Inżynieria chemiczna - Chemical engineering
Inżynieria chemiczna to pewien rodzaj inżynierii, który zajmuje się badaniem działania i projektowaniem 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, aby efektywnie wykorzystywać, produkować, projektować, transportować i przekształcać energię i materiały. Praca inżynierów chemików może obejmować wykorzystanie nanotechnologii i nanomateriałóww laboratorium do wielkoskalowych procesów przemysłowych, które przekształcają chemikalia, surowce, żywe komórki, mikroorganizmy i energię w użyteczne formy i produkty. Inżynierów chemików biorą udział w wielu aspektach konstrukcji instalacji i eksploatacji, włącznie z bezpieczeństwem i ocenie zagrożenia, projektowanie procesów i analiz modelowania , automatyki , inżynierii reakcji chemicznych , techniki jądrowej , inżynierii biologicznej , specyfikacji budowy, oraz instrukcji 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 między innymi Instytut Inżynierów Chemicznych (IChemE) czy Amerykański Instytut Inżynierów Chemicznych (AIChE). Dyplom inżyniera chemicznego jest w różnym stopniu bezpośrednio powiązany ze wszystkimi innymi dyscyplinami inżynierskimi.
Etymologia
Artykuł z 1996 cytuje Jamesa F. Donnelly'ego za wzmiankę o wzmiance o inżynierii chemicznej w 1839 w związku z produkcją kwasu siarkowego . W tym samym artykule przypisuje się jednak, że George E. Davis , angielski konsultant, ukuł ten termin. Davis próbował również założyć Towarzystwo Inżynierii Chemicznej, ale zamiast tego zostało nazwane Towarzystwem Przemysłu Chemicznego (1881), z Davisem jako jego pierwszym sekretarzem. The History of Science in United States: An Encyclopedia używa tego terminu około 1890 roku. „Inżynieria chemiczna”, opisująca użycie sprzętu mechanicznego w przemyśle chemicznym, stała się powszechnym słownictwem w Anglii po 1850 roku. W 1910 roku zawód „ inżynier chemik” był już powszechnie używany w Wielkiej Brytanii i Stanach Zjednoczonych.
Historia
Nowe koncepcje i innowacje
W latach 40. stało się jasne, że same operacje jednostkowe nie wystarczają do rozwoju reaktorów chemicznych . Podczas gdy przewaga operacji jednostkowych na kursach inżynierii chemicznej w Wielkiej Brytanii i Stanach Zjednoczonych trwała do lat 60. XX wieku, zjawiska transportu zaczęły być bardziej skoncentrowane. Wraz z innymi nowatorskimi koncepcjami, takimi jak inżynieria systemów procesowych (PSE), zdefiniowano „drugi paradygmat”. Zjawiska transportu dały analityczne podejście do inżynierii chemicznej, podczas gdy PSE skoncentrowało się na jej elementach syntetycznych, takich jak system sterowania i projektowanie procesów . Rozwój inżynierii chemicznej przed i po II wojnie światowej był inspirowany głównie przez przemysł petrochemiczny ; poczyniono jednak również postępy w innych dziedzinach. Postępy w inżynierii biochemicznej w latach 40. znalazły na przykład zastosowanie w przemyśle farmaceutycznym i pozwoliły na masową produkcję różnych antybiotyków , w tym penicyliny i streptomycyny . Tymczasem postęp w nauce polimerów w latach pięćdziesiątych utorował drogę do „ery tworzyw sztucznych”.
Rozwój bezpieczeństwa i zagrożeń
W tym okresie pojawiły się również obawy dotyczące bezpieczeństwa i wpływu na środowisko wielkoskalowych zakładów produkcji chemicznej. Wydana w 1962 roku Silent Spring zaalarmowała swoich czytelników przed szkodliwym działaniem DDT , silnego środka owadobójczego . Katastrofa Flixborough w Wielkiej Brytanii z 1974 r. spowodowała śmierć 28 osób, a także zniszczenie fabryki chemicznej i trzech pobliskich wiosek. Katastrofa w Bhopalu w 1984 r. w Indiach spowodowała śmierć prawie 4000 osób. Zdarzenia te, wraz z innymi , wpłynęły na reputację branży, ponieważ skoncentrowano się na bezpieczeństwie przemysłowym i ochronie środowiska . W odpowiedzi IChemE wymagało, aby bezpieczeństwo było częścią każdego kierunku studiów, które akredytowało po 1982 roku. W latach siedemdziesiątych w różnych krajach, takich jak Francja, Niemcy i Stany Zjednoczone, ustanowiono ustawodawstwo i agencje monitorujące. ()
Ostatnie postępy
Postępy w informatyce znalazły aplikacje do projektowania i zarządzania roślinami, upraszczające obliczenia i rysunki, które wcześniej musiały być wykonywane ręcznie. Ukończenie Projektu Ludzkiego Genomu jest również postrzegane jako ważny rozwój, nie tylko postęp inżynierii chemicznej, ale także inżynierii genetycznej i genomiki . Do produkcji sekwencji DNA w dużych ilościach wykorzystano zasady inżynierii chemicznej .
Koncepcje
Część serii na |
Inżynieria chemiczna |
---|
Podstawy |
Procesy jednostkowe |
Aspekty |
Glosariusze |
Kategoria |
Inżynieria chemiczna obejmuje zastosowanie kilku zasad. Poniżej przedstawiono kluczowe pojęcia.
Projekt i budowa zakładu
Projektowanie inżynierii chemicznej dotyczy tworzenia planów, specyfikacji i analiz ekonomicznych dla instalacji pilotażowych , nowych instalacji lub modyfikacji instalacji. Inżynierowie projektanci często pracują w roli doradców, projektując instalacje pod potrzeby klientów. Projekt jest ograniczony przez kilka czynników, w tym finansowanie, przepisy rządowe i standardy bezpieczeństwa. Te ograniczenia dyktują wybór procesu, materiałów i wyposażenia zakładu.
Budowa zakładu koordynowana jest 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 szkolenia i umiejętności zawodowych lub pełnić funkcję konsultanta grupy projektowej. W USA kształcenie absolwentów inżynierii chemicznej w ramach programów Baccalaureate akredytowanych przez ABET zwykle nie kładzie nacisku na kształcenie inżynierskie w zakresie projektów, które można uzyskać poprzez specjalistyczne szkolenia, jako zajęcia fakultatywne lub programy magisterskie . Stanowiska inżynierii projektowej to jedni z największych pracodawców dla inżynierów chemików.
Projektowanie i analiza procesu
Operacja jednostkowa to fizyczny krok w indywidualnym procesie inżynierii chemicznej. Operacje jednostkowe (takie jak krystalizacja , filtracja , suszenie i odparowywanie ) są wykorzystywane do przygotowania reagentów, oczyszczania i oddzielania ich produktów, recyklingu niewykorzystanych reagentów oraz kontrolowania transferu energii w reaktorach. Z drugiej strony, proces jednostkowy jest chemicznym odpowiednikiem operacji jednostkowej. Procesy jednostkowe stanowią, obok operacji jednostkowych, operację procesową. Procesy jednostkowe (takie jak nitrowanie , uwodornianie, hydrokraking i utlenianie ) obejmują konwersję materiałów za pomocą środków biochemicznych , termochemicznych i innych. Odpowiedzialni za to inżynierowie chemicy nazywani są inżynierami procesu .
Projektowanie procesu wymaga zdefiniowania typów i rozmiarów sprzętu, a także sposobu ich połączenia i materiałów konstrukcyjnych. Szczegóły są często drukowane na schemacie przebiegu procesu, który służy do kontroli wydajności i niezawodności nowej lub istniejącej fabryki chemicznej.
Kształcenie inżynierów chemików na pierwszym stopniu studiów 3 lub 4 lata studiów podkreśla zasady i praktyki projektowania procesów. Te same umiejętności są wykorzystywane w istniejących zakładach chemicznych do oceny wydajności i formułowania zaleceń dotyczących ulepszeń.
Zjawiska transportowe
Modelowanie i analiza zjawisk transportowych ma zasadnicze znaczenie dla wielu zastosowań przemysłowych. Zjawiska transportu obejmować dynamiki płynów , do wymiany ciepła oraz przenoszenie masy , które są regulowane głównie przez przeniesienie pędu , przenoszenie energii i transportu związków chemicznych , odpowiednio. Modele często obejmują oddzielne rozważania dotyczące zjawisk makroskopowych , mikroskopowych i molekularnych . Modelowanie zjawisk transportu wymaga zatem zrozumienia matematyki stosowanej.
Aplikacje i praktyka
Inżynierowie chemicy „opracowują ekonomiczne sposoby wykorzystania materiałów i energii”. Inżynierowie chemicy wykorzystują chemię i inżynierię do przekształcania surowców w użyteczne produkty, takie jak leki, petrochemikalia i tworzywa sztuczne na dużą skalę, w środowisku przemysłowym. Zajmują się również gospodarką odpadami i badaniami. Zarówno aspekty stosowane, jak i badawcze mogłyby w dużym stopniu wykorzystać komputery.
Inżynierowie chemicy mogą być zaangażowani w badania przemysłowe lub uniwersyteckie, gdzie mają za zadanie projektowanie i przeprowadzanie eksperymentów 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 rolę inżynierów projektu 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 w roli konsultantów.
Zobacz też
powiązane tematy
Powiązane pola i koncepcje
- Inżynieria biochemiczna
- Bioinformatyka
- Inżynieria biologiczna
- Inżynieria biomedyczna
- Inżynieria biomolekularna
- Inżynieria bioprocesowa
- Biotechnologia
- Inżynieria biotechnologiczna
- Katalizatory
- Ceramika
- Modelowanie procesów chemicznych
- Reaktor chemiczny
- Technolog chemiczny
- Broń chemiczna
- Chemoinformatyka
- Obliczeniowa dynamika płynów
- Inżynieria korozyjna
- 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
- Mikroprzepływy
- Przetwarzanie minerałów
- Inżynieria molekularna
- Nanotechnologia
- Środowisko naturalne
- Przetwarzanie gazu ziemnego
- Regeneracja jądrowa
- Poszukiwania ropy
- 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 )
- Produkcja gazu syntezowego
- Inżynieria tekstylna
- Termodynamika
- Zjawiska transportowe
- Operacje jednostkowe
- Technologia wodna
Wspomnienia
Bibliografia
Bibliografia
- American Institute of Chemical Engineers (2003-01-17), AIChE Constitution , zarchiwizowane z oryginału w dniu 2011-08-13 , pobrane 2011-08-13.
- Ptak, R. Byron; Stewart, Warren E.; Lightfoot, Edwin N. (2002), Kulek, Petrina (red.), Zjawiska transportu (2nd ed.), Stany Zjednoczone: John Wiley & Sons, ISBN 0-471-41077-2, LCCN 2001023739 , LCC QA929.B% 2001.
- Carberry, James J. (2001-07-24), Inżynieria reakcji chemicznych i katalitycznych , McGraw-Hill Chemical Engineering Series, Kanada: General Publishing Company, ISBN 0-486-41736-0, LCCN 20010017315 , LCC TP155.7.C37 2001.
- Cohen, Clive (czerwiec 1996), „Wczesna historia inżynierii chemicznej: ponowna ocena” (PDF) , Fr. J.Hist. Nauka. , Cambridge University Press, 29 (2): 171-194, doi : 10.1017/S000708740003421X , JSTOR 4027832 , zarchiwizowane z oryginału (PDF) dnia 01.06.2012.
- Engineering the Future of Biology and Biotechnology , Rice University , zarchiwizowane od oryginału w dniu 25.07.2010 r. , pobrane 07.08.2011 r..
- Garner, Geraldine O. (2003), Kariera w inżynierii , VGM Professional Career Series (2nd ed.), Stany Zjednoczone: McGraw-Hill, ISBN 0-07-139041-3, LCCN 2002027208 , LCC TA157.G3267 2002.
- Kim, Irene (styczeń 2002), „Inżynieria chemiczna: bogata i zróżnicowana historia” (PDF) , Postęp inżynierii chemicznej , Filadelfia: American Institute of Chemical Engineers, 98 (1), ISSN 0360-7275 , zarchiwizowane z oryginału (PDF ) dnia 2004-08-21.
- McCabe, Warren L.; Smith, Julian C.; Hariott, Peter (1993), Clark, BJ; Castellano, Eleanor (red.), Operacje jednostkowe inżynierii chemicznej , McGraw-Hill Chemical Engineering Series (5 wyd.), Singapur: McGraw-Hill, ISBN 0-07-044844-2, LCCN 92036218 , LCC TP155.7.M393 1993.
- Ogawa, Kōhei (2007), „Rozdział 1: Entropia informacji”, Inżynieria chemiczna: nowa perspektywa (1st ed.), 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.), Inżynieria chemiczna: Visions of the World (1st ed.), Holandia: Elsevier Science, ISBN 0-444-51309-4.
- Reynolds, Terry S. (2001), "Engineering, Chemical", w Rothenberg, Marc (red.), Historia Nauki w Stanach Zjednoczonych: Encyklopedia , 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), „Speeding up the human genome project” (PDF) , Chemical Engineering Progress , Filadelfia, 99 (1), ISSN 0360-7275 , zarchiwizowane z oryginału (PDF) 21.08.2004.
- Towlera, Gavina; Sinnott, Ray (2008), Projektowanie inżynierii chemicznej: zasady, praktyka i ekonomika projektowania instalacji i procesów , Stany Zjednoczone: Elsevier, ISBN 978-0-7506-8423-1.