مهندسی شيمی از کجا وچگونه
در سال 1881 اولين درس در زمينه مهندسی شيمی در انيستيتو تکنولوژی ماساچوست امريکا (MIT)توسط پروفسور نورتون در دانشکدهءمکانيک تدريس شد.وی استاد درس شيمی صنعتي بود.علت ارائهء چنين درسی افزايش روزافزون صنايع شيميايی بود و بايد تعيين فرايند ساخت و چگونگی بهره برداری به نحوی رضايت بخش صورت میگرفت.ساخت چنين صنايعی بايد به دست مهندسانی که اطلاعات کافی دربارهء فرايندهای شيميايی داشتند صورت می گرفت.درآن زمان طراحی و نظارت بر ساخت اين قبيل صنايع به دو صورت انجام پذير بود
الف) به کمک شيمی دان ها که از تئوريهای آزمايشگاهی مطلع بوده ولی اطلاعات مهندسی وتجارب آنها کافی نبود
ب) توسط مهندسان مکانيک که تجربهء طراحی داشتند ولی از کم وکيف تئوری فرايند مطلع نبودند
در نتيجه هر حوزه به تنهايی درک و برداشت کاملی از طراحی و فرايند صنايع شيميايی نداشتند و به ناچار از هر دو حوزه استفاده می شد تا با تبادل اطلاعات وهمکاری بين آنها طراحی و ساخت واحد شيميايی صورت پذيرد.چنين وضعی يعنی استفاده از شيمی دان ها ومهندسان مکانيک در طراحی و ساخت واحد توليدی در آلمان مورد توجه بوده است.يعنی اين که برای ساخت و يا طراحی يک فرايند شيميايی بخشهای مهندسی مکانيک و علوم شيمی در کنار يکديگر قرار می گرفتند.از شواهد چنين بر می آيد که برای هماهنگ و يکنواخت کردن طراحی و ساخت لازم بود که از اين دو حرفه (شيمی و مهندسی مکانيک) در يک مجموعه ترکيب شود. فارغ التحصيلان چنين رشته ای که اطلاعات مربوط به فرآيندهای شيميايی و طراحی را با هم دارند قادر به طراحی ساخت و نظارت بر یک فرایند شیمیایی خواهند بود.بر اساس اين ايده بود که درس شيمی صنعتی و بعضی از تجربه های آزمايشگاهی ارائه گرديد.در اين مقطع متخصصانی در دانشگاه آموزش می دیدند که تحت عنوان شیمی صنعتی یا صنایع شیمیایی فعالیت میکردند.به تدریج که صنایع شیمیایی پیشرفت کردنیاز به متخصصانی که به هر دو حوزه تسلط داشته باشند بیشتر شده و مطالعه دروسی که بتواند نیاز صنایع شیمیایی را برآورده کند در دستور کار استادان دانشگاه ها قرار گرفت و دوره ها یی با نام "مهندسی شیمی مدرن"تاسیس شد.
توسعه روز به روز صنایع شیمیایی و احساس نیاز مبرم به مهندسان شیمی دانشگاهها را بر آن داشت تا اقدام به تاسیس دانشکده های مهندسی شیمی مستقل از دانشکده های مکانیک کنند.
برای مثال پیشرفت صنایع شیمیایی در امریکا به حدی بودکه در سال 1910 تولید مواد شیمیایی در این کشور بیشتر از مجموع تولیدات مواد شیمیایی در آلمان و انگلیس شد که این پیشرفت سریع را مدیون توجه حاضر محافل علمی امریکا به حرفهء مهندسی شیمی می دانند.در این میان در ایران اولین بخش مهندسی شیمی در سال 1325 در دانشکده فنی دانشگاه تهران شروع به کار کرد.امروزه دامنه رشته مهندسی شیمی بسیار وسعت یافته است.شاخه هایی در بیو تکنولوژی که هم اکنون در دنیا به عنوان یک"" فناوری برتر""مطرح شده است.مثل کاربرد آنزیمها در بهبود فرایندو....مهندسی پزشکی در مهندسی شیمی.تصفیهءپسابها کنترل فرایندهاو..... از زیر شاخه های مهندسی شیمی محسوب می شوند.گسترش و پیشرفت این قبیل شاخه ها نشان دهندهء آن است که مهندسی شیمی دیگر نه تنها تخصصی در شیمی و مکانیک نیست بلکه دامنه اش بسیار فراتر از این رشته ها می باشد.
مهندسي شيمي ، توانايي ها و كاربردها
براي مهندسي شيمي به عنوان يكي از رشته هاي فني كاربردي ، كه امروزه گسترش فراواني پيدا كرده است، از سوي ارگانهاي گوناگون تعاريف مختلفي ارائه شده كه در زير به بعضي از آنها اشاره مي شود.
انجمن مهندسين شيمي آمريكا مهندسي شيمي را به صورت زير تعريف كرده است: «مهندسي شيمي عبارتست از كاربرد اصول علوم فيزيكي همراه با مباني اقتصادي و روابط انساني در زمينه هايي كه مستقيماّ به فرآيندها و دستگاههاي لازمه مربوط مي باشند و در آنها ماده به منظور تغيير در حالت، تركيب يا مقدار انرژي تحت عمل قرار داده شود.»
همچنين تعريف ستاد انقلاب فرهنگي ايران از مهندسي شيمي به صورت زير مي باشد:
«فن كاربرد علوم پايه در جهت پياده نمودن فرآيندهاي شيميايي و فيزيكي در مقياس صنعتي .»
بنابراين و با توجه به تعاريف فوق ، مهندسي شيمي را مي توان تلفيقي از علوم گوناگون مانند رياضي، شيمي و فيزيك دانست كه با در نظر گرفتن فاكتورهاي اقتصادي، توليد صنعتي يك فرآورده از طريق فرآيند هاي شيميايي و فيزيكي در مقياس زياد را طراحي و رهبري مي كند.
با نگاهي دقيق تر مي توان ويژگي ها و تواناييهاي موجود در مهندسي شيمي را به طور خلاصه به صورت زير دسته بندي كرد:
-شناخت و بررسي فرآيندهاي فيزيكي و شيميايي متوالي در مسير توليد.
-طراحي سيستمها و دستگاههاي مورد نياز در اين مسير.
-بهينه كردن سيستم از نظر اقتصادي و كيفيت فرآورده ها و ..
به نظر مي آيد كه با توانايي هاي بالا، مهندسي شيمي مي تواند كاربردهاي فراواني در عرصه هاي صنعتي و در زمينه هاي گوناگون داشته باشد. و حقيقت نيز چنين بوده و مهندسي شيمي كاربردهاي بسيار زيادي در موارد مختلف دارد. از جمله اين كاربردها مي توان به موارد زير اشاره كرد:
-صنايع نفت، گاز و پتروشيمي
-صنايع شيميايي( رنگ، مواد شوينده و …)
-صنايع كاني غير فلزي (سيمان، گچ، شيشه، سراميك و …)
-صنايع سلولزي (كاغذ،مقوا، چوب)
-صنايع غذايي و دارويي
-صنايع فرآوري چرم و پوست
-تصفيه آب و پساب و…
باوجود كاربردهاي فراوان مهندسي شيمي ، اين رشته همواره در حال بسط و توسعه بوده و هر روزه افقهاي جديدتري در پيش روي اين رشته قرار مي گيرد.يكي از جديدترين زمينه هاي به وجود آمده، مهندسي بيوتكنولوژي مي باشد.
مهندسي شيمي، اهداف، توانايي ها
هدف
مهندسي شيمي رشته گستردهاي است كه در دوره كارشناسي آن با استفاده از اصول مهندسي به همراه مباني رياضيات و شيمي و فيزيك، زمينههاي لازم براي طراحي و بهرهبرداري از صنايع متنوعي به دانشجويان آموزش داده ميشود. نظر به اينكه اصول مهندسي در مورد صنايع بسيار متنوع و گسترده شيميايي يكسان است، مهندسان شيمي از انعطاف فوقالعادهاي در انتخاب شغل برخوردارند پس از فراگيري فيزيك، شيمي و بخصوص رياضيات و همچنين دروس اصلي اين رشته مانند موازنه انرژي و مواد، ترموديناميك، مكانيك سيالات، انتقال حرارت، انتقال جرم، عمليات واحدهاي صنعتي، طراحي راكتورهاي شيميايي، كنترل فرآيندها و اقتصاد و طراحي مهندسي مطرح ميشوند.
به علاوه ، دروس ديگري در مهندسي عمومي نظير مباني برق، استاتيك و مقاومت مصالح، مهندسي محيط زيست، رسم فني و كارگاهها، براي تكميل اطلاعات مهندسي دانشجويان آموزش داده ميشوند. در دوه كارشناسي مهندسي شيمي علاوه بر دروس فوق چند درس ديگر در زمينههاي تخصصي نظير صنايع نفت و گاز و پتروشيمي ، صنايع غذايي، صنايع معدني و طراحي فرآيند ، به مدت حدود يك نيمسال تحصيلي ارائه ميشوند كه دانشجويان بر حسب علاقه خود و يا زمينه كاري موجود در صنايع مختلف، آنها را انتخاب ميكنند. ارائه اين تخصصها در دانشگاههاي مختلف بستگي به علاقه و توان آموزشي هر دانشگاه دارد.
تواناييهاي عمومي مورد نياز و قابل توصيه
يك دانشجوي مهندسي شيمي در درجه اول بايد در دروس رياضي قوي باشد و دو درس فيزيك و شيمي در مراحل بعدي قرار دارد.
فردي كه رشته مهندسي شيمي را انتخاب ميكند بايد در رياضيات و فيزيك قوي باشد. البته در اين رشته، درس شيمي نيز اهميت دارد اما رياضيات و فيزيك از اهميت بيشتري برخوردار است. همچنين داوطلبان آزمون سراسري بايد بدانند كه رشته مهندسي شيمي رشته آساني نيست، پس اگر داوطلبي به تحقيق و مطالعه مستمر علاقه زيادي ندارد، بهتر است كه وارد اين رشته نشود.
دانشجويان مهندسي شيمي نسبت به دانشجويان رشتههاي مهندسي ديگر تنها 9 واحد بيشتر شيمي ميخوانند . يعني علاوه بر شيمي عمومي 1 كه در اكثر رشتههاي مهندسي ارائه ميشود، شيمي عمومي 2 ، شيمي آلي و شيمي تجزيه نيز مطالعه ميكنند. در مقابل، رياضي در اين رشته بسيار اهميت دارد چون يك مهندس شيمي براي طراحي راكتور ، برج و مبدل نياز به دانش رياضي دارد.
علاوه بر رياضي و فيزيك، تسلط بر زبان انگليسي نيز در اين رشته بسيار مهم است چون اكثر كتب تخصصي اين رشته به زبان انگليسي ميباشد. همچنين دانشجوي اين رشته بايد داراي دقت نظر خوبي باشد براي آن كه در مهندسي شيمي علاوه بر آزمايشهايي در مقياس بزرگ، آزمايشهايي در مقياس كوچك نيز وجود دارد. براي مثال ما در شيمي تجزيه بعضي آزمايشهايمان در حد ميليونيم P.P.M است و بدون شك در چنين آزمايشي اگر يك صدم گرم نيز اشتباه بشود، همه آزمايش به هم ميريزد.
صنايع شيميايي كشور ما بسيار بكر و دستنخورده است و ما تا كنون از امكاناتمان بخوبي بهرهبرداري نكردهايم براي مثال بسياري از فرآوردههاي شيميايي مثل مواد اوليه دارويي، بهداشتي و آرايشي را كه توليدشان نيز نسبتا راحت است از خارج از كشور وارد ميكنيم و يا در خيلي از كاتاليزورهاي صنعت نفت جا براي فعاليت افراد خلاق و نوآوري كه كوشا و فعال باشند، وجود دارد.
توانايي هاي فارغالتحصيلان
صنايع گاز
فارغالتحصيلان اين رشته ميتوانند پس از پايان تحصيلات و كسب تجربه لازم ، امور متفاوتي را از نظر طراحي ، ساخت ، اجرا و نظارت بر اجراي طرحهاي مختلف به عهده گيرند كه در زير به برخي از آنها اشاره ميشود:
1-طراحي ، محاسبه و ساخت واحدهاي نمزدايي و شيرينسازي گاز طبيعي .
2-طراحي ، محاسبه و ساخت واحدهاي تفكيك كننده اجزاي گاز طبيعي .
3-طراحي خطوط لوله انتقال گاز طبيعي از مخازن گاز به پالايشگاهها.
4-راهبري و نظارت بر عملكرد پالايشگاههاي گاز طبيعي.
5-انجام كليه محاسبات مربوط به گاز طبيعي از قبيل محاسبات مربوط به تشكيل هيدراتهاي گازي و غيره.
6-طراحي و نظارت بر عملكرد خطوط لوله گاز طبيعي از پالايشگاهها به مراكز مصرف .
7-طراحي شبكههاي توزيع گاز طبيعي در شهرها.
8-طراحي و ساخت دستگاههاي جداساز گاز- مايع ، گاز-جامد و مايع-جامد.
صنايع غذايي
- رفع اشكال و حل مشكلات مربوط به اين تخصص.
- تطبيق شرايط كمي و كيفي توليد با تقاضا.
- توسعه و انتقال فنآوري به منظور بهبود شرايط توليد در صنايع غذايي.
- برنامهريزي فعاليتهاي توليد در صنايع غذايي.
- طراحي و نظارت بر ساخت دستگاهها و شبكههاي مورد نياز در صنايع غذايي مانند راكتورها و برجهاي جذب و دفع .
- نظارت بر نصب و راهاندازي سيستمها .
- بهرهبرداري از صنايع به نحو مطلوب (از لحاظ فني و اقتصادي).
طراحي فرآيندهاي صنايع نفت
فارغالتحصيلان اين دوره توانايي كافي در احراز مشاغل و ايفاي وظايف زير را دارند: انجام محاسبات و تعيين مشخصات وسايل، دستگاهها و فرآيندهاي شيميايي كه در صنايع نفت مورد استفاده قرار ميگيرد. منظور از طراحي فرآيند در صنايع نفت، استفاده از دادههاي موجود به منظور محاسبه و تعيين مشخصات فني يك دستگاه ، يك واحد و يا يك كارخانه تا حد تشكيل نمودار جرياني كامل است.
پالايش
فارغالتحصيلان اين رشته داراي تواناييهاي زير هستند:
فعاليت در پالايشگاههاي نفت و گاز، كارخانهها و مجتمع هاي پتروشيمي، كارخانههاي تصفيه روغن ، امور انتقال فرآوردهها و واحدهاي توليد مواد شيميايي و ... . همكاري با مراكز علمي و صنعتي كشور در زمينه برنامه ريزي و گسترش اين صنايع و ... .
صنايع پتروشيمي
فارغالتحصيلان اين رشته داراي تواناييهاي زير هستند:
فعاليت در پالايشگاههاي نفت و گاز ، كارخانهها و مجتمعهاي پتروشيمي، كارخانههاي تصفيه روغن ، امور انتقال فرآوردهها و واحدهاي توليد مواد شيميايي و همچنين همكاري با مراكز علمي و صنعتي كشور در زمينه برنامهريزي و گسترش اين صنايع .
رابطه مهندسي شيمي با علم شيمي
آيا ميدانيد كه دانشجويان گرايشهاي مختلف رشته مهندسي شيمي تنها 12 واحد شيمي ميگذرانند كه از اين 12 واحد نيز 3 واحد در اكثر رشتههاي مهندسي ارائه ميشود؟
و آيا ميدانيد كه بيشتر دروس مهندسي شيمي با رشتههاي مهندسي ديگر ، بخصوص مهندسي مكانيك گرايش حرارت و سيالات مشترك است؟
حتما ميپرسيد پس چرا عنوان اين رشته مهندسي شيمي است؟
عنوان كامل اين رشته، مهندسي صنايع شيمي است. يعني همانطور كه ما مهندسيني در صنايع الكترونيك و مكانيك داريم، در صنايع شيمي نيز داريم. اما به مرور كلمه صنعت از عنوان يك رشته حذف شده و به همين دليل داوطلبان آزمون سراسري فكر ميكنند كه مهندسي شيمي شبيه به رشته شيمي است. در حاليكه نسبت بين مهندسي شيمي و شيمي مثل نسبت بين مهندسي برق و فيزيك ميباشد.
به دست آوردن مواد شيميايي در آزمايشگاه به علم شيمي باز ميگردد. يعني وقتي كه ما در آزمايشگاه ماده A را با B تركيب ميكنيم و ماده C به دست ميآيد از علم شيمي استفاده كردهايم اما اين كه از چه طريقي از A و B به C ميرسيم در حيطه مهندسي شيمي قرار دارد. از سوي ديگر يك شيميست در آزمايشگاه فعاليت ميكند در حاليكه يك مهندس در مقياس صنعتي كار ميكند و براي رسيدن به هدف خود از دروس مهندسي مثل انتقال حرارت، انتقال جرم، مكانيك سيالات ، طراحي رآكتورها و يا ترموديناميك ياري ميگيرد. به عبارت ديگر در مهندسي شيمي فقط از علم شيمي به عنوان يك پايه استفاده ميشود و سپس به سراغ دروسي ميرويم كه محاسباتي و مهندسي هستند.
تفاوت عمده مهندسي شيمي با شيمي در اين است كه مهندس كارش طراحي است در حالي كه شيميستها با كارهاي آزمايشگاهي روبرو هستند. البته در اين رشته دروس شيمي نيز وجود دارد اما شباهت اين رشته به ساير رشتههاي مهندسي ، بخصوص مهندسي مكانيك گرايش حرارت و سيالات بييشتر از شباهت اين رشته به شيمي است. در حقيقت يك مهندس شيمي به عنوان حد واسط بين آزمايشگاه و مصرفكننده، از اطلاعات شيميستها استفاده كرده و مواد شيميايي را به توليد صنعتي ميرساند.
براي يك شيميست تنها توليد ماده مهم است؛ اين كه وقتي دو ماده با هم تركيب ميشود، چه مادهاي به وجود ميآيد. اما يك مهندس شيمي به طراحي دستگاههايي ميپردازد كه ماده فوق را به كيفيت بالايي ميرساند.
نكات تكميلي
رشته مهندسي شيمي نسبت به رشتههاي مهندسي ديگر جديد است، چرا كه اين رشته زاييده ضرورت و نياز صنعت مكانيك، الكترونيك و عمران ميباشد.
براي مثال به مرور زمان صنعت به مهندس مكانيكي احتياج پيدا كرد كه از تحولات و فرآيندهاي شيميايي اطلاع داشته باشد و بتواند دستگاههايي را طراحي كند كه در آنها فرآيندهاي شيميايي اتفاق ميافتد. در نتيجه شروع به تربيت مهندسين مكانيكي كرد كه بيش از معمول تحصيلكردگان اين رشته از علم شيمي مطلع باشند و اين دسته از متخصصان همان مهندسين شيمي هستند.
در يك پروژه كه با حضور مهندسين رشتههاي مختلف انجام ميگيرد، مهندس شيمي كار اوليه را بر عهده دارد. براي مثال اگر قرار باشد يك برج براي تقطير مادهاي ساخته شود؛ كار طراحي اين برج، تعيين ارتفاع، قطر و نوع موادي كه بايد در ساخت آن به كار برده شود و همچنين تعيين درجه دما و فشار آن بر عهده مهندس شيمي است.
مهندسين شيمي
مهندس شيمی
شيمی را از محدوده آزمايشگاه به دنيای کار و صنعت وارد می کند. مهندسين شيمی با استفاده از اصول فيزيک، شيمی و رياضی فرايندهای توليدی شيميائی را در مقياسهای بزرگ طراحی می کنند. آنها از نتايج آزمايشگاهی برای ساخت توليداتی مانند پلاستيک، دارو، مواد شوينده و سوختها در واحدهای عملی استفاده می کنند و همچنين برای بالا بردن توليد و کم کردن هزينه و ارتقای کيفيت محصولات برنامه ريزی می کنند. تقريباً تمامی کمپانيهای صنايع شيميائی از مهندسين شيمی استفاده می کنند. فعاليت مهندسين شيمی در زمينه های انرژی هسته ای، علم مواد، صنايع غذايی، توسعه منابع جديد انرژی و صنايع دارويی نيز گسترده می باشد. مهندسين شيمی علاوه بر طراحی و توليد و توسعه محصولات به فعاليت در زمينه محيط زيست، تحقيقات، مديريت، پردازش داده و ميزان و بازار فروش می پردازند. می توان گفت برای مهندسين شيمی در هر واحد توليدی يا صنعتی، زمينه ای برای فعاليت وجود دارد.
وسيعترين شاخه مهندسی است
وسعت عمل مهندسين شيمی از ساير شاخه های مهندسی بيشتر است چرا که آنها در سه شاخه بنيادی فيزيک، رياضی و شيمی فعاليت دارند حال آنکه ديگر شاخه های مهندسی فقط بر پايه رياضی و فيزيک هستند. علاقه خاص به شيمی همراه با مهارت در رياضی و علوم افراد را به اين رشته جذب می کند. برنامه تحصيلی مهندسين شيمی بجز دروس شيمی واحد هايی مربوط به ديگر رشته های مهندسی مانند ترموديناميک، مکانيک سيالات، طراحی فرايند، کنترل، انتقال جرم و حرارت، عمليات واحد و غيره می باشد.
آموزش در ضمن کار را ميسر می سازد
مهندسين شيمی می گويند تجربه حاصل از کارکردن، در ادامه تحصيلاتشان در اين رشته قرار می گيرد. پاتريک ديکرسون، از مهندسين شيمی کمپانی سولوشيا، می گويد: « در دانشگاه موارد تئوری را می آموزی و هنگام کار، استفاده عملی از آنها را در دنيای واقعی فرا می گيری.» او ادامه می دهد: « هنگام کار تمامی فکرم را بر توليد و مشکلاتی که ايجاد می شود متمرکز می کنم. بايد بفهمم که چگونه به يک فرايند توليدی برای ادامه کار کمک کنم.»
اسکات هاروی مهندس شيمی شرکت لنزوا می گويد: « مدرک شما کليدی است برای آغار دوره شغلی شما، اما پرورش دادن خود هنگام کار عاملی است که شما را در شغلتان موفق می کند.
حرفه ای راضی کننده
مهندسين شيمی وسعت عمل موجود در کار خود را دوست دارند. حيطه عمل اين شغل بسته به نوع پروژه و درجه تکامل و پيشرفت آن بسيار گسترده است. بخش ديگری از شغل او که باعث خشنودی اش می شود به عرصه اجرا دراوردن کارهای آزمايشگاهی است.
مراکز استخدام کننده
مهندسين شيمی تقريباً توسط تمامی شرکتهای توليدی شيميائی، صنايع نفت و گاز و پتروشيمی، صنايع غذايی و دارويی، صنايع سلولزی، صنايع معدنی، صنايع توليد انرژی استخدام می شوند.
تقريباً سه چهارم مهندسين شيمی در صنايع توليدی کار می کنند و بقيه توسط مراکز دانشگاهی، طراحی و مهندسی استخدام می شوند و يا بطور شخصی مشغول به کار هستند.
خصوصيات شخصيتی
علاقه عميق به رياضی، فيزيک و شيمی برای موفقيت در اين رشته ضروری است. چون مهندسي شيمی بر پايه اين سه علم بنا شده است. در نتيجه تفکر تحليل گرانه و سيستماتيک، حل مسايل و داشتن ابتکار ضروری است.