Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Инженеры-химики проектируют, строят и эксплуатируют технологические установки (на фото фракционные колонны )

Химическая инженерия - это отрасль машиностроения, которая занимается изучением конструкции и работы химических заводов, а также методов улучшения производства. Инженеры-химики разрабатывают экономичные коммерческие процессы для преобразования сырья в полезные продукты. Химическая инженерия использует принципы химии , физики , математики , биологии и экономики для эффективного использования, производства, проектирования, транспортировки и преобразования энергии и материалов. Работа инженеров-химиков может варьироваться от использования нанотехнологий до наноматериалов. в лаборатории для крупномасштабных промышленных процессов, которые преобразуют химические вещества, сырье, живые клетки, микроорганизмы и энергию в полезные формы и продукты.

Инженеры - химики участвуют во многих аспектах проектирования и эксплуатации установок, в том числе безопасности и оценки опасности, процесса проектирования и анализа, моделирования , управления инженерной , химической реакции техники , ядерной энергетики , биоинженерии , спецификации строительства и инструкции по эксплуатации.

Инженеры-химики обычно имеют степень в области химического машиностроения или технологического проектирования. Практикующие инженеры могут иметь профессиональную сертификацию и быть аккредитованными членами профессионального органа. К таким органам относятся Институт инженеров- химиков (IChemE) или Американский институт инженеров-химиков (AIChE). Диплом в области химического машиностроения в различной степени напрямую связан со всеми другими инженерными дисциплинами.

Этимология [ править ]

Джордж Э. Дэвис

Статья в британском журнале истории науки 1996 года цитирует Джеймса Ф. Доннелли за упоминание ссылки 1839 года на химическую инженерию в связи с производством серной кислоты . [1] В той же статье, однако, английскому консультанту Джорджу Э. Дэвису приписывают создание этого термина. [2] Дэвис также пытался основать Общество химической инженерии, но вместо этого оно было названо Обществом химической промышленности (1881 г.) с Дэвисом в качестве его первого секретаря. [3] [4] История науки в Соединенных Штатах: Энциклопедия ставит использование термина около 1890. [5]«Химическая инженерия», описывающая использование механического оборудования в химической промышленности, стала обычным термином в Англии после 1850 года. [6] К 1910 году профессия «инженер-химик» уже широко использовалась в Великобритании и Соединенных Штатах. [7]

История [ править ]

Основная статья: История химической инженерии

Химическая инженерия возникла в результате развития единичных операций , фундаментальной концепции дисциплины химической инженерии. Большинство авторов согласны с тем, что Дэвис изобрел концепцию единичных операций, если не развил ее по существу. [8] В 1887 году он прочитал серию лекций по единичным операциям в Манчестерской технической школе (позже входившей в состав Института науки и технологий Манчестерского университета, а ныне Манчестерского университета ), которая считается одной из первых лекций о химической инженерии. . [9] За три года до лекций Дэвиса Генри Эдвард Армстронг преподавал курс химической инженерии вЛондонский институт Сити и гильдий . Курс Армстронга провалился просто потому, что его выпускники не были особенно привлекательны для работодателей. Работодатели того времени предпочли бы нанимать химиков и инженеров-механиков . [5] Курсы химического машиностроения, предлагаемые Массачусетским технологическим институтом (MIT) в США, колледжем Оуэнс в Манчестере , Англия, и Университетским колледжем Лондона, пострадали при аналогичных обстоятельствах. [10]

Студенты в лаборатории промышленной химии Массачусетского технологического института

Начиная с 1888 года [11] Льюис М. Нортон преподавал в Массачусетском технологическом институте первый курс химической инженерии в Соединенных Штатах. Курс Нортона был одновременным и по сути аналогичным курсу Армстронга. Однако оба курса просто объединили химию и инженерные дисциплины с дизайном продукции. «Его практикующим было трудно убедить инженеров, что они инженеры и химики, что они не просто химики». [5] Модульные операции были введены в курс Уильямом Хульцем Уокером в 1905 году. [12] К началу 1920-х годов модульные операции стали важным аспектом химической инженерии в Массачусетском технологическом институте и других университетах США, а также в Имперском колледже Лондона . [13]Американский институт инженеров - химиков (Айше), созданный в 1908 году, сыграл ключевую роль в создании химического машиностроения считаются самостоятельной наукой, а единичные операциями центральных в области химического машиностроения. Например, в отчете 1922 года он определил химическую инженерию как «науку о себе, основу которой составляют ... единичные операции»; руководствуясь этим принципом, он опубликовал список академических институтов, предлагающих "удовлетворительные" курсы химической инженерии. [14] Между тем, продвижение химической инженерии как отдельной науки в Великобритании привело к созданию Института инженеров- химиков (IChemE) в 1922 году. [15] IChemE также помог сделать единичные операции важными для дисциплины.[16]

Новые концепции и инновации [ править ]

Демонстрационная модель топливного элемента с прямым использованием метанола . Фактическая батарея топливных элементов представляет собой многослойный куб в центре изображения.

В 1940-х годах стало ясно, что одних только единичных операций недостаточно для разработки химических реакторов . В то время как преобладание единичных операций на курсах химического машиностроения в Великобритании и США продолжалось до 1960-х годов, явления транспорта стали привлекать все большее внимание. [17] Наряду с другими новыми концепциями, такими как разработка технологических систем (PSE), была определена «вторая парадигма». [18] [19] Явления переноса дали аналитический подход к химическому машиностроению [20], в то время как PSE сосредоточился на его синтетических элементах, таких как системы управления и процесс проектирования . [21]Развитие химического машиностроения до и после Второй мировой войны было вызвано в основном нефтехимической промышленностью ; [22] Однако были достигнуты успехи и в других областях. Например, достижения в области биохимической инженерии 1940-х годов нашли применение в фармацевтической промышленности и позволили массовое производство различных антибиотиков , включая пенициллин и стрептомицин . [23] Между тем, прогресс в науке о полимерах в 1950-х годах проложил путь к «эре пластмасс». [24]

Развитие безопасности и опасностей [ править ]

В этот период также были высказаны опасения относительно безопасности и воздействия на окружающую среду крупных химических производств. «Тихая весна» , опубликованная в 1962 году, обратила внимание читателей на вредное воздействие ДДТ , мощного инсектицида . [ необходима цитата ] В результате катастрофы 1974 года во Фликсборо в Соединенном Королевстве погибло 28 человек, а также был нанесен ущерб химическому заводу и трем близлежащим деревням. [ необходима цитата ] Катастрофа в Бхопале в 1984 году в Индии привела к гибели почти 4000 человек. [ необходима цитата ] Эти инциденты, а такжедругие инциденты , повлиявшие на репутацию отрасли, поскольку больше внимания уделялось промышленной безопасности и охране окружающей среды . [25] В ответ IChemE потребовал, чтобы безопасность была частью каждого курса обучения, аккредитованного после 1982 года. К 1970-м годам в различных странах, таких как Франция, Германия и США, были созданы законодательные и контролирующие органы. [26]

Недавний прогресс [ править ]

Достижения в области информатики привели к появлению приложений для проектирования заводов и управления ими, упрощения расчетов и чертежей, которые раньше приходилось выполнять вручную. Завершение проекта « Геном человека» также рассматривается как крупное событие, не только в области химической инженерии, но и в области генной инженерии и геномики . [27] Принципы химической инженерии использовались для производства последовательностей ДНК в больших количествах. [28]

Концепции [ править ]

Часть серии по
Химическая инженерия
  • Контур
  • История
  • Индекс
Основы
  • Промышленность
  • Инженер
  • Процесс
  • Единичные операции
  • Кинетика
  • Транспортные явления
Единичные процессы
  • Химический завод
  • Химический реактор
  • Процессы разделения
Аспекты
  • Теплопередача
  • Массообмен
  • Динамика жидкостей

  • Разработка процесса
  • Контроль над процессом
  • Химическая термодинамика
  • Инженерия реакций
Глоссарии
  • Глоссарий химии
  • Глоссарий инженерии
Категория Категория
  • v
  • т
  • е

Химическая инженерия предполагает применение нескольких принципов. Ключевые концепции представлены ниже.

Проектирование и строительство завода [ править ]

Проектирование химического машиностроения касается создания планов, спецификаций и экономического анализа для пилотных заводов , новых заводов или модификаций завода. Инженеры-конструкторы часто работают в роли консультантов, проектируя установки для удовлетворения потребностей клиентов. Дизайн ограничен несколькими факторами, включая финансирование, правительственные постановления и стандарты безопасности. Эти ограничения диктуют заводу выбор процесса, материалов и оборудования. [29]

Строительство завода координируется инженерами проекта и руководителями проектов [30] в зависимости от размера инвестиций. Инженер-химик может выполнять работу инженера проекта полный или частично рабочий день, что требует дополнительного обучения и профессиональных навыков, или выступать в качестве консультанта проектной группы. В США при обучении выпускников программ химического машиностроения по программам бакалавриата, аккредитованным ABET , обычно не делается упор на проектное инженерное образование, которое можно получить путем специализированной подготовки, в качестве факультативов или по программам магистратуры . Рабочие места проектного инженера являются одними из крупнейших работодателей для инженеров-химиков. [31]

Разработка и анализ процесса [ править ]

Основная статья: Процесс проектирования

Единичная операция - это физический этап отдельного химического технологического процесса. Операции установки (такие как кристаллизация , фильтрация , сушка и выпаривание ) используются для подготовки реагентов, очистки и разделения их продуктов, рециркуляции неизрасходованных реагентов и управления передачей энергии в реакторах. [32] С другой стороны, единичный процесс является химическим эквивалентом единичной операции. Наряду с единичными операциями, единичные процессы составляют технологическую операцию. Единичные процессы (такие как нитрование и окисление ) включают в себя преобразование материала биохимическим , термохимическим путем.и другие средства. Инженеры-химики, отвечающие за это, называются инженерами-технологами . [33]

Проектирование процесса требует определения типов и размеров оборудования, а также способов их подключения и материалов конструкции. Подробности часто печатаются на схеме технологического процесса, которая используется для контроля производительности и надежности нового или существующего химического завода.

Обучение инженеров-химиков на первом этапе обучения в колледже 3 или 4 года подчеркивает принципы и методы проектирования процессов. Те же навыки используются на существующих химических заводах для оценки эффективности и выработки рекомендаций по улучшению.

Транспортные явления [ править ]

Основная статья: Транспортные явления

Моделирование и анализ явлений переноса важны для многих промышленных приложений. Явления переноса включают гидродинамику , теплопередачу и массоперенос , которые в основном регулируются передачей импульса , энергии и переносом химических веществ , соответственно. Модели часто включают отдельные соображения для макроскопических , микроскопических и молекулярных явлений. Поэтому моделирование явлений переноса требует понимания прикладной математики. [34]

Применение и практика [ править ]

Инженеры-химики используют компьютеры для управления автоматизированными системами на заводах. [35]
Операторы химического завода, использующие старую аналоговую панель управления, видели в Восточной Германии, 1986

Инженеры-химики «разрабатывают экономичные способы использования материалов и энергии». [36] Инженеры- химики используют химию и инженерию, чтобы превратить сырье в полезные продукты, такие как медицина, нефтехимия и пластмассы, в крупномасштабных промышленных условиях. Они также участвуют в управлении отходами и исследованиями. Как прикладные, так и исследовательские аспекты могут широко использовать компьютеры. [35]

Инженеры-химики могут участвовать в отраслевых или университетских исследованиях, где им поручено проектировать и проводить эксперименты по созданию лучших и безопасных методов производства, контроля загрязнения и сохранения ресурсов. Они могут участвовать в проектировании и строительстве заводов в качестве проектировщиков . Инженеры-химики, выступающие в качестве инженеров-проектировщиков, используют свои знания при выборе оптимальных методов производства и оборудования для минимизации затрат и повышения безопасности и прибыльности. После строительства завода менеджеры проектов в области химического машиностроения могут участвовать в модернизации оборудования, изменениях процессов, устранении неисправностей и повседневных операциях на постоянной основе или в роли консультантов. [37]

См. Также [ править ]

Связанные темы [ править ]

  • Современная пищевая инженерия
  • Образование для инженеров-химиков
  • Английские инженерные подразделения
  • Список обществ химической инженерии
  • Список инженеров-химиков
  • Список симуляторов химических процессов
  • Очерк химического машиностроения

Связанные поля и концепции [ править ]

  • Биохимическая инженерия
  • Биоинформатика
  • Биологическая инженерия
  • Биомедицинская инженерия
  • Биомолекулярная инженерия
  • Биопроцессная инженерия
  • Биотехнологии
  • Биотехнологическая инженерия
  • Катализаторы
  • Керамика
  • Моделирование химических процессов
  • Химический реактор
  • Химик-технолог
  • Химическое оружие
  • Хеминформатика
  • Вычислительная гидродинамика
  • Коррозионная инженерия
  • Оценка затрат
  • Землетрясение
  • Электрохимия
  • Электрохимическая инженерия
  • Инженерия окружающей среды
  • Синтез Фишера-Тропша
  • Динамика жидкостей
  • Пищевая инженерия
  • Топливная ячейка
  • Газификация
  • Теплопередача
  • Промышленные катализаторы
  • Промышленная химия
  • Промышленный газ
  • Массообмен
  • Материаловедение
  • Металлургия
  • Микрофлюидика
  • Минеральная переработка
  • Молекулярная инженерия
  • Нанотехнологии
  • Окружающая среда
  • Переработка природного газа
  • Ядерная переработка
  • Разведка нефти
  • Нефтеперегонный завод
  • Бумажная инженерия
  • Нефтяная инженерия
  • Фармацевтическая инженерия
  • Пластмассовая инженерия
  • Полимеры
  • Контроль над процессом
  • Разработка процесса
  • Развитие процесса
  • Технологический инжиниринг
  • Миниатюризация процесса
  • Техника безопасности
  • Изготовление полупроводниковых приборов
  • Процессы разделения (см. Также: разделение смеси )
    • Процессы кристаллизации
    • Процессы дистилляции
    • Мембранные процессы
  • Производство синтез-газа
  • Текстильная инженерия
  • Термодинамика
  • Транспортные явления
  • Единичные операции
  • Водные технологии

Ассоциации [ править ]

  • Американский институт инженеров-химиков
  • Химический институт Канады
  • Европейская федерация химического машиностроения
  • Индийский институт инженеров-химиков
  • Институт инженеров-химиков
  • Национальная организация профессионального развития черных химиков и инженеров-химиков

Ссылки [ править ]

  1. Перейти ↑ Cohen 1996 , p. 172.
  2. Перейти ↑ Cohen 1996 , p. 174.
  3. ^ Swindin, Н. (1953). «Мемориальная лекция Джорджа Дэвиса». Труды Института инженеров-химиков . 31 .
  4. ^ Флэйвелл-то время, Клаудия (2012). «Инженеры-химики, которые изменили мир: знакомство с папой» (PDF) . Инженер-химик . 52-54. Архивировано из оригинального (PDF) 28 октября 2016 года . Проверено 27 октября 2016 года .
  5. ^ a b c Рейнольдс 2001 , стр. 176.
  6. Перейти ↑ Cohen 1996 , p. 186.
  7. Перейти ↑ Perkins 2003 , p. 20.
  8. Перейти ↑ Cohen 1996 , pp. 172–173.
  9. Перейти ↑ Cohen 1996 , p. 175.
  10. Перейти ↑ Cohen 1996 , p. 178.
  11. Перейти ↑ Cohen 1996 , p. 180.
  12. Перейти ↑ Cohen 1996 , p. 183.
  13. Перейти ↑ Cohen 1996 , p. 184.
  14. Перейти ↑ Cohen 1996 , p. 187.
  15. Перейти ↑ Cohen 1996 , p. 189.
  16. Перейти ↑ Cohen 1996 , p. 190.
  17. Перейти ↑ Cohen 1996 , p. 185.
  18. Перейти ↑ Ogawa 2007 , p. 2.
  19. Перейти ↑ Perkins 2003 , p. 29.
  20. Перейти ↑ Perkins 2003 , p. 30.
  21. Перейти ↑ Perkins 2003 , p. 31.
  22. Перейти ↑ Reynolds 2001 , p. 177.
  23. ↑ Perkins 2003 , стр. 32–33.
  24. Перейти ↑ Kim 2002 , p. 7S.
  25. Перейти ↑ Kim 2002 , p. 8S.
  26. Перейти ↑ Perkins 2003 , p. 35.
  27. Перейти ↑ Kim 2002 , p. 9S.
  28. ^ Американский институт инженеров-химиков 2003a .
  29. ^ Towler & Sinnott 2008 , стр. 2-3.
  30. ^ Хербст, Эндрю; Ханс Фервейс (19–22 октября). «Инжиниринг проекта: междисциплинарная координация и общий контроль качества проектирования». Proc. ежегодной конференции IAC Американского общества инженерного менеджмента 1 ( ISBN 9781618393616 ): 15–21 
  31. ^ "Что делают инженеры-химики?" .
  32. ^ МакКейб, Smith & Hariott 1993 , стр. 4.
  33. ↑ Силла, 2003 , стр. 8–9.
  34. ↑ Bird, Stewart & Lightfoot 2002 , стр. 1-2.
  35. ^ a b Гарнер 2003 , стр. 47–48.
  36. ^ Американский институт инженеров-химиков 2003 , статья III.
  37. ↑ Гарнер, 2003 , стр. 49–50.

Библиография [ править ]

  • Американский институт инженеров-химиков (17 января 2003 г.), Конституция Айше , заархивировано из оригинала 13 августа 2011 г. , извлечено 13 августа 2011 г..
  • Берд, Р. Байрон; Стюарт, Уоррен Э .; Лайтфут, Эдвин Н. (2002), Кулек, Петрина (ред.), Транспортные явления (2-е изд.), США: John Wiley & Sons, ISBN 0-471-41077-2, LCCN  2001023739 , LCC  QA929.B% 2001.
  • Карберри, Джеймс Дж. (24.07.2001), Разработка химических и каталитических реакций , Серия химической инженерии McGraw-Hill, Канада: General Publishing Company, ISBN 0-486-41736-0, LCCN  2001017315 , LCC  TP155.7.C37 2001.
  • Коэн, Клайв (июнь 1996 г.), «Ранняя история химической инженерии: переоценка» (PDF) , Br. J. Hist. Sci. , Cambridge University Press, 29 (2): 171-194, DOI : 10,1017 / S000708740003421X , JSTOR  4027832 , архивируются от оригинала (PDF) на 2012-06-01.
  • Инженерные будущая биология и биотехнология , Университет Райс , архивируется с оригинала на 2010-07-25 , извлекаться 2011-08-07.
  • Гарнер, Джеральдин О. (2003), Карьера в инженерии , Серия профессиональных карьер VGM (2-е изд.), США: McGraw-Hill, ISBN 0-07-139041-3, LCCN  2002027208 , LCC  TA157.G3267 2002.
  • Ким, Ирен (январь 2002 г.), «Химическая инженерия: богатая и разнообразная история» (PDF) , Chemical Engineering Progress , Филадельфия: Американский институт инженеров-химиков, 98 (1), ISSN  0360-7275 , заархивировано с оригинала (PDF ) 21 августа 2004 г..
  • McCabe, Warren L .; Смит, Джулиан С .; Хариотт, Питер (1993), Кларк, Б.Дж .; Кастеллано, Элеонора (ред.), Unit Operations of Chemical Engineering , McGraw-Hill Chemical Engineering Series (5-е изд.), Сингапур: McGraw-Hill, ISBN 0-07-044844-2, LCCN  92036218 , LCC  TP155.7.M393 1993.
  • Огава, Кохей (2007), «Глава 1: Информационная энтропия», Химическая инженерия: новая перспектива (1-е изд.), Нидерланды: Elsevier, ISBN 978-0-444-53096-7.
  • Перкинс, JD (2003), «Глава 2: Химическая инженерия - первые 100 лет» , в Дартоне, RC; Принц, РГХ; Вуд, Д.Г. (ред.), Химическая инженерия: Видения мира (1-е изд.), Нидерланды: Elsevier Science, ISBN 0-444-51309-4.
  • Рейнольдс, Терри С. (2001), «Машиностроение, химия», в Ротенберге, Марк (ред.), История науки в Соединенных Штатах: Энциклопедия , Нью-Йорк: Издательство Гарленд, ISBN 0-8153-0762-4, LCCN  99043757 , LCC  Q127.U6 H57 2000.
  • Силла, Гарри (2003), Разработка химических процессов: дизайн и экономика , Нью-Йорк: Марсель Деккер, ISBN 0-8247-4274-5.
  • Американский институт инженеров-химиков (2003a), «Ускорение проекта генома человека» (PDF) , Chemical Engineering Progress , Philadelphia, 99 (1), ISSN  0360-7275 , заархивировано из оригинала (PDF) 21 августа 2004 г..
  • Таулер, Гэвин; Синнотт, Рэй (2008), Химическое инженерное проектирование: принципы, практика и экономика проектирования установок и процессов , США: Elsevier, ISBN 978-0-7506-8423-1.