رشته مهندسی شیمی ( Chemical engineering ) جزء علوم مهندسی است که با کاربرد علوم فیزیکی (به عنوان مثال، شیمی و فیزیک)، و علوم زیستی (مانند زیست شناسی، میکروبیولوژی و بیوشیمی) با ریاضیات و اقتصاد، برای فرآیند تبدیل مواد خام یا مواد شیمیایی به مواد مفیدتر یا ارزشمندتر سروکار دارد. مهندسی شیمی مدرن علاوه بر تولید مواد مفید، به پیشگامی در مواد و تکنیک های جدید ارزشمند مانند فناوری نانو، سلول های سوختی و مهندسی زیست پزشکی نیز می پردازد. مهندس شیمی روی فرآیندها و محصولات تمرکز دارد و فرآیندها را طراحی کرده و توسعه می‌دهد تا محصولات را تولید کنند. آنها یا روی بهبود یک فرآیند موجود یا روی خلق یک فرآیند تولیدی جدید کار می‌کنند. مهندس شیمی فردی حرفه ای و مجهز به دانشی است که عمدتاً در صنایع شیمیایی برای تبدیل مواد خام به محصولات متنوع و با طراحی و بهره برداری از کارخانه ها و تجهیزات کار می کند. به طور کلی، مهندس شیمی کسی است که اصول مهندسی شیمی را در هر یک از کاربردهای عملی مختلف آن به کار می گیرد و استفاده می کند. از جمله گرایش های مهندسی شیمی می توان به موارد زیر اشاره کرد:
طراحی فرآیند
در مهندسی شیمی، طراحی فرآیند عبارت است از انتخاب و توالی واحدها برای تبدیل فیزیکی یا شیمیایی مطلوب مواد. طراحی فرآیند، مرکز برای مهندسی شیمی است و همچنین می توان آن را قله گرایش های مهندسی شیمی در نظر گرفت که بقیه گرایش ها را گرد هم می آورد. طراحی فرآیند می تواند طراحی امکانات جدید و یا اصلاح یا گسترش امکانات موجود باشد. طراحی از سطح مفهومی شروع می شود و در نهایت در قالب طرح های ساخت و ساز به پایان می رسد. طراحی فرآیند متمایز از طراحی تجهیزات است که از نظر روحی به طراحی عملیات واحد نزدیکتر است.
طراحان فرآیند معمولاً دستورالعمل‌های عملیاتی را در مورد نحوه راه‌اندازی، عملکرد و خاموش کردن فرآیند می‌نویسند. آنها اغلب همچنین برنامه های تصادف و پیش بینی عملیات فرآیند بر روی محیط را توسعه می دهند. اسناد طراحی فرآیند برای تعریف طراحی به کار می روند و از تناسب اجزای طراحی با یکدیگر اطمینان می دهند. آنها در انتقال ایده ها و برنامه ها به سایر مهندسان درگیر با طراحی، ، فروشندگان تجهیزات و پیمانکاران ساخت و ساز مفید هستند. مهندسان شیمی اگر بخواهند برای طراحی فرایند در یک پروژه کار کنند و یا در یک واحد در حال تولید کار کنند به نرم افزارهای شبیه ساز مانند Aspen Hysys ,Aspen plus , PROII, Pfd-P&ID نیاز دارند.
کنترل فرآیند
کنترل فرآیند در فرآیندهای تولید مستمر، رشته‌ای است که از سیستم‌های کنترل صنعتی و تئوری کنترل برای دستیابی به سطح تولیدی از سازگاری، صرفه‌جویی و ایمنی استفاده می‌کند که صرفاً با کنترل دستی انسان قابل دستیابی نیست. این به طور گسترده در صنایعی مانند خودروسازی، معدن، پالایش نفت، تولید خمیر و کاغذ، فرآوری شیمیایی و نیروگاه‌های تولید برق استفاده می‌شود. طیف گسترده ای از اندازه، نوع و پیچیدگی وجود دارد، اما تعداد کمی از اپراتورها را قادر می سازد تا فرآیندهای پیچیده را با درجه بالایی از سازگاری مدیریت کنند. توسعه سیستم‌های کنترل فرآیند صنعتی بزرگ در ایجاد امکان طراحی فرآیندهای با حجم بالا و پیچیده، قابل استفاده بود که در غیر این صورت نمی‌توان از لحاظ اقتصادی یا ایمن بهره‌برداری کرد.
کاربردهای این گرایش از گرایش های مهندسی شیمی می تواند از کنترل دما و سطح یک ظرف فرآیندی تا یک کارخانه فرآوری شیمیایی کامل با چندین هزار حلقه کنترل باشد.نرم افزاری که بیشتر در این گرایش کاربرد دارد نرم افزار MATLAB است که برای انجام محاسبات علمی و مهندسی مورد استفاده قرار می گیرد.
جداسازی
فرآیند جداسازی روشی است که مخلوط یا محلولی از مواد شیمیایی را به دو یا چند مخلوط محصول مجزا تبدیل می‌کند، یک فرآیند علمی برای جداسازی دو یا چند ماده به منظور به دست آوردن خلوص. حداقل یک مخلوط محصول از جداسازی در یک یا چند منبع ترکیب های مخلوط غنی شده است. در برخی موارد، جداسازی ممکن است مخلوط را به طور کامل به اجزای خالص تقسیم کند. جداسازی ها از تفاوت در خواص شیمیایی یا خواص فیزیکی (مانند اندازه، شکل، جرم، چگالی یا میل ترکیبی شیمیایی) بین اجزای تشکیل دهنده یک مخلوط استفاده می کنند.
فرآیندها اغلب بر اساس ویژگی های خاصی که برای دستیابی به جداسازی از آنها استفاده می کنند طبقه بندی می شوند.اگر از هیچ تفاوت واحدی نتوان برای انجام جداسازی مورد نظر استفاده کرد، اغلب می توان چندین عملیات را برای رسیدن به هدف مورد نظر ترکیب کرد.
جهت آشنایی با سایر رشته های مهندسی پیشنهاد می کنیم مقاله " رشته های مهندسی و معرفی گرایش های مختلف آنها " را مطالعه کنید.
برخی از انواع جداسازی نیاز به تصفیه کامل یک جزء خاص دارند. به عنوان مثال، تولید فلز آلومینیوم از سنگ معدن بوکسیت از طریق پالایش الکترولیز است. در مقابل، یک فرآیند جداسازی ناقص ممکن است یک خروجی را مشخص کند که از یک مخلوط به جای یک جزء خالص تشکیل شده باشد. یک مثال خوب از یک تکنیک جداسازی ناقص، پالایش نفت است. نفت خام به طور طبیعی به صورت مخلوطی از هیدروکربن ها و ناخالصی های مختلف به وجود می آید. فرآیند پالایش، این مخلوط را به مخلوط‌های با ارزش‌تر دیگری مانند گاز طبیعی، بنزین و مواد اولیه شیمیایی تقسیم می‌کند که هیچ‌کدام از آنها ماده خالص نیستند، اما هر کدام باید از نفت خام جدا شوند. در هر دو مورد جداسازی کامل و ناقص، ممکن است یک سری جداسازی برای به دست آوردن محصولات نهایی مورد نظر ضروری باشد. در مورد پالایش نفت، نفت خام تحت مجموعه ای طولانی از مراحل تقطیر جداگانه قرار می گیرد که هر کدام محصول یا واسطه متفاوتی تولید می کنند.
گرایش جداسازی در کنار طراحی فرآیند از پایه ای ترین گرایش های مهندسی شیمی محسوب می شود. فرآیندهای جداسازی در کلیه صنایع شیمیایی، پالایش نفت، پتروشیمی، گاز، محیط زیست، انرژی و صنایع نوین نقش مهمی دارند.
نویسنده: فائزه کاظمی زاد، کارشناس دپارتمان مهندسی شیمی گروه آموزشی پارس پژوهان
