هندسة كيميائية
الهندسة الكيميائية أو الهندسة الكيماوية Chemical Engineering، هي إحدى فروع الهندسة التي تطلبق العلوم الفيزيائية (مثل الكيمياء والفيزياء) والعلوم الحياتية (مثل علم الأحياء وعلم الأحياء الدقيقة والكيمياء الحيوية) مع الرياضيات والاقتصاد لإنتاج، تحويل، نقل، والاستخدام الصحيح للكيماويات، الخامات والطاقة. وتتعامل بشكل رئيسي مع الكيماويات، الطاقة وعمليات إنشائها و/أو تحويلها. يتعامل المهندسون الكيميائيون المعاصرون مع العمليات التي تحول المواد الخام أو الكيماويات إلى أشكال أخرى أكثر فائدة أو قيمة. ويتعاملون أيضاً مع المواد القيمة الرائدة والتقنيات المتعلقة - والتي عادة ما ترتبط بشكل وثيق بمجالات مثل هندسة النانو، خلايا الوقود والهندسة الحيوية.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
التاريخ
المفاهيم والابتكارات الجديدة
تطورات السلامة والمخاطر
مفاهيم
|
جزء من سلسلة عن |
|
المفاهيم
|
|
الفروع
|
|
غيرهم
|
|
'
|
يهتم المهندسون الكيميائيون بتطبيقات المعرفة المكتسبة من العلوم الأساسية والتجارب العملية، كما يهتمون بتصميم العمليات الصناعية وتطويرها وإدارة المصانع بهدف تحويلٍ آمنٍ واقتصادي للمواد الكيميائية الخام إلى منتجات نافعة. الهندسة الكيميائية هي العلم الهندسي ذو القاعدة الأوسع بين علوم الهندسة كلها، ويؤدي هذا إلى أن تكون المؤسسات والشركات في سعي دائم لتوظيف مهندسين كيميائيين في المجالات التقنية المتنوعة وفي مواقع الإشراف في أنواع الصناعات المختلفة. وتصنَّف رواتب الخريجين الحديثين من المهندسين الكيميائيين مع الرواتب العليا التي يتقاضاها خريجو الجامعات الحديثون.
إن المجالات الصناعية التي يشرف عليها المهندسون الكيميائيون واسعة جداً، تعد أهمها الصناعات الكيميائية والنفطية والبتروكيميائية. وتعتبر المملكة العربية السعودية مثلا من أكبر الدول في الإنتاج البتروكيميائي الذي يعتمد بشكل كبير على المهندسيين الكيميائيين.
كما إن الصناعات الغذائية والصيدلية، وهندسات الكيمياء الحيوية والطب الأحيائي هي مجالات تعتمد كثيراً على المهندسين الكيميائيين. ويضاف إلى ذلك التحكم بالتلوث والحد منه، وعلم التآكل البيئي والتحكم البيئي، وعلم الأتمتة وعلم الآلات وتطويرها، وعلم الفضاء والمواد النووية، وتقانة الحاسب ومعالجة البيانات، وغيرها كثير
تعنى الهندسة الكيمياوية بدراسة التصاميم الهندسية المتعلقة بالصناعات الكيمياوية المختلفة حيث ات التصميم الكيميائي يمثل هدف انتاجي وتجاري وهو عبارة عن علم تجميع المعلومات للوصول إلى التصميم الامثل من خلال اختيار العملية الصناعية وظروفها والمواد الكيميائية المستخدمة فيها والاجهزة اللازمة لاتمام العملية الصناعية.
وبسبب العدد الكبير للمواد الكيميائية التي يتم التعامل معها فإن التوجه للهندسة الكيميائية هو العمليات التي تتم على هذه المواد مثل: الطحن للمواد الصلبة أو الخلط ورغم تطور عدد كبير من العمليات الا أن المكانة الأولى لا زالت لعملية التقطير ولعمليات أخرى مثل البلورة والترشيح والتذويب والاستخلاص، وفي أي عملية يكون اهتمام المهندس الكيميائي بالعملية منطلقا من أربع مبادئ أساسية:
- قانون حفظ المادة (موازنة كمية المواد الداخلة إلى الوحدة والخارجة منها والمتراكمة في الوحدة والمتحولة أثناء التفاعل).
- قانون حفظ الطاقة (موازنة الطاقة المستهلكة في الوحدة والناتجة عنها).
- قانون الاتزان الكيميائي.
- مبدأ التفاعلات الكيمائية.
إضافة إلى مسؤولية المهندس الكيميائي في تنظيم ترتيب وتتابع الوحدات بشكل صحيح وحساب الجدوى الاقتصادية لكامل العمليات الداخلة في الانتاج.
وتنقسم العمليات في التصنيع إلى تصنيع متقطع (بالخلطة) أو المستمر حيث ان التصنيع المستمر يعطي كفاءة أعلى ولكن تصميم الخطوط والتحكم بها يكون على درجة أعلى من الصعوبة ولذا كان المهندسين الكيميائين من أول الذين طبقوا أنظمة التحكم الأوتومانيكية في تصميماتهم.
هندسة التفاعلات الكيميائية
تُعنى الهندسة الكيميائية في عمليات وظروف ادارة المحطات لضمان التشغيل الأمثل للمحطة. ينشيء مهندسو التفاعل الكيميائي نماذج تحليل وتصميم المفاعلات باستخدام البيانات المخبرية والمتغيرات الفيزيائية، مثل الديناميكا الحرارية الكيميائية، لحل المشكلات وتوقع أداء المفاعل.[1]
تصميم محطة
يُعنى تصميم الهندسة الكيميائية بإنشاء الخطط، المواصفات، والتحليل الاقتصادي للمحطات التجريبية، المحطات الجديدة أو تعديلات المحطات. عادة ما يعمل مهندسو التصميم في دور استشاري، واضعين تصميم محطات تلبي احتياجات العملاء. التصميم يكون محدود بعدد من العوامل، منها التمويل، التنظيمات الحكومية ومعايير السلامة. تتحكم هذه القيود في اختيار عمليات، خامات ومعدات المحطة.[2]
تصميم العملية
عمليات الوحدة هي خطوة فيزيائية ضمن عمليات الهندسة الكيميائية الفردية. عمليات الوحدة (مثل البلورة، الترشيح، التجفيف، والتبخير)، تستخدم لإعداد الكواشف الكيميائية، تنقية وفصل منتجاتها، إعادة تدوير الكواشف الغير مستهلة، والتحكم في نقل الطاقة في المفاعلات.[3] عمليات الوحدة (مثل النترنتة والأكسدة) تنطوي على تحويل الخامات بطرق كيميائية حيوية، كيميائية حرارية وطرق أخرى أخرى. المهندسون الكيميائيون المسئولون عن تلك العمليات يطلق عليهم مهندسو العمليات.[4]
ظاهرة النقل
تحدث ظاهرة النقل في كثير من الأحيان ضمن المشكلات الصناعية. تشمل ديناميكا السوائل، نقل الحرارة ونقل الكتلة، والتي تُعنى بشكل رئيسي بنقل زخم الحركة، نقل الطاقة ونقل الأنواع الكيميائية على الترتيب. المعادلات الأساسية لوصف الظواهر الثلاثة على المستويات macroscopic، المجهرية والجزيئية متشابهة للغاية. ومن ثم، الإلمام بظاهرة النقل يستلزم الإلمام بالرياضيات.[5]
التطبيقات والممارسة
الحقول والموضوعات المتعلقة
اليوم، مجال الهندسة الكيميائية هو تخصص متنوع، يغطي مجالات تتنوع من التقنية الحيوية وهندسةالنانو إلى معالجة المعادن.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
انظر أيضاً
المصادر
- ^ Carberry 2001, pp. 1–2.
- ^ Towler & Sinnott 2008, pp. 2–3.
- ^ McCabe, Smith & Hariott 1993, p. 4.
- ^ Silla 2003, pp. 8–9.
- ^ Bird, Stewart & Lightfoot 2002, pp. 1–2.
- ^ Garner 2003, pp. 47–48.
المراجع
- American Institute of Chemical Engineers (2003-01-17), AIChE Constitution, http://www.aiche.org/About/WhoWeAre/Governance/Constitution.aspx, retrieved on 2011-08-13.
- Bird, R. Byron; Stewart, Warren E.; Lightfoot, Edwin N. (2002), Kulek, Petrina, ed., Transport Phenomena (2nd ed.), United States: John Wiley & Sons, قالب:LCC,, ISBN 0-471-41077-2, http://books.google.com/books?id=L5FnNlIaGfcC.
- Carberry, James J. (2001-07-24), Chemical and Catalytic Reaction Engineering, McGraw-Hill Chemical Engineering Series, Canada: General Publishing Company, قالب:LCC,, ISBN 0-486-41736-0, http://books.google.com/books?id=arJLaKa4yDQC.
- Cohen, Clive (June 1996), "The Early History of Chemical Engineering: A Reassessment", Br. J. Hist. Sci. (Cambridge University Press) 29 (2), doi:, Archived from the original on 2012-06-01, https://web.archive.org/web/20120601010443/http://www.ruf.rice.edu/~che/links/The%20early%20history%20of%20chemical%20engineering-%20a%20reassessment.pdf.
- Engineering the Future of Biology and Biotechnology, Rice University, Archived from the original on 2010-07-25, https://web.archive.org/web/20100725005612/http://www.ruf.rice.edu/~che/research/white_paper_1.html, retrieved on 2011-08-07.
- Garner, Geraldine O. (2003), Careers in engineering, VGM Professional Career Series (2nd ed.), United States: McGraw-Hill, قالب:LCC,, ISBN 0-07-139041-3, http://books.google.com/books?id=6-c4P223B1YC.
- Kim, Irene (January 2002), "Chemical engineering: A rich and diverse history", Chemical Engineering Progress (Philadelphia: American Institute of Chemical Engineers) 98 (1), ISSN 0360-7275, http://www.clarkson.edu/~wilcox/Design/evolvche.pdf.
- McCabe, Warren L.; Smith, Julian C.; Hariott, Peter (1993), Clark, B.J.; Castellano, Eleanor, eds., Unit Operations of Chemical Engineering, McGraw-Hill Chemical Engineering Series (5th ed.), Singapore: McGraw-Hill, قالب:LCC,, ISBN 0-07-044844-2.
- Ogawa, Kōhei (2007), "Chapter 1: Information Entropy", Chemical engineering: a new perspective (1st ed.), Netherlands: Elsevier, ISBN 978-0-444-53096-7, http://books.google.com/books?id=3oWkzyazNCgC.
- Perkins, J.D. (2003), "Chapter 2: Chemical Engineering — the First 100 Years", in Darton, R.C.; Prince, R.G.H.; Wood, D.G., Chemical Engineering: Visions of the World (1st ed.), Netherlands: Elsevier Science, ISBN 0-444-51309-4, http://www.scribd.com/doc/7011048/Chemical-Engineering-the-First-1-O0-Years.
- Reynolds, Terry S. (2001), "Engineering, Chemical", in Rothenberg, Marc, History of Science in United States: An Encyclopedia, New York City: Garland Publishing, قالب:LCC,, ISBN 0-8153-0762-4, http://books.google.com/books?id=K1fXRZIosJMC.
- Silla, Harry (2003), Chemical Process Engineering: Design and Economics, New York City: Marcel Dekker, ISBN 0-8247-4274-5, http://books.google.com/books?id=lWmIX0r-XggC.
- American Institute of Chemical Engineers (2003a), "Speeding up the human genome project", Chemical Engineering Progress (Philadelphia) 99 (1), ISSN 0360-7275, http://www.clarkson.edu/~wilcox/Design/evolvche.pdf.
- Towler, Gavin; Sinnott, Ray (2008), Chemical engineering design: principles, practice and economics of plant and process design, United States: Elsevier, ISBN 978-0-7506-8423-1, http://books.google.com/books?id=EkK8X54BsTIC.