Hemijsko inženjerstvo

Izvor: Wikipedia
Hemijski inženjeri projektuju, grade i upravljaju postrojenjima

Hemijsko inženjerstvo je ogranak inženjerstva koji se bavi primenom fizikalnih nauka (npr. hemije i fizike) i životnih nauka (npr. biologija, mikrobiologija i biohemija) sa matematikom u procesu pretvaranja sirovina (polaznih materijala ili hemikalija) u korisnije ili vrednije oblike. Osim proizvodnjom korisnih materijala, moderno hemijsko inženjerstvo se interesuje za uvođenje vrednih novih materijala i tehnika - kao što su nanotehnologija, gorivne ćelije i biomedicinsko inženjerstvo[1]. Osoba zaposlena na ovom polju se zove hemijski inženjer (u Srbiji) odn. kemijski inženjer (u Hrvatskoj).

Hemijsko inženjerstvo uglavnom obuhvata projektovanje, poboljšavanje i održavanje procesâ koji uključuju hemijske ili biološke transformacije u masovnoj proizvodnji. Hemijski inženjeri osiguravaju da se procesima upravlja bezbedno, održivo i ekonomično. H. inženjeri u ovoj branši su uglavnom zaposleni pod naslovom procesni inženjer. Srodan termin hemijskom inženjerstvu je, sa širom definicijom, hemijska tehnologija.

Hronologija hemijskog inženjerstva[uredi - уреди]

G. 1824, francuski fizičar Sadi Karno (Nicolas Léonard Sadi Carnot) je u svom delu "O pokretačkoj snazi vatre" bio prvi koji je proučavao termodinamiku reakcijâ sagorevanja u parnim mašinama.

Nemački fizičar Rudolf Clausius je od 1850-tih primenjivao Karnoove principe na hemijske sisteme na nivou atoma i molekula[2].

Američki matematički fizičar Josiah Willard Gibbs, prvi koji je doktorirao na polju inženjerstva, tokom 1873-76. je na univerzitetu Yale u nizu od tri rada razvio matematički zasnovanu grafičku metodologiju za proučavanje hemijskih sistema, uz upotrebu Klauzijusove termodinamike.

G. 1882. nemački fizičar Hermann von Helmholtz je objavio temeljni rad iz termodinamike, slično Gibsu, ali više na elektrohemijskoj osnovi, u kojem je pokazao da je hemijski afinitet, tj. "sila" hemijskih reakcija, određena merom slobodne energije procesa reakcije.

Posle svih ovih ranih dešavanja, počeo je razvoj nove nauke hemijskog inženjerstva. Slede neki ključni koraci u razvoju ove nauke[3].

Primene[uredi - уреди]

Hemijsko inženjerstvo nalazi primenu u proizvodnji raznoraznih proizvoda. Hemijska industrija u užem smislu, proizvodi neorganske i organske industrijske hemikalije, keramiku, goriva i petrohemikalije, agrohemikalije (đubriva, pesticide), plastike i elastomere, oleohemikalije, eskplozive, detergente (kao i sapun, šampon, sredstva za čišćenje), mirise i arome, aditive, dodatke ishrani i lekove. Među srodnim ili preklapajućim disciplinama su prerada drveta, prerada hrane, tehnologija zaštite okoliša, inžinjerija nafte, stakla, boje i drugih premaza, te mastila, zaptivača i lepila.

Pregled[uredi - уреди]

Hemijski inženjeri (h. i.) projektuju procese kako bi osigurali najekenomičniju operaciju. To znači da čitav proizvodni lanac mora biti isplaniran i kontrolisan u smislu troškova. Radi ekonomske prednosti, h. i. može pojednostaviti ili iskomplikovati "knjiške" reakcije. Neke reakcije se olakšavaju upotrebom visokog pritiska ili temperature: amonijak se, na primer, jednostavno proizvodi iz svojih sastavnih elemenata u reaktoru pod visokim pritiskom. S druge strane, reakcije s niskim prinosom se mogu neprekidno reciklirati, što bi predstavljalo složen i težak rad, ako bi se obavljao ručno u laboratoriji. Nije neobično izgraditi isparivače sa 6 ili čak 12 koraka, kako bi se ponovo upotrebila energija isparavanja. Hemičari u laboratoriji bi otparivali uzorke u samo jednom stupnju.

Pojedinačni procesi koje h. i. koristi (destilacija, filtracija...) nazivaju se osnovne operacije (engleski: unit operations - množ.) i sastoje se od hemijskih reakcija, kao i prenosa mase, - toplote i - količine kretanja. Osnovne operacije su grupisane u različite konfiguracije s ciljem hemijske sinteze i/ili separacije. Neki procesi su kombinacija isprepletanih osnovnih operacija prenosa i separacije (npr. reaktivna destilacija).

Tri prvenstvena zakona fizike na kojima počiva projektovanje u hemijskom inženjerstvu su zakoni održanja (- očuvanja, - konzervacije): održanje mase, održanje količine kretanja i održanje energije. Kretanje mase i energije kroz hemijski proces se ocenjuje upotrebom bilansa mase i - energije, koji se mogu odnositi na diskretne delove opreme, osnovne operacije ili na čitavo postrojenje. H. i. takođe moraju upotrebiti principe termodinamike, kinetike reakcije i fenomena prenosa. Zadatak postavljanja ovih bilansa je danas olakšan procesnim simulatorima, složenim softverskim modelima koji mogu rešiti bilanse mase i energije, a obično imaju ugrađene module za simulaciju uobičajenih osnovnih operacija.

Moderno hemijsko inženjerstvo[uredi - уреди]

Moderna disciplina hemijskog inženjerstva obuhvata mnogo više od samog procesnog inženjerstva. H. i. se danas bave razvojem i proizvodnjom lepezom proizvoda, kao i naročitim hemikalijama.

Među proizvodima su materijali visokih performansi za avijaciju i kosmonautiku, auto-industriju, biomedicinu, elektroniku, zaštitu okoline, istraživanje svemira i vojsku. Primeri mogu biti ultra jaka vlakna, tkanine, solarne ćelije, adhezivi i kompoziti za vozila, biokompatibilni materijali za implante i protetiku. gelovi za medicinske primene, lekovi, te filmovi sa specijalnim dielektričnim, optičkim ili spektroskopskim svojstvima za opto-elektronske uređaje. Pored toga, hemijsko inženjerstvo je često isprepletano sa biologijom i biomedicinskim inženjerstvom. Mnogi h. i. rade na biološkim projektima, poput razumevanja biopolimera (proteina]] i mapiranja ljudskog genoma.

Granica između hemičara i hemijskih inženjera je sva tanja, jer sve više h. i. započinju svoje inovacije na osnovu svog poznavanja hemije, fizike i matematike da bi svoje ideje kreirali, sprovodili i masovno proizvodili.

Srodna polja i teme[uredi - уреди]

Danas je polje hemijskog inženjerstva raznoliko i pokriva područja do biotehnologije i nanotehnologije do prerade minerala.

Izvori[uredi - уреди]

  1. From Petroleum to Penicillin. The First Hundred Years of Modern Chemical Engineering: 1859-1959. - Burnett, J. N.
  2. Mechanical Theory of Heat – Nine Memoirs on the development of concept of "Entropy" by Rudolf Clausius [1850-1865]
  3. History of Chemical Engineering – at North Carolina State University (and in general).


Eksterni linkovi[uredi - уреди]

(na srpskohrvatskom:) Obrazovne institucije:

Društva:

(na engleskom:)

Šablon:Tehnologija-footer