تاریخچه

مهندسی شیمی علم نسبتا تازه ای است که از تاسیس آن بیش از یکصد و بیست سال نمی گذرد .  در سال 1880 میلادی پروفسور LEWIS. M . NORTON  عضو هیات علمی گروه مکانیک دانشگاه  MIT  آموزش دوره مهندسی شیمی را پایه گذاری کرد . اما دروس این دوره  مهندسی نوین ، تا اوایل قرن بیستم آمیزه ای از مباحث مربوط به شیمی محض ، شیمی مهندسی و مهندسی مکانیک بود .در سال 1908 با تاسیس انجمن مهندسان شیمی آمریکا گامی اساسی در توسعه این علم به عنوان یک رشته مهم مهندسی برداشته شد.

در سالهای اخیر مهندسی شیمی از رشد همه جانبه و سریعی بر خوردار بوده است و امروزه گستره وسیعی از زمینه های مختلفی را در بر گیرد.به یک تعریف ساده مهندسی شیمی فردی است که امکان فرایند های شیمیایی گوناگون را که در سطح آزمایشگاه صورت می گیرد در مقیاس صنعتی و اقتصادی فراهم می سازد.

ارائه روش تولید ماده مذکور در مقیاس انبوه و باکمترین مقیاس ممکن از وظایف مهندسان شیمی به شمار می رود.برای رسیدن به این هدف لازم است که مهندسی شیمی تجهیزات مختلف نظیر دستگاه های انتقال گرما ، جرم ، پمپ، کمپرسور، راکتور ، و لوازم ضروری دیگر را طراحی کرده و در ساخت ، نصب و راه اندازی آن نظارت نماید بعلاوه اداره و نگهداری واحدهای عظیم صنعتی نظیر پالایشگاه ها ، مجتمع های پتروشیمی ، فولاد صنایع سلولزی و نطایر آنها از دیگر وظایف مهندسان شیمی است .

 بدیهی است برای کسب دانش و مهارتهای لازم جهت اجرای وظایف فوق ضروری که مهندسان شیمی دوره های آموزشی نظری و عملی خاص را بگذراند. آموزش علمی مهندسان شیمی شامل فراگیری مباحثی  در علوم پایه ، علوم انسانی و نیز دروس تخصصی و اصلی است که اهم دروس اخیر عبارتند از :

ترمو دینامیک ، پدیده های انتقال ، موازنه مواد و انرژی طراحی راکتورهای شیمیایی ، کنترل فرایند ، طرح و اقتصاد و اجرای یک پروژه و یا پایان نامه مهندسی که به بررسی و پژوهش درباره موضوع خاصی در مهندسی شیمی اختصاص دارد.

تصویری از یک مهندس شیمی

مهندس شیمی رشته ای از مهندسی است که با پرورش ، کاربرد و تولید فرایندهایی که در آن تغییرات شیمیایی و فیزیکی صورت می گیرد رابطه دارد . شیمی ، فیزیک و ریاضیات پایه های علوم مهندسی شیمی بوده و اقتصاد جزء لاینفک این بخش از مهندسی می باشد.

در مهندسی شیمی پنج اصل پایه مورد برسی ، مطالعه و اجرا قرار می گیرند و در دانشگاههای مربوط برنامه ها را طوری تنظیم کرده و تدریس می کنند که داشجویان با این مبانی آشنایی پیدا نمایند . این اصل عبارتند از :

?-موازنه وزنی

?- موازنه انرژی

?- تعادلهای ساکن

?- تعادلهای متحرک

?- اقتصاد

بدیهی است که برنامه های دانشگاهی با نیازهای زمانی و مکانی تطبیق داشته و بر حسب احتیاجات جامعه تغییرات مورد نظر در آنها حاصل میگردد ریاضیات پایه اصلی مهندسی شیمی بوده و هر کس که بخواهد مهندس شیمی شود باید به ریاضیات علاقه مند بوده و در کاربرد آن مهارت پیدا کند در واقع ریاضیات کاربردی و کامپیوتر ابزار مهمی برای تجزیه و تحلیل فرایند ها و تجزیه های شیمیایی می باشد

تر کیب شیمی آلی فیزیکی و مهندسی به فهم و طراحی علمی و عملی دستگاههای صنعتی نیاز دارد که منجر به شناخت عملیات واحد می شود که در بسیاری از فرایند های شیمیایی مشترک هستند که این فرآیندها شامل تقطیر ، تصفیه ، کریستال سازی و استخراج میباشد همچنین ترمودینامیک وسینتیک شیمیایی به همراه انتقال جرم وحرارت ، جریان سیال و طراحی دستگاه جزو زمینه های مهندسی است.

مهندسی شیمی از بدو ایجاد تاکنون در حال دگرگونی و توسعه بوده است امروزه اگر باید تخصصی به این حرفه نگاه کنیم متوجه می شویم که مهندسی شیمی با رشته های دیگر مهندسی زمینه های مشترک داشته ولی با وجود این دارای مشخصاتی است که خود به تنهایی و مستقلا به عنوان حرفه مشخص در دنیای مهندسیهای دیگر جلوه گر است نیروی هسته ای و تبدیل انرژیها با مهندسی مکانیک ، کنترل فرایند ها با مهندسی برق ، محیط زیست و آلودگی با مهندسی عمران در ارتباط هستند ولی در تمام این مسائل مهندسی شیمی نقش اساسی و رهبری داشته به ظوری که سایر حرفه های های مهندسی اطراف خود را فرا می گیرد

کار مهندسی شیمی

کار مهندسی شیمی اصولا به طراحی ساختمان ، عملیات بهره برداری دستگاهها و کارخانجات فرایندی مربوط می شود در  صنایع نفت اغلب صنایع بزرگ به مهندسین شیمی  process engineers   اطلاق می شود قابلیت های مهندسی شیمی در صنعت را می توان به صورت زیر فهرست نمود:

0 بررسی اقتصادی فرایند با استفاده از اطلاعات موجود که در اغلب موارد انجام آزمایشات ضروری خواهد بود.

0 شرکت در انجام آزمایشات پایلوتی و برنامه ریزی عملیات و ترتیب انجام آزمایشات و جمع آوری اطلاعلات

0 انجام محاسبات اقتصادی و توجیه اقتصادی طرح فرایند تجاری

0 تهیه طراحی بنیادی ، ارزشیابی پیشنهادات رسیده از پیمان کار جهت انتخاب طرح ، انتخاب پیمان کار مناسب ، عملیات ساختمانی ، طراحی تفصیلی ، فعالیت های راه اندازی انجام آزمایشات ، بهره برداری و رفع نواقص

0 شرکت در بخش بازار یابی ، خرید و فروش فرایندها

0 وکالت امتیاز نامه ها ، در اینجا بهتر لست نقل قولی از آقای  s.h.horwitz  داشته باشیم که می گوید :

(( کارهای مهندسی شیمی لذت بخش است چون با انسانها ، سازندگی ، خلاقیت و ابداع سروکار دارد و اگر قرار باشد دومرتبه جوانی بیاید و مهندسی را شروع کنم باز دز مهندسی شیمی گام خواهم داشت ))

واژه زیست تخریب پذیر یا Biodegradable به معنی موادی است که به سادگی توسط فعالیت موجودات زنده به زیرواحدهای سازنده خود تجزیه شده و بنابراین در محیط باقی نمی مانند. استانداردهای متعددی برای تعیین زیست تخریب پذیری یک محصول وجود دارد که عمدتاً به تجزیه ?? تا ?? درصد از محصول در مدت دو تا شش ماه محدود می شود. این استاندارد در کشورهای مختلف متفاوت است. اما دلیل اصلی زیست تخریب پذیر نبودن پلاستیک های معمولی، طویل بودن طول مولکول پلیمر و پیوند قوی بین مونومرهای آن بوده که تجزیه آن را توسط موجودات تجزیه کننده با مشکل مواجه می کند.

با این حال تولید پلاستیک ها با استفاده از منابع طبیعی مختلف، باعث سهولت تجزیه آنها توسط تجزیه کنندگان طبیعی می شود.
برای این منظور و با هدف داشتن صنعتی در خدمت توسعه پایدار و حفظ زیست بوم های طبیعی، تولید نسل جدیدی از مواد اولیه مورد نیاز صنعت بر اساس فرآیندهای طبیعی در دستور کار بسیاری از کشورهای پیشرفته قرار گرفته است. به طور مثال دولت آمریکا طی برنامه ای بنا دارد تا سال ،???? تولید مواد زیستی را با استفاده از کشاورزی و با بهره برداری از انرژی خورشید با درآمد تقریبی ?? تا ?? میلیارد دلار انجام دهد. در این بین تولید پلیمرهای زیستی جایگاه خاصی دارند. تولید اینگونه پلیمرها توسط طیف وسیعی از موجودات زنده مثل گیاهان، جانوران و باکتری ها صورت می گیرد. چون این مواد اساس طبیعی دارند، بنابراین توسط سایر موجودات نیز مورد مصرف قرار می گیرند و تجزیه کنندگان از جمله مهم ترین این موجودات زنده در موضوع مورد بحث ما هستند. برای بهره برداری از این پلیمرها در صنعت دو موضوع باید مورد توجه قرار گیرد:

? دید محیط زیستی: این مواد باید سریعاً در محیط مورد تجزیه قرار گیرند، بافت خاک را بر هم نزنند و به راحتی با برنامه های مدیریت زباله و بازیافت مواد از محیط خارج شوند.
? دید صنعتی: این مواد باید خصوصیات مورد انتظار صنعت را از جمله دوام و کارایی داشته باشند و از همه مهم تر، پس از برابری یا بهبود کیفیت نسبت به مواد معمول، قیمت تمام شده مناسبی داشته باشند.

در هر دو بخش، مخصوصاً بخش دوم، استفاده از مهندسی تولید مواد برای دستیابی به اهداف مورد انتظار ضروری است.
همانطور که ذکر شد، تولید پلیمرهای تجدیدشونده با بهره برداری از کشاورزی، یکی از روش های تولید صنعتی پایدار است. برای این منظور دو روش اصلی وجود دارد: نخست استخراج مستقیم پلیمرها از توده زیستی گیاه است. پلیمرهایی که از این روش تولید می شوند عمدتاً شامل سلولز، نشاسته، انواع پروتئین ها، فیبرها و چربی های گیاهی هستند که به عنوان شالوده مواد پلیمری و محصولات طبیعی کاربرد دارند. دسته دیگر موادی هستند که پس از انجام فرآیندهایی مانند تخمیر و هیدرولیز می توانند به عنوان مونومر پلیمرهای مورد نیاز صنعت استفاده شوند.

مونومرهای زیستی همچنین می توانند توسط موجودات زنده نیز به پلیمر تبدیل شوند که مثال بارز آن پلی هیدروکسی آلکانوات ها هستند.
باکتری ها از جمله موجوداتی هستند که این دسته از مواد را به صورت گرانول هایی در پیکره سلولی خود تولید می کنند. این باکتری به سهولت در محیط کشت رشد داده شده و محصول آن برداشت می شود.

رهیافت دیگر جداسازی ژن های درگیر در این فرآیند و انتقال آن به گیاهان است که پروژه هایی در این زمینه از جمله انتقال ژن های باکتریایی تولید PHA به ذرت انجام شده است. نکته ای که نباید از نظر دور داشت این است که به رغم قیمت بالاتر تولید پلاستیک های زیست تخریب پذیر، چه بسا قیمت واقعی آنها بسیار کمتر از پلاستیک های سنتی باشد؛ چرا که بهای تخریب محیط زیست و هزینه بازیافت پس از تولید هیچ گاه مورد محاسبه قرار نمی گیرد. در ادامه مبحث، تولید پلاستیک های زیست تخریب پذیر PHA به طور اختصاصی مورد بررسی قرار می گیرد. تقریباً تمامی پلاستیک های معمول در بازار از محصولات پتروشیمی که غیرقابل برگشت به محیط هستند، به دست می آیند. راه حل جایگزین برای این منظور، بهره برداری از باکتری های خاکزی مانند Ralstonia eutrophus است که تا ?? درصد از توده زیستی خود قادر به انباشتن پلیمرهای غیرسمی و تجزیه پذیر پلی هیدروکسی آلکانوات (PHA) هستند. PHAها عموماً از زیرواحد بتاهیدروکسی آلکانوات و به واسطه مسیری ساده با سه آنزیم از استیل-کوآنزیم A ساخته شده و معروف ترین آنها پلی هیدروکسی بوتیرات (PHB) است. در خلال دهه ?? میلادی شرکت انگلیسی ICI فرآیند تخمیری را طراحی و اجرا کرد که از آن طریق PHB و سایر PHAها را با استفاده از کشت E.coli اصلاح ژنتیکی شده که ژن های تولید PHA را از باکتری های تولیدکننده این پلیمرها دریافت کرده بود، تولید می کرد.

متاسفانه هزینه تولید این پلاستیک های زیست تخریب پذیر، تقریباً ?? برابر هزینه تولید پلاستیک های معمولی بود. با وجود مزایای بی شمار زیست محیطی این پلاستیک ها مثل تجزیه کامل آنها در خاک طی چند ماه، هزینه بالای تولید آنها باعث اقتصادی نبودن تولید تجارتی در مقیاس صنعتی بود. با این وجود بازار کوچک و پرسودی برای این محصولات ایجاد شد و از پلاستیک های زیست تخریب پذیر برای ساخت بافت های مصنوعی بهره برداری شد. با وارد کردن این پلاستیک ها در بدن، آنها به تدریج تجزیه شده و بدن بافت طبیعی را در قالب پلاستیک وارد شده دوباره سازی می کند. در این کاربرد تخصصی پزشکی، قیمت اینگونه محصولات زیستی قابل مقایسه با کاربردهای کم ارزش اقتصادی پلاستیک در صنایع اسباب بازی، تولید خودکار و کیف نیست.

هزینه تولید PHAها با تولید آنها در گیاهان اصلاح ژنتیکی شده و کشت وسیع در زمین های کشاورزی، به نحو قابل ملاحظه ای کاهش خواهد یافت. این موضوع باعث شد که شرکت مونسانتو در اواسط دهه ?? میلادی امتیاز تولید PHA را از شرکت ICI کسب کند و به انتقال ژن های باکتری به گیاه منداب بپردازد. مهیا کردن شرایط برای تجمع PHAها در پلاستید به جای سیتوسل، امکان برداشت محصول پلیمری را از برگ و دانه ایجاد کرد. مهم ترین مشکل لاینحل باقی مانده در بخش فنی این پروژه، نحوه استخراج این پلیمر از بافت های گیاهی با روشی کم هزینه و کارآمد است.

مشکل دیگر در زمینه PHB است که در حقیقت مهم ترین گروه از PHAها بوده ولی متاسفانه شکننده بوده و در نتیجه برای بسیاری از کاربردها مناسب نیست. بهترین پلاستیک های زیست تخریب پذیر، کوپلیمرهای پلی هیدروکسی بوتیرات با سایر PHAها مثل پلی هیدروکسی والرات هستند. تولید اینگونه کوپلیمرها در گیاهان اصلاح ژنتیکی شده بسیار سخت تر از تولید پلیمرهای تک مونومر است. در سال ???? این مشکلات به همراه مسائل مالی شرکت مونسانتو باعث شد تا این شرکت امتیاز تولید PHA اصلاح ژنتیکی شده را به شرکت Metabolix واگذار کند. شرکت Metabolix در قالب یک پروژه مشارکتی با وزارت انرژی آمریکا به ارزش تقریبی ?/?? میلیون دلار، برای تولید PHA در گیاهان اصلاح ژنتیکی شده تا پایان دهه ???? میلادی تلاش می کند. گروه های دیگری نیز برای تولید PHA در گیاهانی مثل نخل روغنی تلاش می کنند. باید منتظر بود تا سرانجام شاهد تولید اقتصادی این محصولات دوستدار محیط زیست در آینده ای نزدیک بود.

» منبع: Aftab.ir

مقطع کارشناسی ارشد مهندسی شیمی ( طراحی فرآیندها )

- ریاضیات مهندسی پیشرفته

- انتقال جرم پیشرفته

- ترمودینامیک پیشرفته

- بازیافت انرژی در صنعت

- اصول مهندسی فرآیند

- مدلسازی ومشابه سازی

- طراحی رآکتور پیشرفته

- طراحی تجهیزات فرآیندی

- سمینار

- پایان نامه

گاز طبیعی ، بعد از هیدروژن ، پاک ترین سوخت جایگزین است. چون بیش از 80 درصد این سوخت از متان تشکیل گردیده، گاز های آلاینده منتشره  از خودروهای با سوخت گاز طبیعی کمتر   از خودروهای بنزینی یا گازوئیل سوز مشابه است. بعنوان   مثال، آلاینده منوا کسید کربن یک خودرو گاز سوز تقریبا 80    % و اکسید های نیتروژن   حداقل 70 % کمتر از حالت بنزین سوز منتشر می شود.انتشار آلاینده های سمی ناشی از   تبخیر بنزین از باک خودرو، در زمان سوخت گیری در خودروهای  گاز سوز به وقوع نمی پیوندد. همچنین در واحد انرژی، گاز طبیعی بسبت به سایر سوخت های هیدروکربنی مایع  ( بنزینی، گازوئیل) کربن کمتری داشته که از این رو میزان  انتشار دیر کسید کربن در طی یک مسافتی یکسان از خودرو های گاز سوز کمتر است. انتشار هیدروکربنهای منتشر شده از خودروهای بنزینی و دیزلی در مجاورت نور خورشید در لایه   ازن  ایجاد اختلال می کنند، اما گاز طبیعی انتشار را نسبت به بنزین یا گازوئیل به میزان بیش از 97 % کاهش می دهد. موتورهایی که با سوخت گاز طبیعی کار می کنند به مراتب ذرات معلق کمتری نسبت به خودروهای دیزلی و بنزینی تولید می نمایند. این ذرات که خطر ابتلا به سرطان و بیماریهای ریوی را بدنبال دارد، از خطرناکترین آلاینده های هوا محسوب می شوند.