Inżynieria chemiczna

Inżynierowie chemicy projektują, konstruują i obsługują zakłady przetwórcze ( na zdjęciu kolumny frakcjonujące ).

Inżynieria chemiczna to dziedzina inżynierii zajmująca się badaniem działania i projektowania zakładów chemicznych oraz metodami doskonalenia produkcji. Inżynierowie chemicy opracowują ekonomiczne procesy handlowe w celu przekształcenia surowców w użyteczne produkty. Inżynieria chemiczna wykorzystuje zasady chemii , fizyki , matematyki , biologii i ekonomii do efektywnego wykorzystania, produkcji, projektowania, transportu i przekształcania energii i materiałów. Praca inżynierów chemików może obejmować wykorzystanie nanotechnologii i nanomateriałów w laboratorium do procesów przemysłowych na dużą skalę, które przekształcają chemikalia, surowce, żywe komórki, mikroorganizmy i energię w użyteczne formy i produkty. Inżynierowie chemicy są zaangażowani w wiele aspektów projektowania i eksploatacji instalacji, w tym oceny bezpieczeństwa i zagrożeń, i analizę procesów , modelowanie , inżynierię sterowania , inżynierię reakcji chemicznych , inżynierię jądrową , inżynierię biologiczną , specyfikację konstrukcji i instrukcje obsługi.

Inżynierowie chemicy zazwyczaj posiadają dyplom z inżynierii chemicznej lub inżynierii procesowej. Praktykujący inżynierowie mogą posiadać certyfikaty zawodowe i być akredytowanymi członkami organizacji zawodowej. Do takich organów należą Institution of Chemical Engineers (IChemE) lub American Institute of Chemical Engineers (AIChE). W Indiach równoważnym organem jest Indyjski Instytut Inżynierów Chemicznych (IIChE), który również prowadzi wspólne wydarzenia z AIChE i ICheE. Dyplom z inżynierii chemicznej jest w różnym stopniu bezpośrednio powiązany ze wszystkimi innymi dyscyplinami inżynierskimi.

Etymologia

George'a E. Davisa

Artykuł z 1996 roku cytuje Jamesa F. Donnelly'ego za wzmiankę o inżynierii chemicznej z 1839 roku w odniesieniu do produkcji kwasu siarkowego . Jednak w tym samym artykule George E. Davis , angielski konsultant, został uznany za twórcę tego terminu. Davis próbował również założyć Towarzystwo Inżynierii Chemicznej, ale zamiast tego nazwano je Towarzystwem Przemysłu Chemicznego (1881), którego pierwszym sekretarzem był Davis. The History of Science in United States: An Encyclopedia używa tego terminu około 1890 r. „Inżynieria chemiczna”, opisująca zastosowanie urządzeń mechanicznych w przemyśle chemicznym, stała się powszechnym słownictwem w Anglii po 1850 r. Do 1910 r. Zawód „ inżynier chemik”, był już w powszechnym użyciu w Wielkiej Brytanii i Stanach Zjednoczonych.

Historia

Osobny artykuł: Historia inżynierii chemicznej

Nowe koncepcje i innowacje

ogniwa paliwowego zasilanego bezpośrednio metanolem . Rzeczywisty stos ogniw paliwowych to warstwowy sześcian na środku obrazu.

W latach czterdziestych XX wieku stało się jasne, że same operacje jednostkowe nie wystarczają do opracowania reaktorów chemicznych . Podczas gdy dominacja operacji jednostkowych na kursach inżynierii chemicznej w Wielkiej Brytanii i Stanach Zjednoczonych utrzymywała się do lat 60. XX wieku, zjawiska transportu zaczęły być bardziej skupione. Wraz z innymi nowatorskimi koncepcjami, takimi jak inżynieria systemów procesowych (PSE), zdefiniowano „drugi paradygmat”. Zjawiska transportowe dały analityczne podejście do inżynierii chemicznej, podczas gdy PSE skupiło się na jej syntetycznych elementach, takich jak system sterowania i projektowanie procesów . Rozwój inżynierii chemicznej przed i po II wojnie światowej był głównie inicjowany przez przemysł petrochemiczny ; jednak poczyniono również postępy w innych dziedzinach. postęp w inżynierii biochemicznej w latach czterdziestych XX wieku znalazł zastosowanie w przemyśle farmaceutycznym i umożliwił masową produkcję różnych antybiotyków , w tym penicyliny i streptomycyny . Tymczasem postęp w nauce o polimerach w latach pięćdziesiątych XX wieku utorował drogę „epoce tworzyw sztucznych”.

Zmiany w zakresie bezpieczeństwa i zagrożeń

W tym okresie pojawiły się również obawy dotyczące bezpieczeństwa i wpływu na środowisko wielkoskalowych zakładów produkcji chemicznej. Cicha wiosna , opublikowana w 1962 roku, ostrzegała swoich czytelników przed szkodliwym działaniem DDT , silnego środka owadobójczego . Katastrofa Flixborough w Wielkiej Brytanii w 1974 r. Spowodowała śmierć 28 osób, a także zniszczenie fabryki chemicznej i trzech pobliskich wiosek. Katastrofa w Bhopalu w Indiach w 1984 roku spowodowała śmierć prawie 4000 osób. Incydenty te, wraz z innymi incydentami , wpłynęły na reputację branży, ponieważ położono większy nacisk na bezpieczeństwo przemysłowe i ochronę środowiska . W odpowiedzi IChemE wymagało, aby bezpieczeństwo było częścią każdego kierunku studiów, który akredytował po 1982 r. Do lat 70. XX wieku w różnych krajach, takich jak Francja, Niemcy i Stany Zjednoczone, powstały agencje legislacyjne i monitorujące.

Ostatnie postępy

Postępy w informatyce doprowadziły do ​​powstania aplikacji do projektowania i zarządzania zakładami, upraszczających obliczenia i rysunki, które wcześniej musiały być wykonywane ręcznie. Zakończenie projektu Human Genome Project jest również postrzegane jako ważny postęp, nie tylko postęp w inżynierii chemicznej, ale także w inżynierii genetycznej i genomice . Do produkcji sekwencji DNA w dużych ilościach zastosowano zasady inżynierii chemicznej .

koncepcje

Inżynieria chemiczna obejmuje zastosowanie kilku zasad. Poniżej przedstawiono kluczowe pojęcia.

Projektowanie i budowa instalacji

Projekt inżynierii chemicznej dotyczy tworzenia planów, specyfikacji i analiz ekonomicznych dla zakładów pilotażowych , nowych zakładów lub modyfikacji zakładów. Inżynierowie projektanci często pełnią rolę konsultantów, projektując instalacje spełniające potrzeby klientów. Projektowanie jest ograniczone kilkoma czynnikami, w tym finansowaniem, przepisami rządowymi i normami bezpieczeństwa. Te ograniczenia decydują o wyborze procesu, materiałów i sprzętu przez zakład.

Budowa zakładu jest koordynowana przez inżynierów projektu i kierowników projektów, w zależności od wielkości inwestycji. Inżynier chemik może wykonywać pracę inżyniera projektu w pełnym lub niepełnym wymiarze czasu pracy, co wymaga dodatkowego przeszkolenia i umiejętności zawodowych lub pełnić funkcję konsultanta grupy projektowej. W USA kształcenie absolwentów inżynierii chemicznej z programów Baccalaureate akredytowanych przez ABET zwykle nie kładzie nacisku na wykształcenie w zakresie inżynierii projektów, które można uzyskać poprzez specjalistyczne szkolenie, jako przedmioty do wyboru lub programy dla absolwentów . Zadania inżynierii projektowej są jednymi z największych pracodawców dla inżynierów chemików.

Projektowanie i analiza procesów

Główny artykuł: Projektowanie procesów

Operacja jednostkowa jest fizycznym krokiem w indywidualnym procesie inżynierii chemicznej. Operacje jednostkowe (takie jak krystalizacja , filtracja , suszenie i odparowanie ) są wykorzystywane do przygotowania reagentów, oczyszczania i oddzielania ich produktów, recyklingu niewykorzystanych reagentów i kontrolowania transferu energii w reaktorach. Z drugiej strony proces jednostkowy jest chemicznym odpowiednikiem operacji jednostkowej. Wraz z operacjami jednostkowymi procesy jednostkowe stanowią operację procesową. Procesy jednostkowe (takie jak nitrowanie , uwodornianie i utlenianie obejmują konwersję materiałów za pomocą środków biochemicznych , termochemicznych i innych. Inżynierowie chemicy odpowiedzialni za te procesy nazywani są inżynierami procesu .

Projektowanie procesów wymaga zdefiniowania typów i rozmiarów urządzeń, sposobu ich połączenia oraz materiałów konstrukcyjnych. Szczegóły są często drukowane na schemacie przebiegu procesu , który służy do kontrolowania wydajności i niezawodności nowej lub istniejącej fabryki chemicznej.

Kształcenie inżynierów chemików na studiach I stopnia 3 lub 4 letnich kładzie nacisk na zasady i praktyki projektowania procesów. Te same umiejętności są wykorzystywane w istniejących zakładach chemicznych do oceny wydajności i formułowania zaleceń dotyczących ulepszeń.

Zjawiska transportowe

Osobny artykuł: Zjawiska transportowe

Modelowanie i analiza zjawisk transportowych jest niezbędna w wielu zastosowaniach przemysłowych. Zjawiska transportu obejmują dynamikę płynów , przenoszenie ciepła i przenoszenie masy , które są regulowane głównie odpowiednio przez przenoszenie pędu , przenoszenie energii i transport związków chemicznych . Modele często obejmują oddzielne rozważania dla makroskopowym , mikroskopowym i molekularnym . Modelowanie zjawisk transportowych wymaga zatem zrozumienia matematyki stosowanej.

Zastosowania i praktyka

Inżynierowie chemicy używają komputerów do sterowania zautomatyzowanymi systemami w zakładach.

Inżynierowie chemicy „opracowują ekonomiczne sposoby wykorzystania materiałów i energii”. Inżynierowie chemicy wykorzystują chemię i inżynierię do przekształcania surowców w użyteczne produkty, takie jak medycyna, produkty petrochemiczne i tworzywa sztuczne na dużą skalę w środowisku przemysłowym. Zajmują się również gospodarką odpadami i badaniami. Zarówno aspekty stosowane, jak i badawcze mogą szeroko wykorzystywać komputery.

Inżynierowie chemicy mogą być zaangażowani w badania przemysłowe lub uniwersyteckie, w których mają za zadanie projektowanie i przeprowadzanie eksperymentów poprzez zwiększanie skali teoretycznych reakcji chemicznych w celu stworzenia lepszych i bezpieczniejszych metod produkcji, kontroli zanieczyszczeń i ochrony zasobów. Mogą być zaangażowani w projektowanie i budowę zakładów jako inżynier projektu . Inżynierowie chemicy pełniący funkcję inżynierów projektów wykorzystują swoją wiedzę w doborze optymalnych metod produkcji i wyposażenia zakładu w celu minimalizacji kosztów oraz maksymalizacji bezpieczeństwa i rentowności. Po wybudowaniu zakładu kierownicy projektów inżynierii chemicznej mogą być zaangażowani w modernizację sprzętu, rozwiązywanie problemów i codzienne operacje w pełnym wymiarze godzin lub jako konsultanci.

Zobacz też

powiązane tematy

• Edukacja dla inżynierów chemików
• Angielskie jednostki inżynieryjne
• Lista towarzystw inżynierii chemicznej
• Lista inżynierów chemików
• Lista symulatorów procesów chemicznych
• Zarys inżynierii chemicznej

Powiązane dziedziny i pojęcia

• Inżynieria biochemiczna
• Bioinformatyka
• Inżynieria biologiczna
• Inżynieria biomedyczna
• Inżynieria biomolekularna
• Inżynieria bioprocesowa
• Biotechnologia
• Inżynieria biotechnologiczna
• Katalizatory
• Ceramika
• Modelowanie procesów chemicznych
• Reaktor chemiczny
• Technolog chemik
• Broń chemiczna
• chemioinformatyka
• Obliczeniowa dynamika płynów
• Inżynieria korozji
• Oszacowanie kosztów
• Inżynieria trzęsień ziemi
• Elektrochemia
• Inżynieria elektrochemiczna
• Inżynieria środowiska
• Synteza Fischera Tropscha
• Dynamika płynów
• Inżynieria żywności
• Ogniwo paliwowe
• Gazyfikacja
• Przenikanie ciepła
• Katalizatory przemysłowe
• Chemia przemysłowa
• Gaz przemysłowy
• Transfer masowy
• Inżynieria materiałowa
• Metalurgia
• Mikrofluidyka
• Przetwarzanie minerałów
• Inżynieria molekularna
• Nanotechnologia
• Środowisko naturalne
• Przetwarzanie gazu ziemnego
• Przetwarzanie jądrowe
• Eksploracja ropy naftowej
• Rafineria ropy
• Inżynieria papieru
• Inżynieria naftowa
• Inżynieria farmaceutyczna
• Inżynieria tworzyw sztucznych
• polimery
• Kontrola procesu
• Projekt procesu
• Rozwój procesu
• Inżynieria procesowa
• Miniaturyzacja procesów
• Inżynieria bezpieczeństwa
• Produkcja urządzeń półprzewodnikowych
• Procesy separacji (patrz też: separacja mieszaniny )
  • Procesy krystalizacji
  • Procesy destylacji
  • Procesy membranowe
• Produkcja gazu syntezowego
• Inżynieria tekstylna
• Termodynamika
• Zjawiska transportowe
• Operacje jednostkowe
• Technologia wody

Wspomnienia

• Amerykański Instytut Inżynierów Chemicznych
• Instytut Chemiczny Kanady
• Europejska Federacja Inżynierii Chemicznej
• Indyjski Instytut Inżynierów Chemicznych
• Instytucja Inżynierów Chemicznych
• Narodowa Organizacja ds. Awansu Zawodowego Czarnych Chemików i Inżynierów Chemików

Bibliografia

• American Institute of Chemical Engineers (17.01.2003), AIChE Konstytucja , zarchiwizowane z oryginału w dniu 13.08.2011 , pobrane 13.08.2011 .
•     Ptak, R. Byron; Stewart, Warren E.; Lightfoot, Edwin N. (2002), Kulek, Petrina (red.), Transport Phenomena (wyd. 2), Stany Zjednoczone: John Wiley & Sons, ISBN 0-471-41077-2 , LCCN 2001023739 , LCC QA929.B% 2001 .
•     Carberry, James J. (2001-07-24), Chemical and Catalytic Reaction Engineering , McGraw-Hill Chemical Engineering Series, Kanada: General Publishing Company, ISBN 0-486-41736-0 , LCCN 2001017315 , LCC TP155.7.C37 2001 .
•    Cohen, Clive (czerwiec 1996), „Wczesna historia inżynierii chemicznej: ponowna ocena” (PDF) , Br. J. Hist. nauka . _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
• Engineering the Future of Biology and Biotechnology , Rice University , zarchiwizowane z oryginału w dniu 25.07.2010 , pobrane 07.08.2011 .
•     Garner, Geraldine O. (2003), Kariera w inżynierii , VGM Professional Career Series (wyd. 2), Stany Zjednoczone: McGraw-Hill, ISBN 0-07-139041-3 , LCCN 2002027208 , LCC TA157.G3267 2002 .
•   Kim, Irene (styczeń 2002), „Inżynieria chemiczna: bogata i różnorodna historia” (PDF) , Chemical Engineering Progress , Filadelfia: American Institute of Chemical Engineers, 98 (1), ISSN 0360-7275 , zarchiwizowane z oryginału (PDF ) w dniu 2004-08-21 .
•     McCabe, Warren L.; Smith, Julian C.; Hariott, Peter (1993), Clark, BJ; Castellano, Eleanor (red.), Unit Operations of Chemical Engineering , McGraw-Hill Chemical Engineering Series (wyd. 5), Singapur: McGraw-Hill, ISBN 0-07-044844-2 , LCCN 92036218 , LCC TP155.7.M393 1993 .
•   Ogawa, Kōhei (2007), „Rozdział 1: Entropia informacyjna”, Inżynieria chemiczna: nowa perspektywa (wyd. 1), Holandia: Elsevier, ISBN 978-0-444-53096-7 .
•   Perkins, JD (2003), „Rozdział 2: Inżynieria chemiczna - pierwsze 100 lat” , w Darton, RC; Książę, RGH; Wood, DG (red.), Chemical Engineering: Visions of the World (wyd. 1), Holandia: Elsevier Science, ISBN 0-444-51309-4 .
•     Reynolds, Terry S. (2001), „Engineering, Chemical”, w Rothenberg, Marc (red.), History of Science in United States: An Encyclopedia , Nowy Jork: Garland Publishing, ISBN 0-8153-0762-4 , LCCN 99043757 , LCC Q127.U6 H57 2000 .
•   Silla, Harry (2003), Inżynieria procesów chemicznych: projektowanie i ekonomia , Nowy Jork: Marcel Dekker, ISBN 0-8247-4274-5 .
•   American Institute of Chemical Engineers (2003a), „Przyspieszenie projektu ludzkiego genomu” (PDF) , Chemical Engineering Progress , Filadelfia, 99 (1), ISSN 0360-7275 , zarchiwizowane z oryginału (PDF) w dniu 21.08.2004 .
•   Towler, Gavin; Sinnott, Ray (2008), Projektowanie inżynierii chemicznej: zasady, praktyka i ekonomika projektowania instalacji i procesów , Stany Zjednoczone: Elsevier, ISBN 978-0-7506-8423-1 .