۲۰ اردیبهشت ۱۳۹۳
 
نوشته شده توسط : مدیر

تعریف های گوناگون مهندسی شیمی

یکی از تعریف های مهندسی شیمی،آن را علمی که ناظر بر چگونگی طراحی و بهره برداری از صنایع شیمیایی است ،می داند.

تعریف بهتری که توسط ساوستوسکی۵ در سال ۱۹۸۱عنوان شده،چنین است:مهندسی شیمی،رشته ی اصلی و مهمی است که در آن فرایندهای سرعت انتقال سرما و جرم و اندازه حرکت، همراه با تغییرات شیمیایی ، با معدله های بقای مربوط به آنها و قوانین ترمو دینامیک ترکیب یافته اند تا درک رفتار دستگاه و واحد های فرایندی را فراهم اورد .

تعریف سوم را میتوان به این شکل بیان کرد: وظیفه ی مهندسی شیمی ، باور کردن نتایج بدست امده از پژوهش های شیمی دان ها در آزمایگاه ، با احداث واحد کارخانه کوچک ( پایلوت) و در نهایت  واحد صنعتی است . ماده ی ساخته شده در آزمایش گاه وارد بازار نمی شود، مگر آنکه توسط مهندسی شیمی فرابند تولید آن به طور کامل تحلیل شده ، روش تهیه و کاربرد آن از دیدگاه اقتصادی و ایمنی بررسی کامل شود . سپس یک کارخانه ی کوچک تولیدی تهیه می شود وپس از آن ، در صورتی که مشکلی نداشته باشد یک کارخانه تولید صنعتی احداث می شود .

توسعه و پیشرفت موثر فرایند های شیمیایی نیازمند همکاری شیمی دان ها و مهندس های شیمی است  تا هریک، از دیدگاه خود فرایند را مورد بررسی قرار دهتد . شیمی دان ها بیشتر علاقه مندند تا ترکیب ها ، مواد شیمیایی ، کاتالیزگر و شریط بهینه را که به یک یا چند فراورده می انجامد ، در یک آزمایشگاه شناسایی کند . در حالی که ، مهندس های شیمی خواستار بررسی عمیق عملیاتی ، اقتصادی و ایمنی تجهیزات در مقیاس بزرگ هستند . بنابراین چنانچه هرکدام از آنها تنها از دیدگاه خود به مسئله نگاه کنند نه شیمی دان ها توانایی بزرگ مقیاس نمودن تولید فراورده ها و مواد شیمیایی را دارند نه مهندس های شیمی می توانند اطلاعات علمی کافی را در مورد مواد شیمیایی بدست آورند. همچنین توانایی شیمی دان ها انجام واکنش ها در مقیاس آزمایشگاهی است و موافق با تغییر اندازه افزایش املیاتی فرایند نیست . در حالی ک مهندسی شیمی علاقه ای به تولید آزمایشگاهی نداشته، موافق با تغییر اندازه و تولید فراورده در مقیاس بزرگ است بنابراین برای ارتباط بیشتر این دو گروه نیاز به یک حالته میانه است که درآن باید هم شیمی دان ها و هم مهندس های شیمی حضور داشته باشند تا اطلاعات علمی هم در مقیاس بزرگتر از ازمایشگاه ، و هم در اندازه کوچکتر از مقیاس صنعتی بدست اید . این امر ، باعث حذف حلقه ی گمشده میان شیمی مهندسی شیمی می شود . این حلقه ی گمشده در فرایند های شیمیایی ، با ایجاد کارگاه کوپک تولیدی (پایلوت) پیدا می شود. در این مرحله با همکاری این دو رشته مهندسی شیمی از کمیت و کیفیت مرحله تولید در آزمایشگاه آگاه می شود و بهتر می تواند طراحی خود را برای مقیاس صنعتی انجام دهد . شیمی دان ها نیز ضمن آشنایی با مراحل گوناگون صنعتی، می توانند نتیجه کار های خود را ببینند و در صورت نیاز، برخی از مراحل تولید را با تغییر شرایط آزمایش و فرایند تولید برطرف سازند .

نقش مهندسی شیمی به عنوان طراح

به دلیل وجود وظایف متعدد در عملیات طراحی ، در بسیاری از موارد، از مهندسی شیمی به عنوان مهندس طراح یاد می شود . طراحی فرایند های شیمیایی به مفهوم طراحی دستگاه ها و تسهیلات لازم برای انجام فرایند است . مفهوم طراحی کارخانه توسط برخی از مهندس های شیمی ، به مواردی محدود میشود که بطور مستقیم با یک کارخانه ی کامل مانند جانمایی، امکانات خدمات عمومی و محل قرار گرفتن کارخانه مربوط باشند .

مهندسی شیمی یا مهندس فرایند ، ممکن است به طور مستقیم با طراحی تفصیلی دستگاه ها در ارتباط نباشد ولی آشنایی با اصول علمی فرایند های شیمیایی او را قادر به طراحی فرایندی دستگاه مورد نظر نماید .

طرحی هر فرایند مراحل بسیار گوناگونی دارد که سر آغاز آن ها تعیین ایده ی اصلی است . این ایده می تواند از بخش فورش و در نتیجه تقاضای مشتری یا بررسی هر فراورده ی رقابتی سرچشمه گیرد یا آنکه می تواند به طور خود به خود توسط شخصی ارائه شود  که با اهداف و نیازهای شزکت های خاص آشناست هم چنین می تواند نتیجه ی برنامه ی منظم تحقیقاتی ، یا بخشی از چنین برنامه ای باشد . بخش عملیاتی یک شرکت می تواند ماده ی شیمیایی تازه یا اصلاح شده ای را به عنوان فراورده ی حد واسط معرفی کند، یا بخش مهندسی شرکت می تواند فرایندی تازه یا فرایند های موجود اصلاح شده را برای تولید فراورده های جدید ارائه دهد. در همه ی این موارد، اگز بررسی های اولیه نشان دهد که فکر مورد نظر می تواند به پروژه ای ارزشمند ، برنامه ی تحقیق و بررسی مقدماتی در این زمینه اغاز خواهد شد . در آغاز بررسی کلی در مورد احتمالات ایجاد یک فرایند موفق ، با در نظر گرفتن عملیات فیزیکی ، شیمیایی و جنبه های اقتصادی انجام می گیرد. در مرحله ی بعدی تغییرات لازم برروی فرایند صورت می گیرد که شامل بررسی مفدماتی بازار و آزمایش های انجام شده در مقیاس آزمایشگاهی و تولید نمونه های اولیه از فراورده هاست . هنگامی که توانایی های فرایند به طور نسبی تعیین شد . پروژه برای توسعه آماده است . در این زمان با مسوولیت مستقیم مهندس شیمی ، یک واحد نیمه صنعتی یا شبه کارخانه ای می تواند طرحی و ساخته شود .واحد نیمه صنعتی،نمونه ای کوچک از کارخانه ی نهایی است.

داده های طراحی و اطلاعات دیگر فرایند را مهندس شیمی در همین مرحله به دست می آورد .این اطلاعات به عنوان مبنایی برای انجام فازهای دیگر پروژه ی طراحی ،به کار می ورد.هم چنین بررسی کامل بازار انجام شده،نمونه ای از فراورده ی نهایی به مشتریان ارایه می شود تا مرغوبیت کالا و مناسب بودن بازار فروش آن تعیین شود.یک مهندس شیمی با تجربه ،باید بتواند اشکالات موجود در طراحی فرایند را پیش از مرحله ی نهایی پروژه برطرف کند.

طراحی بهینه

از جمله وظایف مهندسی شیمی طراحی بهینه ی کارخانه است.به طورمعمول ،روش های متعددی برای هر فرایند یا عملیات شیمیایی وجود دارد.برای نمونه،فرمالدهید را می توان از هیدروژن زدایی کاتالیزگری متانول توسط اکسایش کنترل شده ی گاز طبیعی،یا از واکنش مستقیم کربن مونوکسید و هیدروژن در شرایط خاص دما و فشار به همراه کاتالیزگر تهیه کرد. در هر یک از این فرایند ها متغیر هایی مانند ترکیب مخلوط گاز،دما،فشار و انتخاب کاتالیزگر وجود دارد . در این جا،نقش مهندسی شیمی انتخاب بهترین فرایند و مشارکت در طراحی تجهیزات و روش هایی است که بهترین نتایج را در بر داشته باشد.

به طور معمول ،مهندس شیمی نیازمند اطلاعات جدید است که آن ها را از منابع متعددی از جمله نشریه های جدید،بررسی عملیات فرایند کارخانه های موجود ،داده های به دست آمده از آزمایشگاه و واحد نیمه صنعتی به دست می اورد .جمع آوری و بررسی همه ی اطلاعات به دست آمده چنان اهمیتی دارد که مهندس های شیمی در قالب مشاوران یا راهنماهای گروه پژوهشی ،در توسعه ی هر فرایند جدید یا بازنگری آن شرکت می کنند. در این حالت یک مهندس شیمی می تواند همواره گروه پژوهشی را در مورد چگونگی فراهم آورده مقدار چشم گیری از داده های با ارزش طراحی،راهنمایی کند.

مهندسی شیمی همواره در صدد دستیابی به طراحهای کاملا جدید است. تلاش در جهت درک عوال کنترل کنده ی فرایند،چه عوامل فیزیکی و چه شیمیایی،پیشنهاد روش های جدید یا پیشرفته ی سودمند است.برای نمونه،فرایند های صنعتی نیترودار شدن آروماتیک و الکیل دار شدن ایزوبوتان را با اولفینها برای تولید بنزین های دارای عدد اوکتان بالا در نظر بگیرید. هر دو واکنش ،دو فاز مایع امتزاج ناپذیر دارند و مراحل انتقال جرم توسط سرعت واکنش کنترل می شود.ترکیب های آروماتیک نیترودار،به طور معمول با بازده ی بالا تولید می شود (۹۹%).اما آلکیل دار شدن ایزوبوتان ،شامل واکنش های جانبی زیادی و شیمی پیچیده ای است که درک آن دشوار است.نمونه ی دیگر از طرح هایی که توسط مهندس شیمی پایه گذارمی شود،طراحی و ساخت دستگاه های دیالیز کلیه یا سیستم های کلیه ی مصنوعی است.هم اکنون در این تجهیزات از غشای ساخته است درک درست از دینامیک خون،تاثیر متقابل خون و مواد ،انتقال آب و مواد حل شونده از میان غشاهای بسیاری سنتز شده،بوده است .

نقش مهندس شیمی به عنوان کارشناس اقتصادی

اصطلاح “طراحی کارخانه “،بی درنگ کاربردهای صنعتی را یادآور می شود .اگر چه که هنگام طراحی هر کارخانه جنبه های نظری و عملی اهمیت دارد،ولی در بررسی نهایی،پاسخ به پرسش “آیا از فعالیت سودی نیز به دست خواهد آمد؟”همواره ارزش طراحی را نشان می دهد. بنابراین مهندس شیمی باید به طراحی کارخانه و اقتصاد کاربردی به عنوان یک موضوع تلفیق شده توجه داشته باشد.می توان وظایف مهندس شیمی را این چنین خلاصه کرد:

۱)وجود ایده ی اصلی،

۲)بررسی مقدماتی از دید اقتصادی و بازار فروش،

۳)توسعه داده های مورد نیاز برای طراحی نهایی،

۴)ارزیابی اقتصادی نهایی،

۵)طراحی مهندسی تفصیلی،

۶)تهیه ی اقلام ،

۷)نصب،

۸)راه اندازی آزمایشگاه،

۹)تولید.

این طرح اجمالی نشان می دهد که طراحی کارخانه نیازمند آگاهی از موضوع های است از جمله:تحقیق و بررسی بازده ،طراحی قطعه های دستگاه ها،برآورد قیمت ها،برنامه ریزی رایانه ای و بررسی محل قرار گرفتن کارخانه……..

در واقع،خدمات مهندس شیمی در هر مرحله از طرح ،به عنوان جهت دهنده ی اصلی یا مشاور کلیدی مورد نیاز است.مهندسی فرایند،مواد لازم در رابطه با محاسبه سرعت برگشت سرمایه ،برای تایید انجام پروژه را بر عهده دارد. ولی در هر صورت برای این که طراحی یک پروژه را بر عهده دارد.ولی در هر صورت برای این که طراحی یک پروژه موفقیت آمیز باشد برقراری ارتباط بین گروه های مختلف مهندس هایی که در بخش های گوناگون پروژه کار می کند نیز مورد نیاز است.

مهندس شیمی (مهندس فرایند)با تجربه باید بتواند موارد غیر قابل سود دهی پروژه را پیش از رسیدن به مرحله ی نهایی،حذف کند.درباره ی انجام سرمایه گذاری در مورد یک طرح خاص ،مهندس شیمی باید اطمینان یابد که همه ی عوامل ممکن را هنگام بررسی هزینه ،در نظر گرفته است.این هزینه ها عبارتند از:هزینه های ثابت و هزینه های مستقیم تولید برای ماده ای اولیه ،نیروی انسانی،نگهداری،انرژی و تسهیلات جانبی .همراه با این هزینه ها،باید هزینه های مربوط به امور اداری ،توزیع فراورده های نهایی و مواد گوناگون دیگرنیز در نظر گرفته شود.مهندس شیمی ،اغلب طراحی نهایی را بر اساس وضعیتی ارایه می دهد که کم ترین هزینه ی کل را در بر دارد.در بسیاری از حالت ها،طراحی های مختلف،به نتیجه یا فراورده ی دقیقا یکسانی منجر خواهد شد که در نظر گرفتن کیفیت فراورده یا عملیات ،همانند هزینه ی کل اهمیت دارد. هنگامی که یک مهندس شیمی در مورد طراحی بهیته از دید اقتصادی صحبت می کند،به طور معمول ،ارزان ترین مورد انتخابی از بین تعدادی از طرح های یکسان را در نظر دارد که در واقع همان حداکثر سود در زمان،یا حداقل هزینه در واحد فراورده است.

آینده ی مهندس شیمی

دورنمای روش مهندس شیمی را می توان در گسترش چندین بخش خلاصه کرد:

آ)زیست فناوری و علوم زیستی

ب)چند سازه ها و سرامیک های پیشرفته

پ)مهندسی فراورده

آ)بدون شک یافتن میکروارگانیسم ها،آنزیم ها و به طور کلی موجودات میکروسکوپی که نقش های مختلفی در تولید ،خالصسازی،و تجزیه ی مواد شیمیایی دارند،جایگزین فرایند های موجود شیمیایی خواهند شد .زیرا با این روش،از دیدگاه اقتصادی،تولید فراورده های شیمیایی،به صرفه تر و با آلودگی زیست محیطی کم تر همراه خواهد بود.هم اکنون با کمک میکروارگانیسم ها،بهینه سازی فرایند هایی در حال انجام است که در آینده با افزایش دانش در زمینه ی علوم مرتبط ،دست یابی به هدف مورد نظر راحت تر است. در واقع ،مهندسی شیمی آینده را باید مهندسی فرایندهای زیست فناوری نامید.

ب)تولید چند سازه ها را می توان از مواد مهندسی شیمی پیشرفته دانست که در سالهای اخیر ،گسترش چشم گیری یافته است و امید می رود در تولید قطعه های سفینه های فضایی ،ماهواره ها و تجهیزات پیشرفته ی صنایع هسته ای،از این مواد و هم چنین سرامیک های پیشرفته در مقادیر بالا آینده ی بالا آینده روشنی پیش رو باشد

پ)مهندسی فراورده،از جمله مواردی است که هم اکنون آغاز شده و در جریان است.یعنی اگر بخواهیم ماده ی شیمیایی را با ویژگی خاص از دیدگاه فرمول بندی و خواص فیزیکی منحصر به فرد تولید کنیم باید مبنای طراحی را تغییر دهیم.ممکن است راکتورهای در نظر گرفته شده برای تولید فراورده ی مورد نظر ،شرایط ناشناخته ای داشته باشند.با شبیه سازی ابندایی فراورده ،انجام آزمایش ها ،تولید نیمه صنعتی و سرانجام تولید نیمه صنعتی فراورده های انجام خواهد شد .از جمله مواردی که در آینده ،برای مهندس شیمی مطرح است،کار در همین زمینه است .

به هر حال،کشور ما ،با داشتن ۳۵۰-۳۰۰میلیارد بشکه ذخیره ی نفت خام و معادل ۴۰میلیارد بشکه نفت خام،گاز طبیعی،یکی از نادرترین کشورهایی است که مواد اولیه ی فراورده های پتروشیمیایی  را در چار چوب یک برنامه ی علمی برای دوره ی طولانی (چند قرن)در اختیار دارد.منابع معدنی و غیر نفتی این کشور نیز صنایع معدنی را در خیلی از زمینه ها به مدت طولانی می تواند تغذیه کندو

برای بهره گیری درست از این منابع باید از مهندسی شیمی قوی در کشور برخوردار باشیم .



:: موضوعات مرتبط : شیمی
:: برچسب ها :
تاریخ انتشار : شنبه, ۲۰ اردیبهشت ۱۳۹۳ | بدون دیدگاه
 

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *



 
   
گرچه خسته ام گرچه دلشکسته ام بازهم گشوده ام درى به روى انتظارتابگويمت هنوزهم به آن صداى آشنا اميدبسته ام. اى توصاحب زمان! اى توصاحب زمين! دل جداز يادتوآشيانه اى خراب وبى صفاست يادسبزوروح بخش تو يادلطف بى نهايت خداست کوچه باغ سينه ام اى گل محمدى به عطرنامت آشناست آنکه درپى تونيست کيست؟ آنکه بى بهانه توزنده است درکجاست؟ صبحگاه جمعه هاآفتاب ياد توز «ندبه»هاى ماطلوع مى کند.آنکه شب پس ازدعابا سروداشتياق ونغمه اميدبادلى سفيدخواب رفته است روز رابه شوق ديدنت شروع مى کند.اى تومعنى اميدوآرزو!اى براى انتظار عاشقانه آبرو!عشقهاى پاک درميان خنده هاوگريه هاى عاشقان پيش عصمت الهى ات خضوع مى کند. اى بهانه اى براى زيستن! اشتياق همچوسبزه بهاره هرطرف دميده است.جمکران جلوه اى ازانتظاروشوق ماست اى بهارجاودان اى بهارآفرين مادرانتظارمقدم توييم اى اميد آخرين!