stringtranslate.com

مهندسی شیمی

مهندسین شیمی کارخانه‌های فرآیندی مانند این ستون‌های تقسیم‌بندی را طراحی، ساخت و راه‌اندازی می‌کنند .

مهندسی شیمی یک رشته مهندسی است که به مطالعه عملکرد و طراحی کارخانه های شیمیایی و همچنین روش های بهبود تولید می پردازد. مهندسان شیمی فرآیندهای تجاری اقتصادی را برای تبدیل مواد خام به محصولات مفید توسعه می دهند. مهندسی شیمی از اصول شیمی ، فیزیک ، ریاضیات ، زیست‌شناسی و اقتصاد برای استفاده مؤثر، تولید، طراحی، انتقال و تبدیل انرژی و مواد استفاده می‌کند. کار مهندسان شیمی می تواند از استفاده از فناوری نانو و نانومواد در آزمایشگاه تا فرآیندهای صنعتی در مقیاس بزرگ که مواد شیمیایی، مواد خام، سلول های زنده، میکروارگانیسم ها و انرژی را به اشکال و محصولات مفید تبدیل می کند، باشد. مهندسان شیمی در بسیاری از جنبه‌های طراحی و بهره‌برداری کارخانه از جمله ارزیابی ایمنی و خطر، طراحی و تحلیل فرآیند ، مدل‌سازی ، مهندسی کنترل ، مهندسی واکنش‌های شیمیایی ، مهندسی هسته‌ای ، مهندسی بیولوژیک ، مشخصات ساخت‌وساز و دستورالعمل‌های عملیاتی درگیر هستند .

مهندسان شیمی معمولا دارای مدرک مهندسی شیمی یا مهندسی فرآیند هستند . مهندسان شاغل ممکن است گواهینامه حرفه ای داشته باشند و اعضای معتبر یک بدن حرفه ای باشند. این نهادها عبارتند از: موسسه مهندسین شیمی (IChemE) یا موسسه مهندسین شیمی آمریکا (AIChE). مدرک مهندسی شیمی به طور مستقیم با تمام رشته های مهندسی دیگر، در ابعاد مختلف مرتبط است.

ریشه شناسی

جورج ای دیویس

مقاله ای در سال 1996 از جیمز اف. دانلی برای ذکر یک مرجع در سال 1839 به مهندسی شیمی در رابطه با تولید اسید سولفوریک استناد می کند . [1] در همان مقاله، با این حال، جورج ای دیویس ، مشاور انگلیسی، با ابداع این اصطلاح اعتبار داشت. [2] دیویس همچنین تلاش کرد تا انجمن مهندسی شیمی را تأسیس کند، اما در عوض، آن را انجمن صنایع شیمیایی (1881) با دیویس به عنوان اولین دبیر آن نامیدند. [3] [4] تاریخچه علم در ایالات متحده: یک دایره المعارف از این اصطلاح در حدود سال 1890 استفاده می کند . 1850. [6] تا سال 1910، حرفه "مهندس شیمی" قبلاً در بریتانیا و ایالات متحده رایج بود. [7]

تاریخچه

مفاهیم و نوآوری های جدید

مدل نمایشی یک پیل سوختی مستقیم متانول . پشته پیل سوختی واقعی شکل مکعب لایه ای در مرکز تصویر است.

در دهه 1940، مشخص شد که عملیات واحد به تنهایی برای توسعه راکتورهای شیمیایی ناکافی است . در حالی که غلبه عملیات واحد در دوره های مهندسی شیمی در بریتانیا و ایالات متحده تا دهه 1960 ادامه داشت، پدیده های حمل و نقل شروع به توجه بیشتری کردند. [8] همراه با مفاهیم جدید دیگر، مانند مهندسی سیستم های فرآیند (PSE)، "پارادایم دوم" تعریف شد. [9] [10] پدیده های حمل و نقل یک رویکرد تحلیلی به مهندسی شیمی ارائه کردند [11] در حالی که PSE بر عناصر مصنوعی آن، مانند سیستم کنترل و طراحی فرآیند تمرکز داشت . [12] تحولات در مهندسی شیمی قبل و بعد از جنگ جهانی دوم عمدتاً توسط صنعت پتروشیمی تحریک شد . [13] با این حال، پیشرفت هایی در زمینه های دیگر نیز حاصل شد. به عنوان مثال، پیشرفت در مهندسی بیوشیمی در دهه 1940 در صنعت داروسازی کاربرد پیدا کرد و امکان تولید انبوه آنتی بیوتیک های مختلف از جمله پنی سیلین و استرپتومایسین را فراهم کرد . [14] در همین حال، پیشرفت در علم پلیمر در دهه 1950 راه را برای "عصر پلاستیک ها" هموار کرد. [15]

پیشرفت های ایمنی و خطر

نگرانی‌های مربوط به ایمنی تأسیسات تولید مواد شیمیایی در مقیاس بزرگ و تأثیرات زیست‌محیطی نیز در این دوره مطرح شد. بهار خاموش که در سال 1962 منتشر شد، خوانندگان خود را در مورد اثرات مضر DDT ، یک حشره کش قوی ، آگاه کرد . [16] فاجعه فلیکسبورو در سال 1974 در بریتانیا منجر به کشته شدن 28 نفر و همچنین خسارت به یک کارخانه شیمیایی و سه روستای مجاور شد. [17] فاجعه بوپال در هند در سال 1984 منجر به مرگ تقریباً 4000 نفر شد. [ نیاز به نقل از ] این حوادث، همراه با حوادث دیگر ، بر شهرت تجارت تأثیر گذاشت، زیرا ایمنی صنعتی و حفاظت از محیط زیست بیشتر مورد توجه قرار گرفت. [18] در پاسخ، IChemE ایمن را ملزم کرد که بخشی از هر دوره مدرکی باشد که پس از سال 1982 اعتبار بخشیده است. در دهه 1970، آژانس های قانونگذاری و نظارت در کشورهای مختلف مانند فرانسه، آلمان و ایالات متحده تأسیس شدند. [19] با گذشت زمان، کاربرد سیستماتیک اصول ایمنی در کارخانه‌های شیمیایی و سایر فرآیندها به عنوان یک رشته خاص در نظر گرفته شد که به عنوان ایمنی فرآیند شناخته می‌شود . [20]

پیشرفت اخیر

پیشرفت‌ها در علوم کامپیوتر کاربردهایی را برای طراحی و مدیریت کارخانه‌ها، ساده کردن محاسبات و نقشه‌هایی که قبلاً باید به صورت دستی انجام می‌شد، پیدا کرد. تکمیل پروژه ژنوم انسانی نیز به عنوان یک پیشرفت بزرگ تلقی می شود که نه تنها مهندسی شیمی را پیش می برد، بلکه مهندسی ژنتیک و ژنومیک را نیز پیش می برد. [21] اصول مهندسی شیمی برای تولید توالی های DNA در مقادیر زیاد استفاده شد . [22]

مفاهیم

مهندسی شیمی شامل کاربرد چندین اصل است. مفاهیم کلیدی در زیر ارائه شده است.

طراحی و ساخت کارخانه

طراحی مهندسی شیمی به ایجاد طرح‌ها، مشخصات و تحلیل‌های اقتصادی برای نیروگاه‌های آزمایشی ، کارخانه‌های جدید یا تغییرات کارخانه مربوط می‌شود. مهندسان طراح اغلب در نقش مشاوره کار می کنند و کارخانه هایی را برای رفع نیازهای مشتریان طراحی می کنند. طراحی توسط عوامل متعددی از جمله بودجه، مقررات دولتی و استانداردهای ایمنی محدود شده است. این محدودیت‌ها انتخاب فرآیند، مواد و تجهیزات کارخانه را دیکته می‌کنند . [23]

ساخت کارخانه توسط مهندسان پروژه و مدیران پروژه، [24] بسته به اندازه سرمایه گذاری هماهنگ می شود. یک مهندس شیمی ممکن است کار مهندس پروژه را به صورت تمام وقت یا بخشی از وقت انجام دهد که به آموزش و مهارت های شغلی اضافی نیاز دارد یا به عنوان مشاور گروه پروژه عمل می کند. در ایالات متحده تحصیل فارغ‌التحصیلان مهندسی شیمی از برنامه‌های کارشناسی معتبر توسط ABET معمولاً بر آموزش مهندسی پروژه تأکید نمی‌کند، که می‌تواند با آموزش تخصصی، به‌عنوان دوره‌های انتخابی یا دوره‌های تحصیلات تکمیلی به دست آید . مشاغل مهندسی پروژه یکی از بزرگترین کارفرمایان مهندسین شیمی هستند. [25]

طراحی و تحلیل فرآیند

عملیات واحد یک مرحله فیزیکی در یک فرآیند مهندسی شیمی فردی است. عملیات واحد (مانند تبلور ، فیلتراسیون ، خشک کردن و تبخیر ) برای آماده سازی واکنش دهنده ها، خالص سازی و جداسازی محصولات آن، بازیافت واکنش دهنده های مصرف نشده و کنترل انتقال انرژی در راکتورها استفاده می شود. [26] از سوی دیگر، یک فرآیند واحد معادل شیمیایی یک عملیات واحد است. در کنار عملیات واحد، فرآیندهای واحد یک عملیات فرآیندی را تشکیل می دهند. فرآیندهای واحد (مانند نیتراسیون ، هیدروژناسیون و اکسیداسیون شامل تبدیل مواد به وسیله بیوشیمیایی ، ترموشیمیایی و سایر روش‌ها می‌شود. مهندسان شیمی مسئول این موارد مهندسان فرآیند نامیده می‌شوند . [27]

طراحی فرآیند مستلزم تعریف انواع و اندازه تجهیزات و همچنین نحوه اتصال آنها و مواد ساخت و ساز است. جزئیات اغلب بر روی نمودار جریان فرآیند چاپ می شوند که برای کنترل ظرفیت و قابلیت اطمینان یک کارخانه شیمیایی جدید یا موجود استفاده می شود.

تحصیلات مهندسین شیمی در دوره اول کالج 3 یا 4 ساله بر اصول و شیوه های طراحی فرآیند تاکید دارد. از همین مهارت ها در کارخانه های شیمیایی موجود برای ارزیابی کارایی و ارائه توصیه هایی برای بهبود استفاده می شود.

پدیده های حمل و نقل

مدل سازی و تحلیل پدیده های حمل و نقل برای بسیاری از کاربردهای صنعتی ضروری است. پدیده های حمل و نقل شامل دینامیک سیالات ، انتقال حرارت و انتقال جرم هستند که به ترتیب عمدتاً توسط انتقال تکانه ، انتقال انرژی و حمل و نقل گونه های شیمیایی کنترل می شوند . مدل‌ها اغلب ملاحظات جداگانه‌ای برای پدیده‌های سطح ماکروسکوپی ، میکروسکوپی و مولکولی دارند. بنابراین، مدل‌سازی پدیده‌های حمل و نقل نیازمند درک ریاضیات کاربردی است. [28]

کاربردها و تمرین

دو صفحه تخت کامپیوتر که یک برنامه مدیریت فرآیند کارخانه را نشان می دهد
مهندسان شیمی از رایانه ها برای کنترل سیستم های خودکار در کارخانه ها استفاده می کنند [29]

مهندسان شیمی روش های اقتصادی استفاده از مواد و انرژی را توسعه می دهند. [30] مهندسان شیمی از شیمی و مهندسی برای تبدیل مواد خام به محصولات قابل استفاده مانند دارو، پتروشیمی و پلاستیک در مقیاس بزرگ صنعتی استفاده می کنند. آنها همچنین در زمینه مدیریت زباله و تحقیقات شرکت دارند . [31] [32] هر دو جنبه کاربردی و تحقیقاتی می توانند استفاده گسترده ای از رایانه داشته باشند. [29]

مهندسان شیمی ممکن است در تحقیقات صنعتی یا دانشگاهی شرکت کنند، جایی که وظیفه طراحی و اجرای آزمایش‌ها، با افزایش واکنش‌های شیمیایی نظری، برای ایجاد روش‌های بهتر و ایمن‌تری برای تولید، کنترل آلودگی و حفظ منابع دارند. آنها ممکن است به عنوان مهندس پروژه در طراحی و ساخت کارخانه ها مشارکت داشته باشند . مهندسان شیمی که به عنوان مهندسان پروژه خدمت می کنند از دانش خود در انتخاب روش های تولید بهینه و تجهیزات کارخانه برای به حداقل رساندن هزینه ها و به حداکثر رساندن ایمنی و سودآوری استفاده می کنند. پس از ساخت کارخانه، مدیران پروژه های مهندسی شیمی ممکن است در ارتقای تجهیزات، عیب یابی و عملیات روزانه در نقش های تمام وقت یا مشاوره مشارکت داشته باشند. [33]

همچنین ببینید

موضوعات مرتبط

زمینه ها و مفاهیم مرتبط

انجمن ها

مراجع

  1. ^ کوهن 1996، ص. 172.
  2. ^ کوهن 1996، ص. 174.
  3. ↑ سویندین، ن. (1953). "سخنرانی یادبود جورج ای دیویس". معاملات موسسه مهندسین شیمی . 31 .
  4. ↑ Flavell-While، Claudia (2012). "مهندسین شیمی که جهان را تغییر دادند: با بابا را ملاقات کنید" (PDF) . مهندس شیمی . 52-54. بایگانی شده از نسخه اصلی (PDF) در 28 اکتبر 2016 . بازبینی شده در 27 اکتبر 2016 .
  5. ↑ رینولدز 2001، ص. 176.
  6. ^ کوهن 1996، ص. 186.
  7. ^ پرکینز 2003، ص. 20.
  8. ^ کوهن 1996، ص. 185.
  9. ^ اوگاوا 2007، ص. 2.
  10. ^ پرکینز 2003، ص. 29.
  11. ^ پرکینز 2003، ص. 30.
  12. ^ پرکینز 2003، ص. 31.
  13. ^ رینولدز 2001، ص. 177.
  14. ^ پرکینز 2003، صفحات 32-33.
  15. ^ کیم 2002، ص. 7S.
  16. ↑ دان، راب (31 مه 2012). "در گذشته: بهار خاموش". طبیعت . 485 (7400): 578-579. Bibcode :2012Natur.485..578D. doi : 10.1038/485578a . ISSN  0028-0836. S2CID  4429741.
  17. ↑ بنت، سیمون (1 سپتامبر 1999). "فاجعه به عنوان اکتشافی؟ مطالعه موردی". مجله مدیریت اضطراری استرالیا . 14 (3): 32.
  18. ^ کیم 2002، ص. 8S.
  19. ^ پرکینز 2003، ص. 35.
  20. ^ CCPS (2016). مقدمه ای بر ایمنی فرآیند برای دانشجویان و مهندسین . هوبوکن، نیوجرسی: جان وایلی و پسران . شابک 978-1-118-94950-4.
  21. ^ کیم 2002، ص. 9S.
  22. ^ موسسه مهندسین شیمی آمریکا 2003a.
  23. ^ Towler & Sinnott 2008, pp. 2-3.
  24. ^ هربست، اندرو؛ Hans Verwijs (19-22 اکتبر). "مهندسی پروژه: هماهنگی بین رشته ای و کنترل کیفیت مهندسی کلی". Proc. کنفرانس سالانه IAC انجمن آمریکایی مدیریت مهندسی 1 ( ISBN 9781618393616 ): 15–21 
  25. ↑ «مهندسین شیمی چه کار می کنند؟». بایگانی شده از نسخه اصلی در 2014-05-02 . بازیابی شده در 2015-08-23 .
  26. ↑ McCabe, Smith & Hariott 1993, p. 4.
  27. ^ سیلا 2003، صفحات 8-9.
  28. ↑ Bird, Stewart & Lightfoot 2002, pp. 1-2.
  29. ^ ab Garner 2003, pp. 47-48.
  30. ^ مؤسسه مهندسین شیمی آمریکا 2003، مقاله III.
  31. ↑ سوریانو-مولینا، پ. گارسیا سانچز، جی ال. مالاتو، اس. Plaza-Bolaños، P. آگوئرا، آ. سانچز پرز، JA (05-11-2019). "در مورد طراحی و بهره برداری از راکتورهای باز خورشیدی فتو-فنتون برای حذف آلاینده های نگران کننده از پساب های WWTP در pH خنثی". کاتالیز کاربردی B: محیطی . 256 : 117801. Bibcode :2019AppCB.25617801S. doi :10.1016/j.apcatb.2019.117801. ISSN  0926-3373. S2CID  195424881.
  32. ↑ نیتو-ساندووال، جولیا؛ گومز هررو، استر؛ مونوز، ماکارنا؛ دی پدرو، زهرا م. Casas, Jose A. (15-09-2021). "رآکتور غشایی کاتالیزوری بر پایه پالادیوم برای هیدرودکلره با جریان مداوم میکروآلاینده های کلردار". کاتالیز کاربردی B: محیطی . 293 : 120235. Bibcode :2021AppCB.29320235N. doi :10.1016/j.apcatb.2021.120235. hdl : 10486/700639 . ISSN  0926-3373.
  33. ↑ گارنر 2003، صص 49-50.

کتابشناسی