、特拉华大学、明尼苏达大学这些学校设立了最早的化工系，使化工成为工程学 新的分支。如果还体会不到放大效应，给你看个视频！千万不要以为，你会炒菜，你就可以做大锅菜！所谓的大锅菜难做，不只是因为锅变大了。也是哲学讲的，量变引起质变。
大锅菜的炒制
上面的视频中，大厨的颠锅过程，可以深刻体会到，随着反应物的量变大以后 ，要搅拌均匀 变得多么得困难。这种搅拌均匀的困难程度和反应物的量是非线性的 。搅拌问题本质上是一种力学问题 ，所以化工中这将这一种非线性 ，划归为动量传递的非线性 。其实，这个时候火候 比搅拌还有更难控制 。食材越多，容器中间的食材就难以受热；就需要去升高烹饪温度和延长烹饪时间，这也是非线性的 ；在化工中，这就划归为传热学 里的能量传递的非线性 。此外还有质量传递的非线性 和反应的非线性 。“入味” ，简单说就是调料的分子（比如盐） ，能否进到食物内部，这就划归为质量传递 过程，也是非线性的 。食材在烹饪过程中，会发生美拉德反应 ，产生各种令人愉悦的味道，反应也是非线性的 。更复杂的是，质量、热量、动量 的传递与反应会相互影响，即“三传一反”的耦合 。比如勾芡 前后，搅拌的手感 是完全不同的。勾芡是淀粉发生糊化反应 ，但是糊化反应的结果是物质的粘度 发生变化， 具有了一定的非牛顿流体性质， 从而就影响搅拌的手感，即动量传递；搅拌又 会反过来影响受热 。勾芡时，锅的底部容易形成胶状的感觉，就是因为底物温度跟高。所以传递现象和反应 不但是非线性的， 还会相互耦合 ，就是放大效应产生的根本原因。也是因为放大效应 ， 我对下面图片中的这种火锅、披萨、扬州炒饭，不会有任何的兴趣！其口味，品质，都非常难以把握；相反我对精致的“小菜”更感兴趣， 比如“考究”的粤式早茶，“精致”的日式料理。即所谓“食不厌精，脍不厌细”。（我还写过一篇谈烹饪与传热学的文章， Devin：漫谈传热学与烹饪 1.火候•尺寸效应篇 ）。
这么大的火锅，火力是均匀的吗？各种食材的比例要怎么放大？ 厨师的数目和食材的总重量是线性关系吗？ 精致小巧的天鹅酥，粤式早茶 精致的日本寿司 成都有一家叫麻辣空间的火锅连锁店，它的清油火锅比较出名，它的创始人在一个纪录片里面就曾提到类似的放大现象。他想把他家的火锅底料批量生产，但是他发现平常一锅一锅炒的食材配比和烹饪条件，放到大型设备上，就达不到他平常一锅一锅炒的口感。他后来是在大型设备上，大量的实验摸索后，才重新找到食材比例和烹制条件，才成功生产。这个老板可能会对这种现象很陌生，但是对流程工业而言，这就是化工学科形成的起源，放大效应。 他的摸索实验过程和化学工业中，从实验室的小试到化工的中试非常相似。像制药过程，制药工艺工程师通常，在实验室小试的基础上，再进行中试放大，整个过程是 10 倍，10 倍的放大；工艺参数会在这个过程中，进行调整、优化；设备选型，也会在中试过程确定。食品工业本身也属于流程工业，广义上看是化工过程，只是偏轻化工。物质加工处理的过程，都可以看做化工过程。
风洞试验 放大效应，遍布工程学的各个领域 （经典的工程学，一般指土木、电气、机械、化工，这些最早诞生的工程学）。最为经典的放大效应来自于机械工程学 ，化工学科的形成也深受机械工程学影响， 借鉴了大量机械工程的研究、分析方法。早期人类设计飞行器时，流体力学这样的学科都还是零碎的知识，不成体系。所以放大更多靠经验，直到今天，经验公式、无因次准数这些，都依然在不同的工程学 广泛的使用。当时设计飞行器，都是先做小的模型，然后到风洞里实验，再进行优化和改进；然后再做大一点的模型，再次实验。一直这样下去，这就是飞行器的放大过程。你会发现上文的制药工业的放大 ，跟飞行器的放大 有着某种相似。虽然看着不同的工程学 ，有着大相径庭的内容，但实际上不同的工程学之间 ，有着非常相似的逻辑 ，非常相似的方法论。 其底层是去发明创造，解决实际问题；而化学是自然科学，其底层逻辑，是去解释各种自然现象的原因。
生物反应器中氧气和培养基分散的三种状态，从左到右搅拌器转速增加。这是流体力学中典型的多相流问题，属于质量、动量场耦合的问题。 从化学到化工，从实验室到工业，并不是简单的产量变大而已；其背后是动量、能量、质量传递 、反应 的物理现象的综合作用，这也正是化工的研究范围，跟化学显著不同。 所以内行 觉得化工学的东西偏物理 ，外行 觉得化工学的偏化学 。上面我们谈了食品加工过程中的搅拌问题的放大。现在举一个类似的化工问题，生物反应器的设计中，搅拌也是一个十分重要的问题。搅拌快了，换热负担很大，动物细胞甚至经不起搅拌；搅拌不快，反应器中的质量传递 会受到影响，浓度就不均匀，溶解氧水平低，溶解二氧化碳浓度很高，直接影响细胞的生存。所以人们总结了一些准数 ，搅拌过程的放大中，会用到 Power number（暂且翻译成，功率准数吧），记作 N_P。 这个 N_P 准数常在买搅拌桨的时候，会见到：
其中 P 为搅拌功率（不通气下），N_i 为搅拌转速，D_i 为搅拌桨直径，rho 为液体密度。如果用功率准数相似 去进行放大，那么意味着：要保持和实验室的瓶瓶罐罐相似的搅拌效果 ，那么需要搅拌功率 要随着转速的立方 ，搅拌桨直径的5 次方变化 。5 次方的变化，是非常急剧的增加。在计算机的算法中，三次方变化的计算复杂度，就被认为负担非常大。根据这个无因次准数的关联式 ，这种非线性是非常惊人的！有的时候，受制于各种现实因素，目前人类的科技甚至可能造不出相应的机械；有的时候，甚至完全没有经济价值。 通常情况下，随着放大 ，质量、能量、动量的传递效果都会变差 ，反应 会受到质量、能量、动量的影响，而发生深刻变化。
上面简单提了下搅拌的非线性。接着搅拌的非线性，我们谈一谈换热。假设上面的搅拌器的功率随着搅拌桨的直径成 5 次方变化，随之会带来另一个问题。换热！ 搅拌可能会积累了大量的热量。假设换热器的总换热系数 不变下，这意味着换热面积需要跟着搅拌成 5 次方变化。你想过，这需要多少跟管子吗？在反应器中，有的时候夹套甚至不能，提供足够的面积供换热。这时就可能有很多种方式去处理，对于密封性要求高的，可以考虑在反应器中加入盘管；密封性要求不高，可以接外循环进行换热。这些很现实的问题，都是要去进行工程计算的，都是要考虑成本和实际情况的，都是化学不需要去考虑的。
再给你看，两个很常见的公式，学化工和学化学的朋友都很熟悉的，以此来感受下化工过程的非线性。
阿伦尼乌斯公式：
, 这里反应速率常数随温度的非线性变化。
一级反应:
其解为：
，注意浓度和时间，浓度和温度（上式）的非线性变化。把这两个式子，连起来看，将会看到温度对 于反应过程的强 非线性的影响。
化工过程中，传热、传质、动量传递、反应的控制方程 ，往往都是一些常微分、偏微分方程 ，其解析解，常常通常含有自然常数e 的幂 ，这就是传热、传质、动量传递、反应的非线性的体现 。自然常数表达了自然界的非线性，因而称为自然常数的原因。化工的非线性，有的时候是弊大于利的，有的时候却又是利大于弊的。化工里的过程强化，比如强化系统的散热，抽象地来看，就是利用了这种非线性规律，去达到一些工业生产上的目的；像微反应器，也是因为放大效应，传递效果变差，所以才反过来，做成精致的“ 微”反应器（ 逆向思维，反过来利用放大效应）。
工程师之戒，佩戴于优势手的小指 在北美的部分院校，工科生获得工程学学士学位时，由学校授予，该系的教授们亲自为学生，佩戴上工程师之戒，然后新晋工程师进行“工程师的社会责任宣誓”。这个仪式有时翻译作，工程师召唤仪式。非常类似于大家熟悉的医学生的”希波克拉底宣誓”，即成为医学生的第一天，由医学院授予白大褂、听诊器的仪式。 多伦多大学的图片。小指上佩戴的就是工程师之戒 一百年前，西方想进行工业化、规模化生产时，发现了实验室的实验，规模一旦扩大，就变得难以预测，时间、浓度、收率、放热，方方面面都会随着放大，而发生急剧改变 。从化学到化工，从实验室到工业，也并不是简单的产量变大而已 。非常重要 ，直接影响到化工生产过程的方方面面。上面的那个 5 次方的例子中，就可以看到搅拌、换热变得十分困难的例子，如果不能很好解决，温度的控制和能量消耗就会变成问题 。当时古典的化学知识，是不能用来解决这些问题的。为了应对这些问题，一部分化学家开始了早期的化工的研究，他们也使得化工从化学中独立，成为工程学新的分支 。刚开始时，工程师尝试用一些经验公式去总结规律（rule of thumbs）。后来受到机械等其他工科的影响，化工也开始尝试用一些无因次准数的关联式、关联图去解决早期的无机化工、石油化工的问题。到再后来，随着对化工过程的深入了解，人们逐渐意识到，化工过程的非线性，根本上可以归咎于质量传递、能量传递、动量传递、反应的非线性（也就是我们常说的三传一反）， 化学工程学从而逐渐形成了今天的体系。大学的课程中，化工原理、反应工程两门核心课程，是对人类经典化工知识 的总结。表面上看，我们会觉得，化学的大多数领域好像不需要多少计算 （当然现在前沿的化学除外），但是化工 却跟其他工科一样有大量的复杂的数学公式 ，需要去进行各种复杂的计算 。从而设计、运行、控制、优化相应的化工过程。对于同样一个反应，工业化学家只是告诉工程师，小试时，80 度收率最高。但是到了化学工程师这里，我们就要去计算，对于给定的产量，会产生多少热量。从而知道单位时间内，要用换热器，去移走都少热量，从而使温度控制在一个理想的范围内。所有的问题都是基于计算的。
虽然到了今天，人类的化工知识有了极大的丰富，但是化工中真正能够，比较好地总结规律的却还是集中在无机化工、石油化工 中，所以化工原理和反应工程中的经典化工的公式，往往来自早期的无机化工、石油化工。石油化工，这些已经形成了一系列非常成熟的设计、计算、控制、优化、操作的知识总结。而在精细化工等领域，就会发现，工程师很少关注 怎么去计算、过程控制，这些问题；工程师更多关注的是工艺本身 ，或者说合成、分离路线。这背后的底层原因就是，人类尚无法像石油化工一样，总结这些化工领域的比较一般化的规律。下图给出了，不同化工过程的非线性程度 ，虚线左边的是已经可以应用 MPC（模型预测控制）的流程工业，可以侧面理解成虚线左边的是技术比较成熟和完善的。可以看到精细化学品、制药、高分子、微电子、生物化工，非线性非常强 ，过程十分复杂。因为非线性，这些领域也是最难建立一般化的数学模型的领域。所以，成熟的控制、优化都无从谈起。也是如此，学这些领域的朋友，可能会和楼主有相似的感受，觉得化工和化学很像，因为不成熟，很多东西没有数学模型，无法预测，依赖实验。 像在精细化工，这些领域，很少基于计算去考虑问题。核心原因，就是目前很多关键工艺指标难去预测，很多时候没有这必要。这些过程的放大，最后还是要回归到实验室，去做实验，依赖于实验去克服非线性。经验比公式更有价值。 但长远看，这些非线性比较强的化工过程，未来也会像今天的石油化工一样那么成熟。
过去十年，计算机性能大幅提高，直接促成了数据驱动模型、数据驱动优化，得以在线上实现。人工智能、大数据，就是这样的例子。这些数据驱动的技术，可能会在未来二十年类，带动这些强非线性 的化工领域形成新的技术和行业。不过总体而言，化工的数据成本还是非常高，数据可能也不具有代表性，暂时无法很好去应用。
不过，化学、材料领域的论文相对比较好发，化工论文不好发。所以包括国外在内的，绝大多数化工系，相当比例的教授，都其实在做材料和化学领域的东西，相反做传统化工领域的教授其实比较少的。化学和材料领域属于论文周期短 、产量高 、影响因子高 ，所以很多化工系的学生跟着教授做化学、材料的问题，自然以为化工和化学很像。此外， 在化工的一些领域，如精细化工、制药、生物化工 ，由于不像石油化工、无机化工那么成熟，数学模型不成功，产品非常新，行业研究不够透彻 ；而且它的放大倍数跟石油化工比也小 ，非线性的影响可以通过实验克服，这些领域就依然高度依赖于实验（尤其是中试）。 这些领域因为实验为主，也会让人产生化工、化学很像的感觉， 但底层逻辑不一样。 化工历史上，深受机械工程专业的影响 ，热力学、传热学、流体力学 都在化工学科的发展中，产生了巨大影响。 放大效应一词，最早就来自于机械工程学。 如果跟高中的物理和化学做一个对比，其实化工像高中的物理，而不是化学。就前景和待遇这些，化工和化学情况真的非常相似，网上流传很广的顺口溜说，“读化工，穷三代” 的说法，真的不是开玩笑， 我绝大多数同学工作后都后悔 选择化工与制药类专业，极少数不过是幸存者偏差罢了。大多数人都是工作环境有毒有害高危，需要熬夜倒班，工作地区远离城市，但资收入只是勉强温饱。其实国外化工工程师收入是工程师中不错的，国内这么惨的原因归根到底，是我国的化工处于世界产业链的低端 ，只有极其个别 像万华这样掌握了核心技术，变成某个细分领域的翘楚。
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