Kemijsko inženjerstvo

Procesni inženjeri dizajniraju, konstruiraju i rukovode postrojenjima

Kemijsko inženjerstvo je inženjerska disciplina koja se oslanja na fundamentalna znanja iz kemije, fizike i matematike. Ono što kemijsko inženjerstvo čini drugačijim od drugih inženjerskih disciplina je rješavanje problematike kemijskih procesa. Ovo podrazumijeva industrijske procese u kojima se odigravaju kemijske ili fizičke separacije materije, kao i kemijske reakcije.

Kemijsko inženjerstvo kao multidisciplinarna struka koja obuhvaća sljedeća znanstvena područja:

• Matematika
• Fizika
• kemija
• Fizička kemija
• Osnovne tehnološke operacije
• Separacijski procesi
• Tehnička i kemijska termodinamika
• Reakcijsko inženjerstvo
• Zaštita okoline
• Projektiranje procesa
• Strojarstvo
• Dinamika procesa
• Sistemi automatskog upravljanja
• Fenomeni prijenosa

Osnovni tipovi

Postoje tri osnovna tipa kemijskih inženjera koji odražavaju vrte posla:

• Inženjer u laboratoriju - onaj profil se bavi otkrivanjem fizičkih i kemijskih zakonitosti kemijskih procesa. Putem eksperimenata i teorijskog poznavanja procesa se vrši prijelaz sa eksperimentalne na industrijsku skalu, često uz pomoć pilot postrojenja. Za ovaj profil kemijskog inženjera najbitnija osobina je inventivnost.
• Inženjer projektant - ovaj profil kemijskog inženjera projektira opremu i/ili cijeli kemijski proces u skladu sa stečenim znanjem i iskustvom. Obično se posao ovakvog inženjera sprovodi već dokazanim postupkom projektiranja.
• Inženjer u pogonu - je najčešći slučaj. Ovaj tip inženjera neposredno rješava probleme koji nastaju u procesu, i kontinualno vodi i unapređuje proces. U ovom slučaju fundamentalno znanje je od manjeg značaja u odnosu na prethodna dva slučaja. Najbitnija osobina ovakvog inženjera je iskustvo.

Povijest kemijskog inženjerstva

Francuski fizičar Sadi Karno u svom djelu „O pokretnoj snazi vatre“ prvi je proučavao termodinamiku reakcija sagorijevanja 1824. godine u parnim strojevima. U 1950-im godinama, njemački fizičar Rudolf Klauzijus počeo je primjenjivati principe koje je razvio Karno na kemijske sustave na atomskom i molekularnom nivou. Tokom 1873. i 1876. na Univerzitetu Yale, američki matematičar i fizičar Josiah Williard Gibs, koji je prvi u SAD stekao titulu doktora znanosti, razvio je grafičku metodologiju baziranu na matematici za proučavanje kemijskih sustava pomoću Klauzijusove termodinamike. 1882. godine, njemački fizičar Herman fon Helmholc objavio je rad o termodinamici, sličan Gibsovom, ali više baziran na elektrokemiji, u kojem je pokazao da je mjera kemijskog afiniteta odnosno "sila" kemijske reakcije određena mjerom slobodne energije kemijskog procesa. Prateći ove rane razvitke, počela se razvijati nova znanost kemijskog inženjerstva. Slijede ključni koraci u razvoju znanosti kemijskog inženjerstva u svijetu i kod nas:

• 1805. - John Dalton objavljuje atomske težine, omogućavajući izjednačavanje kemijskih jednadžbi i stvarajući osnovu kemijskog inženjerstva
• 1882. - otvara se smjer „kemijska tehnologija“ na Sveučilišnom Koledžu u Londonu
• 1883. - Osborn Reynolds definira bezdimenzionalnu grupu za protok fluida, koja vodi do razumijevanja protoka i transfera mase i topline
• 1885. - Henri E. Armstrong otvara smjer „kemijsko inženjerstvo“ na Central Koledžu u Londonu (potonji Imperijalni Koledž)
• 1888. - Luis M. Norton otvara novi smjer „kemijsko inženjerstvo“ na Masačusetskom institutu za tehnologiju (MIT)
• 1889. - Na Politehničkom institutu Rose diplomirala je prva generacija kemijskih inženjera u SAD
• 1891. - MIT dodjeljuje diplomu iz kemijskog inženjerstva Williamu Pageu Brianu i još šestorici kandidata
• 1901. - George E. Davis izdaje Priručnik o kemijskom inženjerstvu
• 1905. - Oliver Paterson watts dobiva titulu doktora tehničkih znanosti iz kemijskog inženjerstva na Univerzitetu u Wisconsinu
• 1908. - osniva se Američki institut kemijskih inženjera
• 1922. - osniva se Britanski institut kemijskih inženjera

Tipični problemi kemijskog inženjerstva

Postoje tri tipična problema kemijskog inženjerstva, koji se često i ne mogu jasno odvojiti.

• Prvi je bilansiranje procesa. Ovo podrazumijeva bilanse mase unutar procesa, bilanse količine kretanja i bilanse topline. Ovakvi problemi ovise od stupnja aproksimacije, i kreću se od vrlo jednostavnih do veoma složenih.
• sljedeći problem je predviđanje fazne i/ili reakcione ravnoteže u heterogenim ili homogenim sustavima.
• Treći problem je projektiranje ili vođenje reaktora i separatora na osnovu proračuna prva dva problema i empirijskih korelacija.

Srodne znanosti i naučne discipline

Kemijsko inženjerstvo ne bi postojalo bez kemije. kemijsku reakciju koju kemičari otkriju, a za čiju se proizvodnju ispostavi da bi bila isplativa, potrebno je razviti u proizvodni proces. Kemičari definiraju zakonitosti reakcije, dok kemijski inženjeri te zakonitosti primjenjuju u kontekstu industrijske proizvodnje.

Problemi fenomena prijenosa koji se javljaju u procesu transporta, zagrijavanja, hlađenja, ili kemijske reakcije, često nisu direktno povezani s kemijom, nego sa fizičkim aspektom procesa. Ova dva područja su vjerojatno najtješnje povezana u području fenomena prijenosa. Matematičke formulacije ovog područja su često kompleksne. Nakon definiranja procesnog problema, potrebno je takav proces fizički ostvariti, tj. izraditi industrijsko postrojenje. Taj posao se realizira zajedničkim radom kemijskih i strojarskih inženjera.

kemijsko inženjerstvo je široko tehnološko polje, koje pokriva područje od biotehnologije i nanotehnologije do obrade minerala.

Biokemijsko inženjerstvo Biomedicinsko inženjerstvo Biomolekularno inženjerstvo Biotehnologija Tehnologija keramike Modeliranje kemijskih procesa kemijski reaktor Dizajn destilacije Elektrokemija Inženjerstvo životne sredine Dinamika fluida Inženjerstvo prerade hrane

Transfer toplote Transfer mase Nauka o materijalima Nauka o mikrofluidima Nanotehnologija Prirodno okruženje Polimeri Kontrola procesa Dizajn procesa Razvoj procesa Tehnologija papira

Procesi separacije Procesi kristalizacije Procesi destilacije Membranski procesi Termodinamika

Moderno kemijsko inženjerstvo

Moderna disciplina kemijskog inženjerstva obuhvaća mnogo više od samog inženjerstva procesa. Kemijski inženjeri sudjeluju u razvoju i proizvodnji širokog asortimana proizvoda, kao i posebnih kemikalija. Neki od ovih proizvoda su materijali potrebni za aero- i kozmonautiku, proizvodnju automobila, primjenu u biomedicinske svrhe, elektroniku, zaštitu životne sredine, vojne potrebe itd. Neki od primjera su ultra jaka vlakna, tekstil, biokompatibilni materijali za implantate i proteze, gelovi za medicinsku primjenu, lijekovi, filmovi sa posebnim dielektričnim, optičkim ili spektroskopskim osobinama koji se koriste kod optoelektroničkih uređaja. Mnogi kemijski inženjeri rade na biološkim projektima kao što je proučavanje biopolimera (proteina) i dešifriranje ljudskog genoma.

Budućnost kemijskog inženjerstva

Budućnost kemijskog inženjerstva je svjetla. Na primer, početkom 2007. godine otkriven je laboratorijski postupak dobivanja vodnika i kisika iz vode pomoću solarne energije, što nagovještava početak industrijske proizvodnje čistog goriva. kemijski inženjeri će biti neophodni i u proizvodnji gorivnih ćelija, goriva budućnosti. Napuštanjem nafte kao energetskog resursa, morat će se usavršiti Fischer-Tropschova sinteza da bi se održala svjetska proizvodnja plastike i petrokemijska industrija. Farmaceutska i prehrambena industrija će nastaviti raditi s maksimalnim kapacitetima da bi bio moguć održivi razvoj. Kemijska industrija je bazična industrija, te je preduvjet progresa mnogih drugih primarnih, sekundarnih i tercijarnih djelatnosti. Trenutno, na našim prostorima postoji više tehnoloških fakulteta, na kojima se izučava kemijsko inženjerstvo.

Literatura

• American Institute of Chemical Engineers. 17. 1. 2003. AIChE Constitution. Pristupljeno 13. 8. 2011. .
• Bird R. Byron; Stewart Warren E; Lightfoot Edwin N. 2002. Kulek Petrina (ur.). Transport Phenomena 2nd izdanje. John Wiley & Sons. United States. ISBN 978-0-471-41077-5. LCC QA929.B% 2001CS1 održavanje: ref=harv (link).
• Carberry James J. Chemical and Catalytic Reaction Engineering. McGraw-Hill Chemical Engineering Series. General Publishing Company. Canada. ISBN 978-0-486-41736-3. LCC TP155.7.C37 2001CS1 održavanje: ref=harv (link).
• Clive Cohen. June 1996. The Early History of Chemical Engineering: A Reassessment (PDF). The British Journal for the History of Science. Cambridge University Press. 29 (2). JSTOR 4027832. Inačica izvorne stranice (PDF) arhivirana 01. 06. 2012. Pristupljeno 22. 01. 2012 .
• Rice University. Engineering the Future of Biology and Biotechnology. Inačica izvorne stranice arhivirana 25. 07. 2010. Pristupljeno 7. 8. 2011. .
• Garner Geraldine O. 2003. Careers in engineering. VGM Professional Career Series 2nd izdanje. McGraw-Hill. United States. ISBN 978-0-07-139041-5. LCC TA157.G3267 2002CS1 održavanje: ref=harv (link).
• Kim Irene. January 2002. Chemical engineering: A rich and diverse history (PDF). Chemical Engineering Progress. American Institute of Chemical Engineers. Philadelphia. 98 (1). ISSN 0360-7275. Inačica izvorne stranice (PDF) arhivirana 21. 08. 2004. Pristupljeno 22. 01. 2012 .
• McCabe Warren L.; Smith Julian C.; Hariott Peter. 1993. Clark B.J.; Castellano Eleanor (ur.). Unit Operations of Chemical Engineering. McGraw-Hill Chemical Engineering Series 5th izdanje. McGraw-Hill. Singapore. ISBN 978-0-07-044844-5. LCC TP155.7.M393 1993CS1 održavanje: ref=harv (link).
• Ogawa Kōhei. 2007. Chapter 1: Information Entropy. Chemical engineering: a new perspective 1st izdanje. Elsevier. Netherlands. ISBN 978-0-444-53096-7CS1 održavanje: ref=harv (link).
• Perkins, J.D. 2003. Chapter 2: Chemical Engineering — the First 100 Years. Darton R.C., Prince R.G.H., Wood D.G. (ur.). Chemical Engineering: Visions of the World 1st izdanje. Elsevier Science. Netherlands. ISBN 0-444-51309-4CS1 održavanje: više imena: editors list (link) CS1 održavanje: ref=harv (link).
• Reynolds Terry S. 2001. Engineering, Chemical. Rothenberg Marc (ur.). History of Science in United States: An Encyclopedia. Garland Publishing. New York City. ISBN 978-0-8153-0762-4. LCC Q127.U6 H57 2000CS1 održavanje: ref=harv (link).
• Silla Harry. 2003. Chemical Process Engineering: Design and Economics. Marcel Dekker. New York City. ISBN 978-0-8247-4274-4CS1 održavanje: ref=harv (link).
• American Institute of Chemical Engineers. 2003a. Speeding up the human genome project (PDF). Chemical Engineering Progress. Philadelphia. 99 (1). ISSN 0360-7275. Inačica izvorne stranice (PDF) arhivirana 21. 08. 2004. Pristupljeno 22. 01. 2012 .
• Towler Gavin; Sinnott Ray. 2008. Chemical engineering design: principles, practice and economics of plant and process design. Elsevier. United States. ISBN 978-0-7506-8423-1CS1 održavanje: ref=harv (link).

Vanjske poveznica

• kemijsko inženjerstvo.Hrvatska tehnička enciklopedija - portal hrvatske tehničke baštine