مهندسی شیمی چیست؟ 

تلگرام آرایشی بهداشتی تبلیغ کتاب شوینده ها

مهندسی شیمی چیست؟

نویسنده:

ehsan hosnani
گردآوری، ترجمه و نگارش: احسان حُسنانی
کارشناس ارشد مهندسی شیمی ، دانش آموخته دانشگاه صنعتی اصفهان


چکیده: مهندسی شیمی را می توان دانش طراحی فرایند برای صنایع شیمیایی، جهت تبدیل مواد اولیه به فرآورده های با ارزش افزوده تعریف نمود.
مهندسی شیمی شاخه ای از مهندسی است که به طراحی، ساخت و بهره برداری از ماشین آلات درکارخانجاتی می پردازد که در آنها با استفاده از واکنش های شیمیایی محصولات مفید ساخته می شود. مهندسان شیمی هم مثل سایر مهندسین از ریاضی، فیزیک و اقتصاد برای حل مشکلات فنی استفاده می کنند با این تفاوت که مهندسین شیمی، از علم شیمی نیز در کنار دیگر علوم ذکر شده استفاده می کنند.
همه مهندسین در زندگی خود لحظه هایی را به یاد دارند که سعی کرده اند شغل خود را برای یک دوست ویا یک فامیل شرح دهند .این تجربه برای همگی آنها بخصوص مهندسین شیمی بسیار دردناک بوده است . [1] این موضوع از آنجا ناشی می شود که مردم اغلب درک درستی از مهندسی ندارند به خصوص رشته « مهندسی شیمی » که تفاوت زیادی بین «معنای ظاهری» و«مفهوم باطنی» آن وجود دارد. لغت «مهندس شیمی(Chemical Engineer)» در ظاهر معانی زیر را به ذهن متبادر می سازد:
- شیمیدانی که می خواهد کلاس بگذارد!!
- یک شیمیدان خیلی خوب!
- یکی از گرایش های رشته شیمی !
- شیمیدانی که دستگاه می سازد.!(و یا طراحی می کند)
- شیمیدانی که به جای «آزمایشگاه» در «کارگاه» کار می کند.
در حالیکه یک مهندس شیمی قبل از آنکه یک شیمیدان باشد یک مهندس است. مهندسی که شیمی هم می داند. مهندسی که کشفیات آزمایشگاهی شیمیدانان را تا تولید در مقیاس صنعتی توسعه می دهد. مهندسی که فرایند طراحی می کند. مهندسی که تجهیزات (device and plant) برای فرایند های شیمیایی ،بیولوژیکی و زیست محیطی طراحی می کند. به عبارت دیگر مهندسی شیمی یکی از رشته های مهندسی است نه یکی از گرایش های رشته شیمی. تقریباً هر چیزی را که شما در زندگی روزمره به کار می برید – اعم از پلاستیک،فلز، پارچه، کاغذ، غذا، لوازم آرایش، دارو و … - به کمک مهندسین شیمی ساخته شده است .
این حرفه طیف وسیعی از فعالیتها را در بر می گیرد. به این دلیل نمی توان این رشته را به صورت عمومی در یک یا چند جمله به طور کامل تعریف نمود. زیرا با هر جمله ای که این رشته تعریف شود طیف وسیعی از قابلیتهای مهندسین شیمی ناگفته باقی خواهد ماند. در ضمن با گذشت زمان و به وجود آمدن جنبه های تازه قابلیت های مهندسین شیمی، این تعریف برای همیشه کامل نخواهد ماند.
چندین سال پیش انجمن مهندسین شیمی آمریکا تعریف زیر را برای «مهندسی شیمی» مرتکب شد!
تعریف رسمی انجمن مهندسین شیمی آمریکا (AIChE)
«کاربرد اصول علوم فیزیکی همراه با مبانی اقتصادی و روابط انسانی در زمینه هایی که مستقیماً به فرایندها و دستگاههایی که در آنها ماده به منظور تغییری در حالت یا مقدار انرژی و یا ترکیبش تحت عمل قرار گرفته می باشد»
اما توصیه می شود از این تعاریف خشک ورسمی در جواب به کسی که از شما در مورد «مهندسی شیمی» سؤال می کند دوری کنید. مثلاً برای این افراد می توان مهندسی شیمی را به این صورت تعریف نمود:
طراحی فرایند برای صنایع شیمیایی، جهت تبدیل مواد اولیه به فراورده های با ارزش افزوده.
ولی در همین جمله به ظاهر بسیار ساده مفاهیم ومجهولات زیادی وجود دارد و سؤالاتی ممکن است به ذهن، متبادر گردد.بدیهی است این تعریف جنبه های بسیاری از قابلیتهای مهندسی شیمی را پوشش نمی دهد. در این قسمت سعی شده تعدادی از این سؤالات مطرح شده وبه آنها پاسخ داده شود:
س- فرایند چیست ؟ تغییر حالتهای پی در پی سیستم را (از مرحله ماده اولیه تا تبدیل به فراورده) فرایند گویند. به عبارت دیگر مجموعه رویداد های پی در پی که در کل منجر به یک تغییر گردد را فرایند می گویند.
س- منظور از طراحی چیست ؟
منظور از طراحی در مهندسی شیمی تعیین مشخصات تجهیزات با استفاده از محاسبات ریاضی است. باید دقت شود که منظور از طراحی در مهندسی شیمی ساخت دستگاهها و تجهیزات و یا حتی تهیه نقشه ساخت آنها نیست بلکه این امور مربوط به تخصصهای زیر دست مهندسی شیمی می باشد. مثلاً
در طراحی مبدل حرارتی هدف تعیین سرعت انتقال حرارت، جهت جریانها، سرعت جریانها و… می باشد.
و یا در طراحی راکتور هدف حجم راکتور، نوع راکتور، زمان اقامت مواد در راکتور و… است.
و یا در طراحی برج تقطیر هدف تعیین سینی خوراک ظرفیت حرارتی ریبویلر و کندانسور و… است.
س- منظور از محاسبات ریاضی که در طراحی از آن استفاده می شود چیست ؟
در مهندسی شیمی پس از انتخاب سیستم باید حول آن موازنه بست، این موازنه می تواند موازنه جرم (جزئی و کلی)، موازنه انرژی ویا حتی موازنه ممنتم باشد، این کار معمولاً بر روی یک المان دیفرانسیلی انجام شده و نتیجه هریک از موازنه ها یک معادله دیفرانسیل است، پس از حل این معادله دیفرانسیل با استفاده از شرایط مرزی (یا معادلات دیفرانسیل که می توانند به صورت همزمان باشند) از طریق تحلیلی و یا عددی کمیتهای مورد نظر به دست آمده و تعیین می شوند. ویا فرمولی برای محاسبه آنها به دست می آید.
معادله دیفرانسیلی حاصل از موازنه حول یک المان دیفرانسیلی:
- موازنه ممنتم … = برای تعیین کمیت فشار P در نقطه با طول Z
- موازنه انرژی …= برای تعیین کمیت دما T در نقطه با طول Z
- موازنه جرم جزئی … = برای تعیین کمیت غلظت جزء A در نقطه با طول Z
- موازنه جرم کلی: همان قانون بقاء جرم است.


بسیاری از روابط و معادلات مهم در مهندسی شیمی با استفاده از این محاسبات به دست آمده اند.(قوانین پیوستگی و برنولی در مکانیک سیالات ،قانون فوریه در انتقال حرارت ،قانون فیک در انتقال جرم، قانون اول ترمودینامیک ، معادله عملکرد راکتور ها و… همگی از طریق این محاسبات به دست آمده اند) این محاسبات مبنای شبیه سازی های کامپیوتری هستند ونرم افزارهای شبیه ساز ریز و درشت، برنامه هایی کامپیوتری هستند که به دست همین مهندسین شیمی نوشته شده اند.در این برنامه های کامپیوتری ممکن است چندین معادله دیفرانسیل به صورت همزمان با استفاده از همان روشهایی که در درس « ریاضیات کاربردی در مهندسی شیمی » آموخته می شوند به صورت عددی حل شوند.
دروس مهندسی شیمی
•  حدود ۳۵ تا ۴۵ درصد از دروس دانشکده مهندسی شیمی با بقیه رشته های مهندسی یکسان است.
(۱۵% دروس عمومی،۲۰%دروس پایه(ریاضی و فیزیک)،۱۰% دروس مهندسی عمومی)
•  ۱۵ درصد از دروس مهندسی شیمی، مربوط به دانشکده شیمی است.
•  ۴۰ درصد از دروس مهندسی شیمی مربوط به دروس اصلی رشته(۲۵%) و اختصاصی و اختیاری مربوط به گرایش(۱۵%) است.
درس های مهندسی شیمی
درس های اصلی رشته مهندسی شیمی عبارتند از: موازنه ماده و انرژی ( آشنایی با مفاهیم مقدماتی مهندسی شیمی از جمله انتخاب سیستم و نوشتن موازنه حول آن )، ترمودینامیک (علم کار، انرژی و انتروپی )، مکانیک سیالات ( علمی که در مورد حرکت سیالات و اثر آن بر جامدات بحث می کند.)، انتقال حرارت، انتقال جرم (انتقال اجزاء موجود در مخلوطها و یا محلولها به منظورجداسازی آنها) ، سینتیک و طراحی راکتور، ریاضیات کاربردی در مهندسی شیمی(معرفی روشهای عددی وکامپیوتری حل مسائل مهندسی شیمی)،کنترل فرایندها، عملیات واحدهای صنعتی، واقتصاد وطراحی مهندسی .
گرایش های مهندسی شیمی : این رشته در مقطع کارشناسی دارای 8 گرایش به شرح زیر می باشد:
1- پالایش : دانش تبدیل نفت خام به فرآورده های نفتی.
2- پتروشیمی : دانش تبدیل شاخه ای از فرآورده های نفتی به فرآورده های غیرنفتی (از جمله پلیمرهای خام و دیگر محصولات پتروشیمی)
3- پلیمر : دانش تبدیل پلیمرهای خام (مثل PVC,PP,PE) به پلیمرهای صنعتی (مثل لاستیک، پلاستیک، چسب و رنگ و…)
4- صنایع گاز : دانش تبدیل گاز طبیعی به گاز قابل مصرف (شامل عملیات استخراج، پالایش، انتقال و…)
5- صنایع شیمیایی معدنی : دانش تبدیل مواد شیمیائی استخراج شده از معدن به محصولات شیمیایی معدنی (مثل محصولات ساختمانی(گچ ،سیمان ،کاشی و…)، اسیدها، بازها، نمکها، گازهای صنعتی (مثل کلر) و غیره
6- صنایع غذایی : دانش تبدیل مواد غذایی به محصولات غذایی مغذی تر وبا طعم بهتر.
7- طراحی فرآیندهای صنایع نفت : همانطور که از نام آن مشخص است در دروس اختصاصی واختیاری این گرایش باید مسائل مربوط به صنایع نفت مطرح شود.
8- بهره برداری از صنایع نفت: این گرایش با بقیه گرایشهای مهندسی شیمی تفاوتهای زیادی دارد بطوریکه می توان آن را رشته مستقلی دانست شامل دروسی مانند اکتشاف نفت، حفاری، مخازن هیدروکربنی وغیره است.
انتخاب گرایش ( «پلیمر» یا«پتروشیمی» کدامیک ؟) در دانشکده مهندسی شیمی دانشگاه صنعتی اصفهان رشته مهندسی شیمی در دو گرایش پلیمر وپتروشیمی ارائه می شود از آنجا که دروس اختصاصی و اختیاری گرایش پتروشیمی عمدتاً ادامه دروس اصلی دانشکده می باشند ( مثل انتقال حرارت2 ، عملیات واحد 2 ، طراحی راکتور هتروژن ) دانشجویانی این گرایش را انتخاب می کنند که می خواهند یک مهندس شیمی کامل باشند یعنی یک مهندس شیمی در همه زمینه ها. گرایش پلیمر مخصوص دانشجویانی است که می خواهند مهندسی باشند در دو زمینه. یعنی علاوه بر آشنایی با مهارتهای یک مهندس شیمی با مسائلی در زمینه شیمی پلیمرها و مهندسی پلیمر آشنا شوند.


مطلب قبلی: تاریخچه زمان پیمای مهندسی شیمی

مطلب بعدی: مهندسی چیست؟

معادل انگلیسی اصطلاحات تخصصی این مطلب

1- مواد اولیه = Raw Materials
aminofunctional raw materials = مواد اولیۀ دارای گروه عاملی آمینی 


تلفظ raw materials ↓
2- سمی = Toxic
acute oral toxicity = مسمومیت دهانی حاد 

aquatic toxicity = سمیت آبی 

cytotoxicity = سمیت سلولی 

ecotoxicity = سمیت محیطی 

non toxic = غیر سمی

phototoxicity = سمیت نوری 


تلفظ exposure to toxic chemicals ↓


تلفظ non toxic ↓


تلفظ toxicity ↓
3- استیک = Stick
color stick = استیک های رنگ مو، رنگ موهای استیکی، رنگ مو های قلمی، رنگ موهای ماژیکی

Lipstick = رژ لب
محصول آرایشی رنگی که روی لب ها مالیده می شود
Makeup Sticks = قلم های آرایشی
محصولات آرایشی که به فرم استیک یا قلم هستند

تلفظ lipsticks and lip glosses ↓
4- قانون = Regulation
cosmetics regulations = قوانین و مقررات آرایشی بهداشتی

osmoregulation = تنظیم تراوایی، اسمو رگولاسیون

natural regulation = تنظیم طبیعی

Scalp hyperseborrhea regulation = تنظیم فعالیت بیش از حد غدد چربی پوست سر

downregulation = کاهش

Seborrhea regulation = تنظیم ترشح چربی


تلفظ cosmetics regulations ↓


تلفظ regulation ↓
5- انتقال حرارت = Heat Transfer
6- انتقال جرم = Mass Transfer
7- ماده اولیه = Raw Material
aminofunctional raw materials = مواد اولیۀ دارای گروه عاملی آمینی 


تلفظ raw material supplier ↓


تلفظ raw materials ↓
8- مکانیک سیالات = Fluid Mechanics
9- ماشین آلات = Machinery

تلفظ machinery ↓
10- افرا = Maple
Red Maple, Acer rubrum = افرای قرمز، افرای مرداب، افرای شکر

مطلب فوق را در شبکه های اجتماعی زیر با دوستانتان به اشتراک بگذارید



اگر مطالعه این مطلب برایتان مفید بود، روی دکمه زیر کلیک کنید !