مهندسی شیمی (به انگلیسی: Chemical engineering) شاخه ای از علوم مهندسی اســت که با طراحی، ساخت و بهره برداری از فرآیندها و کارخانجات مرتبط با صنایع شیمیایی درگیر اســت. منظور از صنایع شیمیایی آن دسته از صنایع هستند که در آنها تغییری شیمیایی، فیزیکی یا بیولوژیک مواد خام را به محصولات با ارزش صنعتی تبدیل می کنند. حیطه اصلی مطالعات یک مهندس شیمی بر سه بخش، اختلاط، مهندسی واکنش و جداسازی دارد[۱]. بر این مبنا کارخانجات بسیاری از قبیل واحدهای یک پالایشگاه، پتطریقهیمی، صنایع چوب و کاغذ، صنایع غذایی، صنایع داروئی و تجهیزات پزشکی، صنایع سلولزی، صنایع پلیمر، صنایع شیمیایی معدنی و بسیاری دیگر از صنایع به طور مستقیم از کاربردهای علم مهندسی شیمی بهره می برند. به این بخش از مهندسی شیمی که با فرایندهای صنعتی شیمیایی در مقیاس بزرگ ارتباط دارد، در اصطلاح مهندسی فرایند گفته می‌شود.

فرایندهای مجزایی که توسط یک مهندس شیمی به کار گرفـــــته می‌شوند (مانند تقطیر، اســتخراج و…)، عملیات واحد نام داشته و شامل ،عملیات انتقال جرم، انتقال حرارت و انتقال اندازه حرکت هستند. این فرایندها برای سنتز شیمیایی یا جداسازی شیمیایی با هم ترکیب می‌شوند.

سه قانون فیزیکی اساسی در مهندسی شیمی، اصل بقای جرم، اصل بقای انرژی و اصل بقای اندازه حرکت هستند. انتقال ماده و انرژی در یک فرایند با اســتفاده از موازنهٔ جرم و انرژی برای کل واحد، عملیات واحد یا بخشی از آن ارزیابی می‌شود. مهندسین شیمی اصول ترمودینامیک، سینتیک واکنش و پدیده‌های انتقال را به کار می‌گیرند.

مهندسی شیمی نوین، گستره‌ای فراتر از مهندسی فرایند را در بر می‌گیرد. هدف اصلی مهندسی شیمی اســتفاده از دانش فیزیک و ریاضیات در خلق مواد و محصولات بهتر برای دنیای امروز اســت. امروزه مهندسین شیمی علاوه بر فرایندهای تولید مواد اولیهٔ پایه، بلکه در توسعه و تولید محصولات باارزش و متنوع شرکت دارند. این محصولات شامل مواد ویژه و کارآمد برای صنایعی همچون تجهیزات پالایشگاهی. هوافضا، خودروسازی، پزشکی، صنایع الکترونیک، کاربردهای محیط زیست و صنایع نظامی اســت. به عنوان مثال‌هایی از این محصولات می‌توان به الیاف، منسوجات و چسب‌های بسیار قوی، مواد زیست‌سازگار و داروهای جدید اشاره کرد. امروزه مهندسی شیمی ارتباطی تنگاتنگ با علوم زیست‌شناسی، مهندسی پزشکی و اغلب شاخه‌های مهندسی دارد.[۲][۳]

تاریخچهٔ مهندسی شیمی

سایت میهنی ها: اولین درس در زمینهٔ مهندسی شیمی نخستین بار توسط پروفسور «نورتون» در ســال ۱۸۸۱ در دانشگاه MIT و در دانشکدهٔ مکانیک تدریس شد؛ نورتون شیمی صنعتی تدریس می‌کرد.

در آن زمان صنایع شیمیایی رو به توسعه گذاشته بودند و لازم بود ساخت و بهره‌برداری از فرایندهای شیمیایی توسّط افراد متخصّص صورت گیرد. در آن زمان طرّاحی و نظارت بر ساخت فرایندهای شیمیایی و صنایع شیمیایی به دو شکل صورت می‌گرفـــــت:

۱) به وسیله شیمی‌دان‌هایی که از تئوری‌های شیمیایی و علوم آزمایشگاهی آگاهی داشته، ولی اطّلاعات فنّی و تجارب کافی از طراحی صنعتی نداشتند.

۲) به وسیلهٔ مهندسان مکانیکی که تجربه طرّاحی صنعتی داشتند، ولی اطّلاعات کافی از فرایندهای شیمیایی نداشتند.

این موضوع باعث شد که تا مدّتی برای طرّاحی واحدهای شیمیایی از شیمیدانان و مهندسان مکانیک به صورت مشترک اســتفاده شود. امّا برای هماهنگ کردن کار این دو گروه، به افرادی نیاز بود که هم از فرایندهای شیمیایی و هم از طرّاحی صنعتی مطّلع باشند و هم تجربه‌های آزمایشگاهی لازم را داشته باشند. از این رو رشته‌ای جدید در دانشگاه‌ها با نام «شیمی صنعتی» یا «صنایع شیمیایی» به وجود آمد. با توسعه تدریجی صنایع شیمیایی، نیاز به چنین متخصّصانی که هم در زمینه طرّاحی صنعتی و هم در زمینه فرایندهای شیمیایی تخصص داشتند، بیشتر احساس شد. به این ترتیب، دوره‌هایی با نام «مهندسی شیمی مدرن» در دانشگاه‌ها پایه گذاری شدند. توسعه صنایع شیمیایی باعث شد که دانشگاه‌ها اقدام به تأسیس دانشکده مهندسی شیمی به صورت مجزّا کرده و آن را جدا از رشته‌های شیمی و مکانیک تدریس کنند.[۴]

  • مهندسی شیمی در ایـــران :

دانشکده مهندسی شیمی دانشگاه علم و صنعت ایـــران با فارغ التحصیل نمودن اولین دانش آموخته خود در ســال ۱۳۱۴ به عنوان اولین دانشکده مهندسی شیمی در ایـــران پا به عرصه فعالیت گذارد. دانشگاه علم و صنعت ایـــران که در ســال های آغازین خود به عنوان «مدرسه صنعتی ایـــران و آلمان» شناخته می شد پس از جنگ جهانی اول به عنوان غرامت جنگی به ایـــران واگذار شده بود، در هر کدام از رشته‌های مهندسی شیمی، برق و ماشین حدود بیست دانشجو می‌پذیرفـــــت. دانش آموختگان مدرسه صنعتی ایـــران پس از یک دوره تحصیلی دو ســاله «مهندس شیمی» نامیده می‌شدند. در ســال ۱۳۱۳ «دانشگاه تهران» تأسیس شد و رشته مهندسی شیمی یکی از رشته‌های ارائه شده در دانشکده فنّی بود. در ســال ۱۳۳۶ «دانشگاه صنعتی امیرکبیر» (پلی تکنیک تهران) تأسیس شد و در رشته مهندسی شیمی و برای یک دوره چهار ســاله به پذیرش دانشجو اقدام کرد. امّا برنامه درسی آن زمان دانشگاه تهران و پلی تکنیک هنوز با برنامه واقعی مهندسی شیمی تفاوت بسیار داشت. درس‌هایی مانند «انتقال حرارت»، «انتقال جرم» و «طراحی رآکتور» در سرفصل دروس گنجانده نشده بودند و از تنها درس‌های ویژه مهندسی شیمی «تقطیر»، «جذب» و «ترمودینامیک» را می‌توان نام برد. پس ازاین دو دانشگاه، «دانشگاه شیراز» و پس از آن در ســال ۱۳۴۵ «دانشگاه صنعتی شریف» (صنعتی آریا مهر سابق)این رشته را راه اندازی کردند[۵] که برنامه درسی آنها تفاوت چندانی با برنامه درسی که امروز در رشته مهندسی شیمی ارائه می‌شود نداشت. در ســال‌های بعد، دوره کارشناسی ارشد و در برخی دانشگاه‌ها دوره دکتری مهندسی شیمی نیز راه اندازی شد.[۶]

گرایش‌های مهندسی شیمی

  • طراحی فرآیند
  • مهندسی فرایند
  • مهندسی ترموسنتیک
  • مهندسی کاتالیست
  • جداسازی
  • پدیده های انتقال
  • کنترل
  • مهندسی نانو
  • مهندسی صنایع پالایش
  • مهندسی صنایع پتطریقهیمی
  • مهندسی تکنولوژی صنایع شیمیایی
  • مهندسی صنایع گاز
  • مهندسی پلیمر
  • مهندسی صنایع غذایی
  • مهندسی صنایع سلولزی
  • مهندسی صنایع شیمیایی معدنی
  • مهندسی طراحی فرایندهای صنایع نفت
  • مهندسی بیوتکنولوژی
  • مهندسی داروسازی
  • مهندسی ایمنی بهداشت ومحیط زیست HSE
  • مهندسی مخازن هیدروکربوری
  • بیوتکنولوژی
  • مهندسی هسته ای
  • مهندسی حیاتیات و تسلیحات

دروس مهندسی شیمی در ایـــران

بر اساس مصوّبات شورای عالی انقلاب فرهنگی، علاوه بر دروس عمومی و علوم پایه که دانشجویان فنّی مهندسی موظف به گذراندن آن هستند، سایر دروس این رشته به دو دسته «اصلی» و «تخصّصی» تقسیم می‌شوند. دروس اصلی آن دسته از دروس هستند که تمامی دانشجویان مهندسی شیمی با هر گرایشی آنها را می‌گذرانند و دروس تخصصی به دروسی اطلاق می‌شود که با توجه به گرایش، دانشجو موظف به گذراندن آنها اســت.

  • دروس اصلی
  • موازنه انرژی و مواد
  • مکانیک سیالات
  • انتقال حرارت
  • انتقال جرم
  • طرّاحی رآکتورهای شیمیایی
  • کنترل فرایند
  • کاربرد ریاضیات در مهندسی شیمی
  • ترمودینامیک
  • عملیات واحد
  • دروس تخصّصی

بسته به گرایش متفاوت اســت.

نرم‌افزارهای مورد اســتفاده در مهندسی شیمی

در چند دهه اخیر، نرم‌افزارهای متعدّدی برای شبیه سازی فرایندهای شیمیایی نوشته شده اند که از بین آن ها این نرم‌افزارها در ایـــران شناخته شده تر هستند:

Ansys-Fluent، Comsol حل عددی هیدرودینامیک فرایندهای شیمیایی همراه با در نظر گرفـــــتن انتقال جرم و انتقال حرارت (این دسته از نرم‌افزارها به عنوان نرم‌افزارهای دینامیک سیالات محاسباتی (Computational Fluid Dynamics-CFD)شناخته می شوند)

aspen plus برای شبیه سازی و طرّاحی فرایند

aspen bjac برای شبیه سازی و طرّاحی مبدل

aspen HTFS برای طرّاحی مبدل

aspen polymer برای شبیه سازی واکنش های پلیمری

aspen adsim برای شبیه سازی جذب سطحی

aspen dynamic برای شبیه سازی فرایندهای پویا (دینامیک)

aspen icarus برای براورد اقتصادی فرایندهای شیمیایی

aspen hysys برای شبیه سازی فرایندهای پایا

hysys dynamic برای شبیه سازی فرایندهای پویا

pipesys برای شبیه سازی خطوط لوله

chemcad برای شبیه سازی فرایندهای شیمیایی

تفاوت با شیمی

این دو عنوان بعضی اوقات ،به دلیل تشابه اسمی، باهم اشتباه میشوند.

یک مهندس شیمی فردی اســت با قابلیت طراحی و کنترل وسایل و تجهیزات صنعتی برای تولید مواد شیمیایی که در عین حال مقداری از علم شیمی، که در طراحی های صنعتی لازم اســت، می داند.

مهندسی شیمی علم کاربرد ریاضیات، شیمی، فیزیک و اقتصاد در فرآیند تبدیل مواد خام به مواد باارزش‌تر یا سودمندتر اســت. مهندسی شیمی را می‌توان بطور کلی علم اســتفاده از موازنه جرم، موازنه انرژی و موازنه اندازه حرکت برای طراحی و کنترل واحدهای فرآیندی شیمیایی از قبیل واحد‌های یک پالایشگاه پتطریقهیمی، صنایع چوب و کاغذ و غیره در نظر گرفـــــت.[۷]

درحالی که یک شیمیست بیشتر با آزمایشگاه سروکاردارد و درحوزه علم (science)و تحقیق (research) فعالیت دارد.

همه مهندسین در زندگی خود لحظه هایی را به یاد دارند که سعی کرده اند شغل خود را برای یک دوست و یا فامیل شرح دهند. این تجربه برای همگی آن ها به خصوص مهندسین شیمی دردناک بوده اســت.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:

در حالی که یک مهندس شیمی قبل از آن که یک شیمیدان باشد یک مهندس اســت! مهندسی که کمی شیمی می‌داند. مهندسی که کشفیات آزمایشگاهی شیمیدان ها را تا تولید در مقیاس صنعتی توسعه می دهد. مهندسی که فرایند طراحی می کند. مهندسی که تجهیزات برای فرایندهای شیمیایی، بیولوژیکی و زیست محیطی طراحی می کند. به عبارت دیگر مهندسی شیمی یکی از رشته های مهندسی اســت نه یکی از گرایش های رشته شیمی.

 

تقریبا هر چیزی را که شما در زندگی روزمره به کار می‌برید (اعم از پلاســتیک، فلز، پارچه، کاغذ، غذا، لوازم آرایش، دارو و …) به کمک مهندسین شیمی ساخته می شود.

 

این حرفه طیف وسیعی از فعالیت ها را در بر می‌گیرد. به این دلیل نمی توان این رشته را به صورت عمومی در یک یا چند جمله به طور کامل تعریف کرد. زیرا با هر جمله ای که این رشته تعریف شود طیف وسیعی از قابلیت های مهندسین شیمی ناگفته می ماند. در ضمن با گذشت زمان و به وجود آمدن جنبه های تازه قابلیت های مهندسین شیمی این تعریف برای همیشه کامل نخواهدماند. چندین ســال پیش انجمن مهندسین شیمی امریکا تعریف زیر را برای مهندسی شیمی مرتکب شد!

 

تعریف رسمی انجمن مهندسی شیمی آمریکا (AIChE)

کاربرد اصول علوم فیزیکی همراه با مبانی اقتصادی و روابط انسانی در زمینه هایی که مستقیما به فرایندها و دستگاه هایی که در آنها ماده به منظور تغییری در حالت یا مقدار انرژی و یا ترکیبش تحت عمل قرار گرفـــــته باشد.

 

مطمئنا چیزی از این کلمات دستگیرتان نشد. چند بار دیگر بخوانید شاید چیزی عایدتان شود.(البته به شرط آنکه خودتان مهندس شیمی باشید!) ولی توصیه می شود از این تعاریف خشک و رسمی در جواب به کسی که از شما در مورد مهندسی شیمی سوال می کند دوری کنید!! مثلا می توان از تعریف زیر اســتفاده کرد:

 

طراحی فرایند برای صنایع شیمیایی، جهت تبدیل مواد اولیه به فرآورده های با ارزش افزوده

 

دروس مهندسی شیمی

حدود ۳۵ تا ۴۵% از دروس مهندسی شیمی با بقیه رشته های مهندسی یکسان اســت. (۱۵% دروس عمومی، ۲۰% دروس پایه (ریاضی فیزیک)، ۱۰% دروس مهندسی عمومی). ۱۵% از دروس مهندسی شیمی مربوط به دانشکده شیمی اســت. ۴۰۵ از دروس مهندسی شیمی مربوط به دروس اصلی (۲۵%) و اختیاری مربوط به گرایش (۱۵%) اســت.

 

 

دروس اصلی این رشته عبارتند از :

موازنه ماده و انرژی، ترمودینامیک، مکانیک سیالات، انتقال حرارت، انتقال جرم، سینتیک و طراحی راکتور، کاربرد ریاضیات در مهندسی شیمی، کنترل فرآیندها، عملیات واحد، طرح و اقتصاد مهندسی

 

گرایش های مهندسی شیمی:

 

در مقطع کارشناسی دارای ۸ گرایش زیر می باشد:

 

۱.پالایش: دانش تبدیل نفت خام به فرآورده های نفتی.

 


۲.پتطریقهیمی: دانش تبدیل شاخه ای از فراورده های نفتی به فرآورده های غیر نفتی (پلیمرهای خام و محصولات پتطریقهیمی)

 

۳.پلیمر: دانش تبدیل پلیمرهای خام (PVC,PP,PE) به پلیمرهای صنعتی (لاســتیک، چسب، رنگ و …)

 

۴.صنایع گاز: دانش تبدیل گاز طبیعی به گاز قابل مصرف (شامل عملیات اســتخراج، پالایش، انتقال و …) (با توجه به منابع غنی گاز در ایـــران و رتبه دوم ایـــران در جهان از این حیث، آینده این گرایش بسیار درخشان خواهد بود)

 

۵.صنایع شیمیایی معدنی: دانش تبدیل مواد شیمیایی اســتخراج شده از معدن به محصولات شیمیایی معدنی (گچ، سیمان، کاشی، اسیدها و بازها، گازهای صنعتی و … )

 

۶.صنایع غذایی: دانش تبدیل مواد غذایی به محصولات غذایی مغذی‌تر و با طعم بهتر.

 

۷.طراحی فرایندهای صنعت نفت: همانطور که از نام آن مشخص اســت در دروس اختصاصی و اختیاری این گرایش باید مسائل مربوط به صنایع نفت مطرح شود.

 

۸.بهره برداری: این گرایش را می توان رشته ای مستقل دانست و شامل دروسی مانند اکتشاف نفت، حفاری، مخازن هیروکربنی و … اســت.

 

لینک کوتاه این مطلب: https://www.imoz.ir/?p=6963

ممنون از این که این خبر را در بخش پزشکی و سلامت توما خواندید
بخش پزشکی مجله توما مطالب زیر رو هم به شما پیشنهاد میکند