Kemiteknik

Kemiingenjörer designar, konstruerar och driver processanläggningar ( fraktioneringskolonner på bilden).

Kemiteknik är ett teknikområde som behandlar studier av drift och design av kemiska anläggningar samt metoder för att förbättra produktionen. Kemiingenjörer utvecklar ekonomiska kommersiella processer för att omvandla råvaror till användbara produkter. Kemiteknik använder principer för kemi , fysik , matematik , biologi och ekonomi för att effektivt använda, producera, designa, transportera och omvandla energi och material. Kemiingenjörernas arbete kan sträcka sig från att använda nanoteknik och nanomaterial i laboratoriet till storskaliga industriella processer som omvandlar kemikalier, råvaror, levande celler, mikroorganismer och energi till användbara former och produkter. Kemiingenjörer är involverade i många aspekter av anläggningsdesign och drift, inklusive säkerhets- och farobedömningar, processdesign och analys, modellering , kontrollteknik , kemisk reaktionsteknik , kärnteknik , biologisk ingenjörskonst , konstruktionsspecifikationer och driftsinstruktioner.

Kemiingenjörer har vanligtvis en examen i kemiteknik eller processteknik. Praktiserande ingenjörer kan ha professionell certifiering och vara ackrediterade medlemmar av ett professionellt organ. Sådana organ inkluderar Institute of Chemical Engineers (IChemE) eller American Institute of Chemical Engineers (AIChE). I Indien är motsvarande organ Indian Institute of Chemical Engineers (IIChE) som också genomför samarbetsevenemang med AIChE och ICheE. En examen i kemiteknik är direkt kopplad till alla andra ingenjörsdiscipliner, i olika utsträckning.

Etymologi

George E. Davis

En artikel från 1996 citerar James F. Donnelly för att ha nämnt en hänvisning från 1839 till kemiteknik i samband med produktionen av svavelsyra . I samma tidning krediterades dock George E. Davis , en engelsk konsult, för att ha myntat termen. Davis försökte också grunda ett Society of Chemical Engineering, men istället fick det namnet Society of Chemical Industry (1881), med Davis som dess första sekreterare. The History of Science in United States: An Encyclopedia sätter användningen av termen runt 1890. "Chemical engineering", som beskriver användningen av mekanisk utrustning i den kemiska industrin, blev ett vanligt vokabulär i England efter 1850. År 1910, " kemiingenjör", var redan allmänt använd i Storbritannien och USA.

Historia

Huvudartikel: Kemiteknikens historia

Nya koncept och innovationer

Demonstrationsmodell av en direkt- metanolbränslecell . Den faktiska bränslecellsstapeln är den skiktade kubformen i mitten av bilden.

På 1940-talet stod det klart att enbart enhetens verksamhet var otillräcklig för att utveckla kemiska reaktorer . Medan övervikten av enhetsverksamhet i kemiingenjörskurser i Storbritannien och USA fortsatte fram till 1960-talet, transportfenomen att få större fokus. Tillsammans med andra nya koncept, såsom process systems engineering (PSE), definierades ett "andra paradigm". Transportfenomen gav ett analytiskt förhållningssätt till kemiteknik medan PSE fokuserade på dess syntetiska beståndsdelar, såsom de i ett kontrollsystem och processdesign . Utvecklingen inom kemiteknik före och efter andra världskriget var främst uppvigd av den petrokemiska industrin ; dock gjordes framsteg även på andra områden. Framsteg inom biokemisk ingenjörskonst på 1940-talet, till exempel, fann tillämpning inom läkemedelsindustrin och möjliggjorde massproduktion av olika antibiotika , inklusive penicillin och streptomycin . Samtidigt banade framsteg inom polymervetenskapen på 1950-talet vägen för "plastens ålder".

Säkerhet och riskutveckling

Oron för säkerheten och miljöpåverkan från storskaliga kemiska tillverkningsanläggningar väcktes också under denna period. Silent Spring , publicerad 1962, uppmärksammade sina läsare på de skadliga effekterna av DDT , en potent insekticid . Flixborough-katastrofen 1974 i Storbritannien resulterade i 28 dödsfall, såväl som skador på en kemisk fabrik och tre närliggande byar. Bhopal-katastrofen 1984 i Indien resulterade i nästan 4 000 dödsfall. , tillsammans med andra incidenter påverkade branschens rykte eftersom industrisäkerhet och fick mer fokus. Som svar krävde IChemE att säkerheten skulle vara en del av varje examenskurs som den ackrediterade efter 1982. På 1970-talet inrättades lagstiftning och övervakningsbyråer i olika länder, såsom Frankrike, Tyskland och USA.

Senaste framsteg

Framsteg inom datavetenskap hittade applikationer som designade och hanterade anläggningar, förenklade beräkningar och ritningar som tidigare måste göras manuellt. Slutförandet av Human Genome Project ses också som en stor utveckling, inte bara för att främja kemiteknik utan också genteknik och genomik . Kemitekniska principer användes för att producera DNA-sekvenser i stora mängder.

Begrepp

Kemiteknik innebär tillämpning av flera principer. Nedan presenteras nyckelbegrepp.

Anläggningsdesign och konstruktion

Kemiteknisk design handlar om att skapa planer, specifikationer och ekonomiska analyser för pilotanläggningar , nya anläggningar eller anläggningsändringar. Konstruktionsingenjörer arbetar ofta i en konsultroll och designar anläggningar för att möta kundernas behov. Design begränsas av flera faktorer, inklusive finansiering, statliga föreskrifter och säkerhetsstandarder. Dessa begränsningar dikterar en anläggnings val av process, material och utrustning.

Anläggningsbyggandet koordineras av projektingenjörer och projektledare, beroende på investeringens storlek. En kemiingenjör kan utföra jobbet som projektingenjör på heltid eller del av tiden, vilket kräver ytterligare utbildning och arbetskompetens eller fungera som konsult till projektgruppen. I USA betonar utbildningen av kemiingenjörer från Baccalaureate-programmen ackrediterade av ABET vanligtvis inte projektingenjörsutbildning, som kan erhållas genom specialiserad utbildning, som valfria eller från forskarutbildningar . Projektingenjörsjobb är några av de största arbetsgivarna för kemiingenjörer.

Processdesign och analys

Huvudartikel: Processdesign

En enhetsdrift är ett fysiskt steg i en individuell kemiteknisk process. Enhetsoperationer (såsom kristallisation , filtrering , torkning och indunstning ) används för att förbereda reaktanter, rena och separera dess produkter, återvinna oanvända reaktanter och kontrollera energiöverföringen i reaktorer. Å andra sidan är en enhetsprocess den kemiska motsvarigheten till en enhetsoperation. Tillsammans med enhetsverksamhet utgör enhetsprocesser en processoperation. Enhetsprocesser (som nitrering , hydrering och oxidation involverar omvandling av material på biokemiska , termokemiska och andra sätt. Kemiska ingenjörer som ansvarar för dessa kallas processingenjörer .

Processdesign kräver definition av utrustningstyper och storlekar samt hur de är sammankopplade och konstruktionsmaterial. Detaljer skrivs ofta ut på ett processflödesdiagram som används för att kontrollera kapaciteten och tillförlitligheten hos en ny eller befintlig kemisk fabrik.

Utbildning för kemiingenjörer i den första högskoleexamen 3 eller 4 års studier betonar principerna och praxis för processdesign. Samma kompetens används i befintliga kemiska anläggningar för att utvärdera effektiviteten och ge rekommendationer till förbättringar.

Transportfenomen

Huvudartikel: Transportfenomen

Modellering och analys av transportfenomen är avgörande för många industriella tillämpningar. Transportfenomen involverar vätskedynamik , värmeöverföring och massöverföring , som främst styrs av momentumöverföring , energiöverföring respektive transport av kemiska arter . Modeller involverar ofta separata överväganden för makroskopiska , mikroskopiska och molekylära fenomen. Modellering av transportfenomen kräver därför förståelse för tillämpad matematik.

Tillämpningar och praktik

Kemiingenjörer använder datorer för att styra automatiserade system i anläggningar.

Kemiingenjörer "utvecklar ekonomiska sätt att använda material och energi". Kemiingenjörer använder kemi och ingenjörskonst för att förvandla råvaror till användbara produkter, såsom medicin, petrokemikalier och plaster i en storskalig industriell miljö. De är också involverade i avfallshantering och forskning. Både tillämpade och forskningsaspekter skulle kunna göra omfattande användning av datorer.

Kemiingenjörer kan vara involverade i industri- eller universitetsforskning där de har till uppgift att designa och utföra experiment, genom att skala upp teoretiska kemiska reaktioner, för att skapa bättre och säkrare metoder för produktion, föroreningskontroll och resursbesparing. De kan vara involverade i att designa och bygga anläggningar som projektingenjör . Kemiingenjörer som fungerar som projektingenjörer använder sina kunskaper för att välja optimala produktionsmetoder och anläggningsutrustning för att minimera kostnaderna och maximera säkerhet och lönsamhet. Efter anläggningskonstruktion kan kemiteknikprojektledare vara involverade i utrustningsuppgraderingar, felsökning och daglig drift i antingen heltids- eller konsultroller.

Se även

Relaterade ämnen

• Utbildning till kemiingenjörer
• engelska tekniska enheter
• Lista över kemiteknikföreningar
• Lista över kemiingenjörer
• Lista över kemiska processimulatorer
• Översikt över kemiteknik

Relaterade fält och begrepp

• Biokemisk ingenjörskonst
• Bioinformatik
• Biologisk ingenjörskonst
• Biomedicinsk forskning
• Biomolekylär ingenjörskonst
• Bioprocessteknik
• Bioteknik
• Bioteknikteknik
• Katalysatorer
• Keramik
• Kemisk processmodellering
• Kemisk reaktor
• Kemisk teknolog
• Kemiska vapen
• Kemiformatik
• Beräkningsvätskedynamik
• Korrosionsteknik
• Kostnadsuppskattning
• Jordbävningsteknik
• Elektrokemi
• Elektrokemiteknik
• Miljöteknik
• Fischer Tropsch syntes
• Vätskedynamik
• Livsmedelsteknik
• Bränslecell
• Förgasning
• Värmeöverföring
• Industriella katalysatorer
• Industriell kemi
• Industrigas
• Massöverföring
• Materialvetenskap
• Metallurgi
• Mikrofluidik
• Mineralbearbetning
• Molekylär ingenjörskonst
• Nanoteknik
• Naturlig miljö
• Bearbetning av naturgas
• Nukleär upparbetning
• Oljeprospektering
• Oljeraffinaderi
• Pappersteknik
• Petroleumteknik
• Läkemedelsteknik
• Plastteknik
• Polymerer
• Processkontroll
• Processdesign
• Processutveckling
• Processteknik
• Processminiatyrisering
• Säkerhetsteknik
• Tillverkning av halvledarenheter
• Separationsprocesser (se även: separation av blandning )
  • Kristalliseringsprocesser
  • Destillationsprocesser
  • Membranprocesser
• Syngasproduktion
• Textilteknik
• Termodynamik
• Transportfenomen
• Enhetens verksamhet
• Vattenteknik

Föreningar

• American Institute of Chemical Engineers
• Chemical Institute of Canada
• European Federation of Chemical Engineering
• Indian Institute of Chemical Engineers
• Institutionen för kemiingenjörer
• National Organization for the Professional Advancement of Black Chemists and Chemical Engineers

Bibliografi

• American Institute of Chemical Engineers (2003-01-17), AIChE Constitution , arkiverad från originalet 2011-08-13 , hämtad 2011-08-13 .
•     Bird, R. Byron; Stewart, Warren E.; Lightfoot, Edwin N. (2002), Kulek, Petrina (red.), Transport Phenomena (2:a upplagan), USA: John Wiley & Sons, ISBN 0-471-41077-2 , LCCN 2001023739 , LCC QA929.B% 2001 .
•     Carberry, James J. (2001-07-24), Chemical and Catalytic Reaction Engineering , McGraw-Hill Chemical Engineering Series, Kanada: General Publishing Company, ISBN 0-486-41736-0 , LCCN 2001017315 , LCC TP155.7.C37 2001 .
•    Cohen, Clive (juni 1996), "The Early History of Chemical Engineering: A Reassesment" (PDF) , Br. J. Hist. Sci. , Cambridge University Press, 29 (2): 171–194, doi : 10.1017/S000708740003421X , JSTOR 4027832 , S2CID 145005140 , arkiverad från originalet (PDF) den 06-012- .
• Engineering the Future of Biology and Biotechnology , Rice University , arkiverat från originalet 2010-07-25 , hämtat 2011-08-07 .
•     Garner, Geraldine O. (2003), Careers in engineering , VGM Professional Career Series (2nd ed.), USA: McGraw-Hill, ISBN 0-07-139041-3 , LCCN 2002027208 , LCC TA157.G3267 20 .
•   Kim, Irene (januari 2002), "Chemical engineering: A rich and divers history" (PDF) , Chemical Engineering Progress , Philadelphia: American Institute of Chemical Engineers, 98 (1), ISSN 0360-7275 , arkiverad från originalet (PDF ) den 2004-08-21 .
•     McCabe, Warren L.; Smith, Julian C.; Hariott, Peter (1993), Clark, BJ; Castellano, Eleanor (red.), Unit Operations of Chemical Engineering , McGraw-Hill Chemical Engineering Series (5:e upplagan), Singapore: McGraw-Hill, ISBN 0-07-044844-2 , LCCN 92036218 , LCC TP155.7.M393 1993 .
•   Ogawa, Kōhei (2007), "Chapter 1: Information Entropy", Kemiteknik: ett nytt perspektiv (1:a upplagan), Nederländerna: Elsevier, ISBN 978-0-444-53096-7 .
•   Perkins, JD (2003), "Kapitel 2: Kemiteknik — de första 100 åren", i Darton, RC; Prince, RGH; Wood, DG (red.), Chemical Engineering: Visions of the World (1:a upplagan), Nederländerna: Elsevier Science, ISBN 0-444-51309-4 .
•     Reynolds, Terry S. (2001), "Engineering, Chemical", i Rothenberg, Marc (red.), History of Science in United States: An Encyclopedia , New York City: Garland Publishing, ISBN 0-8153-0762-4 , LCCN 99043757 , LCC Q127.U6 H57 2000 .
•   Silla, Harry (2003), Chemical Process Engineering: Design and Economics , New York City: Marcel Dekker, ISBN 0-8247-4274-5 .
•   American Institute of Chemical Engineers (2003a), "Speeding up the human genome project" (PDF) , Chemical Engineering Progress , Philadelphia, 99 (1), ISSN 0360-7275 , arkiverad från originalet (PDF) 2004-08-21 .
•   Towler, Gavin; Sinnott, Ray (2008), Kemiteknisk design: principer, praxis och ekonomi för anläggnings- och processdesign , USA: Elsevier, ISBN 978-0-7506-8423-1 .