مهندسي شيمي شاخه اي از مهندسي است كه از اصول شيمي ، فيزيك ، رياضيات ، زيست شناسي و اقتصاد براي استفاده موثر ، توليد ، طراحي ، انتقال و تبديل انرژي و مواد استفاده مي كند. كار مهندسان شيمي مي تواند از استفاده از فناوري نانو و نانومواد در آزمايشگاه تا فرآيندهاي صنعتي در مقياس بزرگ باشد كه مواد شيميايي ، مواد اوليه ، سلول هاي زنده ، ميكروارگانيسم ها و انرژي را به اشكال و محصولات مفيد تبديل مي كند.
مهندسان شيمي در بسياري از جنبه هاي طراحي و بهره برداري از كارخانه ، از جمله ارزيابي ايمني و خطر ، طراحي و تجزيه و تحليل فرآيند ، مدل سازي ، مهندسي كنترل ، مهندسي واكنش شيميايي ، مهندسي هسته اي ، مهندسي بيولوژيك ، مشخصات ساخت و ساز و دستورالعمل هاي عملياتي نقش دارند.
مهندسان شيمي معمولاً داراي مدرك مهندسي شيمي يا مهندسي فرآيند هستند. مهندسان تمرين ممكن است داراي گواهينامه حرفه اي باشند و اعضاي معتبر يك نهاد حرفه اي باشند. از جمله اين نهادها مي توان به مitutionسسه مهندسين شيمي (IChemE) يا انستيتوي مهندسان شيمي آمريكا (AIChE) اشاره كرد. مدرك مهندسي شيمي به طور گسترده اي با ساير رشته هاي مهندسي ، از حيث مختلف ، در ارتباط است.
علم اشتقاق لغات
جورج اي. ديويس
مقاله اي در سال 1996 در انگليس براي تاريخ علم به جيمز اف دونلي اشاره مي كند كه در سال 1839 به مهندسي شيمي در رابطه با توليد اسيد سولفوريك اشاره كرده است. [1] با اين حال ، در همان مقاله ، جورج اي ديويس ، يك مشاور انگليسي ، معتبر بود كه اين اصطلاح را ابداع كرد. [2] ديويس همچنين سعي كرد انجمن مهندسي شيمي تاسيس كند ، اما در عوض اين انجمن به عنوان انجمن صنايع شيميايي نامگذاري شد (1881) و دبير اول آن ديويس بود. [3] [4] تاريخ علم در ايالات متحده: يك دائرlopالمعارف استفاده از اين اصطلاح را در حدود سال 1890 عنوان كرده است. [5] "مهندسي شيمي" ، توصيف استفاده از تجهيزات مكانيكي در صنايع شيميايي ، پس از 1850 واژگان رايج در انگلستان شد. [6] تا سال 1910 ، اين حرفه "مهندس شيمي" در انگليس و ايالات متحده معمولاً مورد استفاده قرار مي گرفت. [7]
تاريخ
مقاله اصلي: تاريخچه مهندسي شيمي
مهندسي شيمي با توسعه عمليات واحد ، مفهوم اساسي رشته مهندسي شيمي پديد آمد. اكثر نويسندگان اتفاق نظر دارند كه ديويس مفهوم عمليات واحد را اختراع كرده است ، اگر آن را به طور قابل ملاحظه اي توسعه نداده باشد. [8] وي در سال 1887 در مدرسه فني منچستر (بعداً بخشي از انستيتوي علم و فناوري دانشگاه منچستر و هم اكنون دانشگاه منچستر) مجموعه اي از سخنراني ها را در مورد عمليات واحد انجام داد ، كه به عنوان يكي از اولين سخنراني ها در مورد مهندسي شيمي محسوب مي شود. [9] ] سه سال قبل از سخنراني هاي ديويس ، هنري ادوارد آرمسترانگ دوره مهندسي شيمي را در انستيتوي شهر و اصناف لندن تدريس كرد. دوره آرمسترانگ به اين دليل شكست خورد كه فارغ التحصيلان آن از نظر كارفرمايان جذابيت خاصي نداشتند. كارفرمايان آن زمان ترجيح مي دهند شيمي دان و مهندس مكانيك استخدام كنند. [5] دوره هاي مهندسي شيمي ارائه شده توسط موسسه فناوري ماساچوست (MIT) در ايالات متحده ، كالج اوونز در منچستر ، انگليس و دانشگاه كالج لندن تحت شرايط مشابهي متحمل رنج شدند. [10]
از سال 1888 ، [11] لوئيس ام. نورتون در MIT اولين دوره مهندسي شيمي در ايالات متحده را تدريس كرد. دوره نورتون همزمان و اساساً مشابه دوره آرمسترانگ بود. با اين حال ، هر دو دوره ، به سادگي دروس شيمي و مهندسي را همراه با طراحي محصول ادغام كردند. "پزشكان اين شركت با سختي مي توانستند مهندسان را متقاعد كنند كه آنها مهندس و شيمي دان بودند كه آنها صرفاً شيمي دان نبودند." [5] عمليات واحد توسط ويليام هولتز واكر در سال 1905 وارد دوره شد. [12] در اوايل دهه 1920 ، عمليات واحد به جنبه مهمي از مهندسي شيمي در MIT و ساير دانشگاه هاي ايالات متحده و همچنين در كالج امپريال لندن تبديل شد. [13] انستيتوي مهندسين شيمي آمريكا (AIChE) كه در سال 1908 تاسيس شد ، نقشي اساسي در ساختن مهندسي شيمي به عنوان علمي مستقل و عمليات واحد در مركز مهندسي شيمي ايفا كرد. به عنوان مثال ، اين مهندسي شيمي را به عنوان "علمي از خود ، اساس آن ... عمليات واحد" در گزارش سال 1922 تعريف كرد. و با كدام اصل ليستي از م institutionsسسات دانشگاهي را ارائه داده است كه دوره هاي "رضايت بخش" مهندسي شيمي را ارائه مي دهند. [14] در همين حال ، ترويج مهندسي شيمي به عنوان يك علم متمايز در انگليس منجر به تأسيس موسسه مهندسان شيمي (IChemE) در سال 1922 شد. [15] IChemE نيز به همين ترتيب كمك كرد تا عمليات واحد براي اين رشته ضروري به نظر برسد. [16]
مفاهيم و نوآوري هاي جديد
مدل نمايشي پيل سوختي متانول مستقيم. پشته سلول سوختي واقعي شكل مكعب لايه اي در مركز تصوير است.
در دهه 1940 مشخص شد كه عملكرد واحدها به تنهايي در ايجاد راكتورهاي شيميايي ناكافي است. در حالي كه غلبه عمليات واحدها در دوره هاي مهندسي شيمي در انگليس و ايالات متحده تا دهه 1960 ادامه داشت ، پديده هاي حمل و نقل تمركز بيشتري را تجربه كردند. [17] همراه با ساير مفاهيم بديع ، مانند مهندسي سيستم هاي فرآيند (PSE) ، "الگوي دوم" تعريف شد. [18] [19] پديده هاي حمل و نقل رويكرد تحليلي به مهندسي شيمي دادند [20] در حالي كه PSE بر عناصر مصنوعي آن مانند سيستم كنترل و طراحي فرآيند تمركز داشت. [21] تحولات مهندسي شيمي قبل و بعد از جنگ جهاني دوم عمدتا توسط صنايع پتروشيمي تحريك شد ؛ [22] با اين حال ، پيشرفت در زمينه هاي ديگر نيز حاصل شد. به عنوان مثال پيشرفت هاي مهندسي بيوشيمي در دهه 1940 در صنايع دارويي كاربرد پيدا كرد و توليد انبوه آنتي بيوتيك هاي مختلف از جمله پني سيلين و استرپتومايسين را مجاز ساخت. [23] در همين حال ، پيشرفت در علوم پليمر در دهه 1950 راه را براي "عصر پلاستيك" هموار كرد. [24]
پيشرفت هاي ايمني و خطرات
در اين دوره نگراني هاي مربوط به ايمني و تأثيرات زيست محيطي تاسيسات توليد مواد شيميايي در مقياس بزرگ نيز مطرح شد. Silent Spring كه در سال 1962 منتشر شد ، خوانندگان خود را از اثرات مضر DDT ، يك حشره كش قوي هشدار داد. [نياز به منبع] فاجعه Flixborough در سال 1974 در انگلستان منجر به 28 كشته و همچنين آسيب به يك كارخانه شيميايي و سه روستاي مجاور شد. [نياز به منبع] فاجعه 1984 بوپال در هند منجر به تقريباً 4000 كشته شد. [نياز به منبع] اين حوادث ، همراه با ساير حوادث ، اعتبار تجارت را تحت تأثير قرار داد ، زيرا ايمني صنايع و حفاظت از محيط زيست بيشتر مورد توجه قرار گرفت. [25] در پاسخ ، IChemE به ايمني نياز داشت تا در هر دوره تحصيلي كه پس از سال 1982 مورد تأييد قرار گرفته باشد ، باشد. تا دهه 1970 ، آژانس هاي قانوني و نظارتي در كشورهاي مختلفي مانند فرانسه ، آلمان و ايالات متحده تاسيس شدند. [26]
پيشرفت اخير
پيشرفت در علوم كامپيوتر ، برنامه هايي را براي طراحي و مديريت گياهان ، ساده سازي محاسبات و نقشه هايي كه قبلاً بايد به صورت دستي انجام مي شدند ، پيدا كرد. اتمام پروژه ژنوم انساني نيز به عنوان يك پيشرفت مهم ديده مي شود ، نه تنها مهندسي شيمي بلكه مهندسي ژنتيك و ژنوميك را نيز پيشرفت مي دهد. [27] اصول مهندسي شيمي براي توليد توالي DNA در مقادير زياد استفاده شد. [28]
مفاهيم
بخشي از يك سريال در
مهندسي شيمي
نماي كلي تاريخچه
مباني
مهندس صنعت فرآيند عمليات واحد پويايي حمل و نقل سينتيك
فرآيندهاي واحد
كارخانه شيميايي راكتورهاي شيميايي فرايندهاي جداسازي
جنبه هاي
انتقال حرارت انتقال جرم ديناميك سيالات
طراحي فرآيند كنترل فرآيند ترموديناميك شيميايي مهندسي واكنش
واژه نامه ها
واژه نامه شيمي واژه نامه مهندسي
دسته بندي دسته بندي
vte
مهندسي شيمي شامل چندين اصل است. مفاهيم كليدي در زير ارائه شده است.
طراحي و ساخت گياه
طراحي مهندسي شيمي مربوط به ايجاد برنامه ها ، مشخصات و تجزيه و تحليل اقتصادي براي گياهان آزمايشي ، نيروگاه هاي جديد يا اصلاحات گياهان است. مهندسان طراح اغلب در نقش مشاوره كار مي كنند و كارخانه هايي را براي پاسخگويي به نيازهاي مشتري طراحي مي كنند. طراحي توسط عوامل مختلفي از جمله بودجه ، مقررات دولتي و استانداردهاي ايمني محدود مي شود. اين محدوديت ها انتخاب فرآيند ، مواد و تجهيزات را براي گياه حكم مي كند. [29]
ساخت نيروگاه توسط مهندسان پروژه و مديران پروژه هماهنگ مي شود ، [30] بسته به اندازه سرمايه گذاري. يك مهندس شيمي ممكن است كار مهندس پروژه را به صورت تمام وقت يا بخشي از وقت انجام دهد ، كه به آموزش اضافي و مهارت شغلي نياز دارد يا به عنوان مشاور گروه پروژه عمل مي كند. در ايالات متحده آمريكا ، تحصيلات فارغ التحصيلان مهندسي شيمي از دوره هاي ليسانس معتبر توسط ABET ، معمولاً استرس مهندسي پروژه را تحت فشار قرار نمي دهند ، كه مي تواند با آموزش هاي تخصصي ، به عنوان گزينه هاي انتخابي يا برنامه هاي تحصيلات تكميلي بدست آيد. مشاغل مهندسي پروژه از بزرگترين كارفرمايان مهندسان شيمي هستند. [31]
طراحي و تحليل فرآيند
مقاله اصلي: طراحي فرآيند
عمليات واحد يك مرحله فيزيكي در يك فرايند مهندسي شيمي فردي است. از عمليات واحد (مانند تبلور ، فيلتراسيون ، خشك كردن و تبخير) براي تهيه واكنش دهنده ها ، تصفيه و جداسازي محصولات آن ، بازيافت واكنش دهنده هاي مصرف نشده و كنترل انتقال انرژي در راكتورها استفاده مي شود. [32] از طرف ديگر ، فرآيند واحد معادل شيميايي عمليات واحد است. در كنار عمليات واحد ، فرايندهاي واحد يك عمليات فرآيند را تشكيل مي دهند. فرآيندهاي واحد (مانند نيتراتاسيون و اكسيداسيون) شامل تبديل مواد از طريق بيوشيميايي ، ترموشيميايي و ساير روش ها است. مهندسين شيمي مسئول اين موارد را مهندسان فرآيند مي نامند. [33]
طراحي فرآيند نياز به تعريف انواع و اندازه تجهيزات و همچنين نحوه اتصال آنها و مصالح ساختماني دارد. جزئيات اغلب بر روي نمودار Flow Flow Diagram چاپ مي شوند كه براي كنترل ظرفيت و قابليت اطمينان يك كارخانه شيميايي جديد يا اصلاح شده استفاده مي شود.
آموزش مهندسان شيمي در اولين مدرك دانشگاهي 3 يا 4 سال تحصيل ، اصول و روشهاي طراحي فرآيند را تأكيد مي كند. همين مهارت ها در كارخانه هاي شيميايي موجود براي ارزيابي كارايي و توصيه هايي براي بهبودها استفاده مي شود.
پديده هاي حمل و نقل
مدل سازي و تجزيه و تحليل پديده هاي حمل و نقل براي بسياري از كاربردهاي صنعتي ضروري است. پديده هاي حمل و نقل شامل پويايي سيال ، انتقال گرما و انتقال جرم هستند كه به ترتيب بيشتر توسط انتقال حركت ، انتقال انرژي و انتقال گونه هاي شيميايي كنترل مي شوند. مدل ها اغلب ملاحظات جداگانه اي را براي پديده هاي سطح ماكروسكوپي ، ميكروسكوپي و مولكولي در نظر مي گيرند. بنابراين ، مدل سازي پديده هاي حمل و نقل ، نياز به درك رياضيات كاربردي دارد. [34]
برنامه ها و تمرينات
دو صفحه تخت رايانه كه برنامه مديريت فرآيند گياه را نشان مي دهد
مهندسان شيمي از رايانه براي كنترل سيستمهاي خودكار در گياهان استفاده مي كنند. [35]
اپراتورهاي يك كارخانه شيميايي با استفاده از يك صفحه كنترل قديمي آنالوگ ، ديده شده در آلمان شرقي ، 1986
مهندسان شيمي "راههاي اقتصادي استفاده از مواد و انرژي را توسعه مي دهند". [36] مهندسان شيمي از شيمي و مهندسي براي تبديل مواد اوليه به محصولات قابل استفاده مانند دارو ، پتروشيمي و پلاستيك در يك مقياس بزرگ و صنعتي استفاده مي كنند. آنها همچنين در زمينه مديريت و تحقيقات زباله نقش دارند. جنبه هاي كاربردي و جنبه هاي تحقيقاتي مي توانند از رايانه ها استفاده گسترده اي كنند. [35]
مهندسان شيمي ممكن است در تحقيقات صنعت يا دانشگاه درگير شوند كه وظيفه آنها طراحي و انجام آزمايشاتي براي ايجاد روشهاي بهتر و ايمن براي توليد ، كنترل آلودگي و حفظ منابع است. آنها ممكن است به عنوان مهندس پروژه در طراحي و ساخت گياهان نقش داشته باشند. مهندسان شيمي كه به عنوان مهندس پروژه فعاليت مي كنند از دانش خود در انتخاب روشهاي توليد بهينه و تجهيزات كارخانه براي به حداقل رساندن هزينه ها و به حداكثر رساندن ايمني و سودآوري استفاده مي كنند. پس از احداث كارخانه ، مديران پروژه هاي مهندسي شيمي ممكن است در به روزرساني تجهيزات ، تغييرات فرآيند ، عيب يابي و كارهاي روزمره در نقش هاي تمام وقت يا مشاوره شركت كنند. [37]
