نبذة عن الهندسة الكيميائية

 

الهندسة الكيميائية أو الكيماوية هي علم هندسي يختص بتصميم وتطوير العمليات الصناعية الكيميائية أو التحويلية. وبتصميم وبناء وإدارة المصانع التي تكون العملية الأساسية فيها هي التفاعلات الكيميائية وتندرج تحت هذا التخصص عمليات انتقال المادة والحرارة والكتلة، كما تشمل التفاعلات وعمليات الفصل متعددة المراحل. وتكاد تكون مقابلة لمصطلح هندسة العمليات.

يهتم المهندسون الكيميائيون بتطبيقات المعرفة المكتسبة من العلوم الأساسية والتجارب العملية. كما يهتمون بتصميم العمليات الصناعية وتطويرها وإدارة المصانع بهدف تحويلٍ آمنٍ واقتصادي للمواد الكيميائية الخام إلى منتجات نافعة. الهندسة الكيميائية هي العلم الهندسي ذو القاعدة الأوسع بين علوم الهندسة كلها، ويؤدي هذا إلى أن تكون المؤسسات والشركات في سعي دائم لتوظيف مهندسين كيميائيين في المجالات التقنية المتنوعة وفي مواقع الإشراف في أنواع الصناعات المختلفة. وتصنَّف رواتب الخريجين الحديثين من المهندسين الكيميائيين مع الرواتب العليا التي يتقاضاها المهندسين الكيميائيين.

إن المجالات الصناعية التي يشرف عليها المهندسون الكيميائيون واسعة جداً، تعد أهمها الصناعات الكيميائية والنفطية والبتروكيميائية, ,تقانة نانوية. ،وتعتبر المملكة العربية السعودية مثلا من أكبر الدول في الإنتاج البتروكيميائي الذي يعتمد بشكل كبير على المهندسيين الكيميائيين.

كما أن الصناعات الغذائية والصيدلية، وهندسات الكيمياء الحيوية والطب الأحيائي هي مجالات تعتمد كثيراً على المهندسين الكيميائيين. ويضاف إلى ذلك التحكم بالتلوث والحد منه، وعلم التآكل البيئي والتحكم البيئي، وعلم الأتمتة وعلم الآلات وتطويرها، وعلم الفضاء والمواد النووية، وتقانة الحاسب ومعالجة البيانات.

تعنى الهندسة الكيمياوية بدراسة التصاميم الهندسية المتعلقة بالصناعات الكيمياوية المختلفة حيث ان التصميم الكيميائي يمثل هدف إنتاجي وتجاري وهو عبارة عن علم تجميع المعلومات للوصول إلى التصميم الامثل من خلال اختيار العملية الصناعية وظروفها والمواد الكيميائية المستخدمة فيها والأجهزة اللازمة لاتمام العملية الصناعية

وبسبب العدد الكبير للمواد الكيميائية التي يتم التعامل معها فإن التوجه للهندسة الكيميائية هو العمليات التي تتم على هذه المواد مثل: الطحن للمواد الصلبة أو الخلط ورغم تطور عدد كبير من العمليات إلا أن المكانة الأولى لا زالت لعملية التقطير ولعمليات أخرى مثل البلورة والترشيح والتذويب والاستخلاص، وفي أي عملية يكون اهتمام المهندس الكيميائي بالعملية منطلقا من أربع مبادئ أساسية :

1. قانون حفظ المادة : موازنة كمية المواد الداخلة إلى الوحدة والخارجة منها والمتراكمة في الوحدة والمتحولة أثناء التفاعل
2. قانون حفظ الطاقة : موازنة الطاقة المستهلكة في الوحدة والناتجة عنها
3. قانون الاتزان الكيميائي
4. مبدأ التفاعلات الكيمائية

إضافة إلى مسؤولية المهندس الكيميائي في تنظيم و ترتيب وتتابع الوحدات بشكل صحيح وحساب الجدوى الاقتصادية لكامل العمليات الداخلة في الإنتاج.

وتنقسم العمليات في التصنيع إلى تصنيع متقطع (بالخلطة) أو المستمر حيث أن التصنيع المستمر يعطي كفاءة أعلى ولكن تصميم الخطوط والتحكم بها يكون على درجة أعلى من الصعوبة ولذا كان المهندسين الكيميائين من أول الذين طبقوا أنظمة التحكم الأوتومانيكية في تصميماتهم.

أهم المساقات الدراسية للهندسة الكيميائية :ميكانيكا الموائع, حركية التفاعلات الكيميائية,الديناميكا الحرارية ،هندسة التفاعلات الكيمائية, انتقال المادة, انتقال الحرارة, عمليات المواد الصلبة, هندسة التحكم, هندسة التآكل, هندسة البيئة ومعالجة المياه, هندسة البترول والبتروكيماويات, هندسة الكيماء الحيوية, تقنية النانو (المواد متناهية الصغر),تصميم مصانع, تصميم المعدات، صناعات متفرقة, الكيمياء العامة والعضوية والتحليلية ،الفيزياء العامة والرياضيات والمعادلات التفاضلية.

تاريخ الهندسة الكيميائية

يعتبر جورج ديفيس مؤسس الهندسة الكيميائية. تم تدريس الهندسة الكيميائية لأول مرة في معهد ماساسيوتش للتكنولوجيا في عام ١٨٨٨. هذا الصف قام بدمج الكيمياء مع الهندسة. تم الاعتراف بالهندسة الكيميائية كمجال مستقل عن الهندسة و الكيمياء في عام ١٩٠٨ و قد ساهم في ذلك جهود كل من الجمعية الأمريكية للمهندسين الكيميائيين ^[1] و الجمعية البريطانية للمهندسين الكيميائيين^[2]. فيما بعد مفاهيم جديدة تم إدخالها إلى الهندسة الكيميائية التي كانت تدرس في الجامعات مثل ظاهرة النقل التي تشمل دراسة انتقال الكتلة و الحرارة من نظام إلى آخر بالإضافة إللى ميكانيك السوائل^[3]

مجالات عمل المهندسين الكيميائيين

بإستخدام الكيمياء يقوم المهندسون الكيميائيون بتحويل مواد خام إلى مواد يمكن إستعمالها في صناعة الأدوية أو المواد البلاستيكية. أيضا يقوم المهندسون بإيجاد طرق فعالة للتخلص من النفايات بدون إيذاء الطبيعة. يقوم المهندسون الكيميائيون بالعديد من البحوث العلمية في الجامعات و المصانع.الهدف من هذا البحث هو إختراع مواد جديدة ذات خصائص معينة. بالإضافة لما سبق, المهندسون الكيميائيون يساعدون على إختراع الأقمشة المضادة للماء و الناعمة في نفس الوقت ^[4].

المجالات العلمية المرتبطة بالهندسة الكيميائية

1_ الهندسة الطبية : حيث تلعب الهندسة الكيميائية دورا في صناعة المواد المستخدمة في صناعة الأعضاء الإصطناعية

2_هندسة معالجة المواد الكيميائية: حيث يتم معالجة النفايات و التخلص منها بطريقة تحافظ على البيئة

3_الأسلحة الكيميائية: المهندسون الكيميائيون يكتبون المعادلات الكيميائية اللازمة لصناعة الأسلحة الكيميائية

4_الصيدلة: معرفة واسعة في الكيمياء ضرورية لصناعة الأدوية و العقاقير
5_بالإضافة الى الهندسة البيئية, الهندسة النانوية وهندسة العمليات الكيمائية