)مهندسی شیمی (شاخه ای از علوم مهندسی است که با طراحی، ساخت و بهره برداری از فرآیندها و کارخانجات مرتبط با صنایع شیمیایی درگیر است. منظور از صنایع شیمیایی آن دسته از صنایع هستند که در آنها تغییری شیمیایی، فیزیکی یا بیولوژیک مواد خام را به محصولات با ارزش صنعتی تبدیل می کنند. حیطه اصلی مطالعات یک مهندس شیمی بر سه بخش، اختلاط، مهندسی واکنش و جداسازی دارد[۱]. بر این مبنا کارخانجات بسیاری از قبیل واحدهای یکپالایشگاه، پتروشیمی، صنایع چوب و کاغذ، صنایع غذایی، صنایع داروئی و تجهیزات پزشکی، صنایع سلولزی، صنایع پلیمر، صنایع شیمیایی معدنی و بسیاری دیگر از صنایع به طور مستقیم از کاربردهای علم مهندسی شیمی بهره می برند. به این بخش از مهندسی شیمی که با فرایندهای صنعتی شیمیایی در مقیاس بزرگ ارتباط دارد، در اصطلاح مهندسی فرایند گفته میشود.
فرایندهای مجزایی که توسط یک مهندس شیمی به کار گرفته می‌شوند (مانند تقطیر، استخراج و...)،عملیات واحد نام داشته و شامل ،عملیات انتقال جرم، انتقال حرارت و انتقال اندازه حرکت هستند. این فرایندها برای سنتز شیمیایی یا جداسازی شیمیایی با هم ترکیب می‌شوند.
سه قانون فیزیکی اساسی در مهندسی شیمی، اصل بقای جرم، اصل بقای انرژی و اصل بقای اندازه حرکت هستند. انتقال ماده و انرژی در یک فرایند با استفاده از موازنهٔ جرم و انرژی برای کل واحد، عملیات واحد یا بخشی از آن ارزیابی میشود. مهندسین شیمی اصول ترمودینامیک، سینتیک واکنشو پدیده‌های انتقال را به کار می‌گیرند.
مهندسی شیمی نوین، گستره‌ای فراتر از مهندسی فرایند را در بر میگیرد. هدف اصلی مهندسی شیمی استفاده از دانش فیزیک و ریاضیات در خلق مواد و محصولات بهتر برای دنیای امروز است. امروزه مهندسین شیمی علاوه بر فرایندهای تولید مواد اولیهٔ پایه، بلکه در توسعه و تولید محصولات باارزش و متنوع شرکت دارند. این محصولات شامل مواد ویژه و کارآمد برای صنایعی همچون تجهیزات پالایشگاهی. هوافضا، خودروسازی، پزشکی، صنایع الکترونیک، کاربردهای محیط زیست و صنایع نظامی است. به عنوان مثال‌هایی از این محصولات میتوان بهالیاف، منسوجات و چسب‌های بسیار قوی، مواد زیست‌سازگار و داروهای جدید اشاره کرد. امروزه مهندسی شیمی ارتباطی تنگاتنگ با علوم زیست‌شناسی،مهندسی پزشکی و اغلب شاخه‌های مهندسی دارد.
تواناییهای عمومی موردنیاز و قابل توصیه:
یک دانشجوی مهندسی شیمی در درجه اول باید در دروس ریاضی قوی باشد و دو درس فیزیک و شیمی در مراحل بعدی قرار دارد.
فردی که رشته مهندسی شیمی را انتخاب میکند باید در ریاضیات و فیزیک قوی باشد. البته در این رشته، درس شیمی نیز اهمیت دارد اما ریاضیات و فیزیک از اهمیت بیشتری برخوردار است. همچنین داوطلبان آزمون سراسری باید بدانند که رشته مهندسی شیمی رشته آسانی نیست، پس اگر داوطلبی به تحقیق و مطالعه مستمر علاقه زیادی ندارد، بهتر است که وارد این رشته نشود.
دانشجویان مهندسی شیمی نسبت به دانشجویان رشتههای مهندسی دیگر تنها 9 واحد بیشتر شیمی میخوانند. یعنی علاوه بر شیمی عمومی 1 که در اکثر رشتههای مهندسی ارائه میشود، شیمی عمومی 2، شیمی آلی و شیمی تجزیه نیز مطالعه میکنند. در مقابل، ریاضی در این رشته بسیار اهمیت دارد چون یک مهندس شیمی برای طراحی راکتور، برج و مبدل نیاز به دانش ریاضی دارد.
علاوه بر ریاضی و فیزیک، تسلط بر زبان انگلیسی نیز در این رشته بسیارمهم است چون اکثر کتب تخصصی این رشته به زبان انگلیسی میباشد. همچنین دانشجوی این رشته باید دارای دقت خوبی باشد برای آن که در مهندسی شیمی علاوه بر آزمایشهایی در مقیاس بزرگ، آزمایشهایی در مقیاس کوچک نیز وجود دارد. برای مثال ما در شیمی تجزیه بعضی آزمایشهایمان در حد میلیونیم P.P.M است و بدون شک در چنین آزمایشی اگر یک صدم گرم نیز اشتباه بشود، همه آزمایش به هم میریزد.
صنایع شیمیایی کشور ما بسیار بکر و دستنخوره است و ما تاکنون از امکاناتمان بخوبی بهرهبرداری نکردهایم برای مثال بسیاری از فرآوردههای شیمیایی مثل مواد ولیه دارویی، بهداشتی و آرایشی را که تولیدشان نیز نسبتا راحت است از خارج از کشور وارد میکنیم و یا در خیلی از کاتالیزورهای صنعت نفت جا برای فعالیت افراد خلاق و نواوری که کوشا و فعال باشند، وجود دارد.
توانائی های فارغالتحصیلان:
صنایع گاز: فارغالتحصیلان این رشته میتوانند پس از پایان تحصیلات و کسب تجربه لازم، امور متفاوتی را از نظر طراحی، ساخت، اجرا و نظارت بر اجرای طرحهای مختلف به عهده گیرند که در زیر به برخی از آنها اشاره میشود:
1ـ طراحی، محاسبه و ساخت واحدهای نمزدایی و شیرینسازی گاز طبیعی.
2ـ طراحی، محاسبه و ساخت واحدهای تفکیک کننده اجزای گاز طبیعی.
3ـ طراحی خطوط لوله انتقال گاز طبیعی از مخازن گاز به پالایشگاهها.
4ـ راهبری و نظارت بر عملکرد پالایشگاههای گاز طبیعی.
5ـ انجام کلیه محاسبات مربوط به گاز طبیعی از قبیل محاسبات مربوط به تشکیل هیدراتهای گازی و غیره.
6ـ طراحی و نظارت بر عملکرد خطوط لوله گاز طبیعی از پالایشگاهها به مراکز مصرف.
7ـ طراحی شبکههای توزیع گاز طبیعی در شهرها.
8ـ طراحی و ساخت دستگاههای جداساز گاز ـ مایع، گاز ـ جامد و مایع ـ جامد.
صنایع غذایی: فارغالتحصیلان این رشته دارای تواناییهای زیر هستند:
1ـ رفع اشکال و حل مشکلات مربوط به این تخصص.
2ـ تطبیق شرایط کمی و کیفی تولید با تقاضا.
3ـ توسعه و انتقال فنآوری به منظور بهبود شرایط تولید در صنایع غذایی
4ـ برنامهریزی فعالیتهای تولید در صنایع غذایی
5ـ طراحی و نظارت بر ساخت دستگاهها و شبکههای موردنیاز در صنایع غذایی مانند راکتورها و برجهای جذب و دفع.
6ـ نظارت بر نصب و راهاندازی سیستمها.
7ـ بهره برداری از صنایع به نحو مطلوب (از لحاظ فنی و اقتصادی)
فارغالتحصیلان این دوره توانایی کافی در احراز مشاغل و ایفای وظایف زیر را دارند: انجام محاسبات و تعیین مشخصات وسایل، دستگاهها و فرآیندهای شیمیایی که در صنایع نفت مورد استفاده قرار می گیرد. منظور از طراحی فرآیند در صنایع نفت، استفاده از دادههای موجود به منظور محاسبه و تعیین مشخصات فنی یک دستگاه یک واحد و یا یک کارخانه تا حد تشکیل نمودار جریانی کامل است.
پالایش: فارغالتحصیلان این رشته دارای تواناییهای زیر هستند:
فعالیت در پالایشگاههای نفت و گاز،کارخانهها و مجتمعهای پتروشیمی، کارخانههای تصفیه روغن، امور انتقال فرآوردهها و واحدهای تولید مواد شیمیایی و همچنین همکاری با مراکز علمی و صنعتی کشور در زمینه برنامهریزی و گسترش این صنایع.
رابطه مهندسی شیمی با علم شیمی
آیا میدانید که دانشجویان گرایشهای مختلف رشته مهندسی شیمی تنها 12 واحد شیمی میگذرانند که از این 12 واحد نیز 3 واحد در اکثر رشتههای مهندسی ارائه میشود.
و آیا میدانید که بیشتر دروس شیمی با رشتههای مهندسی دیگر، بخصوص مهندسی مکانیک گرایش حرارت و سیالات مشترک است.
عنوان کامل این رشته، مهندسی صنایع شیمیاست. یعنی همانطور که ما مهندسینی در صنایع الکترونیک ومکانیک داریم، در صنایع شیمی نیز داریم. اما به مرور کلمه صنعت از عنوان یک رشته حذف شده و به همین دلیل داوطلبان آزمون سراسری فکر میکنند که مهندسی شیمی شبیه به رشته شیمی است. در حالیکه نسبت بین مهندسی شیمی و شیمی مثل نسبت بین مهندسی برق و فیزیک میباشد.
به دست آوردن مواد شیمیایی در آزمایشگاه به علم شیمی باز میگردد. یعنی وقتی که ما در آزمایشگاه ماده A را با B ترکیب میکنیم و ماده C به دست میآید از علم شیمی استفاده کردهایم اما این که از چه طریقی A, B به C میرسیم در حیطه مهندسی شیمی قرار دارد. از سوی دیگر یک شیمیست در آزمایشگاه فعالیت میکند در حالیکه یک مهندس در مقیاس صنعتی کار میکند و برای رسیدن به هدف خود از دروس مهندسی مثل انتقال حرارت، انتقال جرم، مکانیک سیالات، طراحی رآکتورها و یا ترمودینامیک یاری میگیرد. به عبارت دیگر در مهندسی شیمی فقط از علم شیمی به عنوان یک پایه استفاده میشود و سپس به سراغ دروسی میرویم که محاسباتی ومهندسی هستند.
تفاوت عمده مهندسی شیمی با شیمی در این است که مهندس کارش طراحی است در حالی که شیمیستها با کارهای آزمایشگاهی روبرو هستند. البته در این رشته دروش شیمی نیز وجود دارد اما شباهت این رشته به سایر رشتههای مهندسی، بخصوص مهندسی مکانیک گرایش حرارت و سیالات بیشتر از شباهت این رشته به شیمی است. در حقیقت یک مهندس شیمی به عنوان حد واسط بین آزمایشگاه و مصرف کننده، از اطلاعات شیمیستها استفاده کرده و مواد شیمیایی را به تولید صنعتی میرساند.
برای یک شیمیست تنها تولید ماده مهم است؛ این که وقتی دو ماده با همت ترکیب میشود، چه مادهای به وجود میآید. اما یک مهندس شیمی به طراحی دستگاههایی میپردازد که ماده فوق را به کیفیت بالایی میرساند.
نکات تکمیلی
رشته مهندسی شیمی نسبت به رشتههای مهندسی دیگر جدید است، چرا که این رشته زاییده ضرورت و نیاز صنعت مکانیک، الکترونیک و عمران میباشد.
برای مثال به مرور زمان صنعت به مهندس مکانیکی احتیاج پیدا کرد که از تحولات و فرآیندهای شیمیایی اطلاع داشته باشد و بتواند دستگاههایی را طراحی کند که در آنها فرایندهای شیمیایی اتفاق میافتد. در نتیجه شروع به تربیت مهندسین مکانیکی کرد که بیش از معمول تحصیل کردگان این رشته از علم شیمی مطلع باشند و این دسته از متخصصان همان مهندسین شیمی هستند.
در یک پروژه، که با حضور مهندسین رشتههای مختلف انجام میگیرد، مهندس شیمی کار اولیه را برعهده دارد. برای مثال اگر قرار باشد یک برج برای تقطیر مادهای ساخته شود؛ کار طراحی این برج، تعیین ارتفاع، قطر و نوع موادی که باید در ساخت آن به کار برده شود و همچنین تعیین درجه دما و فشار آن برعهده مهندس شیمی است.
معرفی اجمالی گرایشهای مهندسی شیمی در مقطع کارشناسی
رشته مهندسی شیمی با 8 گرایش صنایع غذایی، صنایع شیمیایی معدنی، صنایع گاز، صنایع پتروشیمی، صنایع پلیمر، طراحی فرآیندهای صنایع نفت، صنایع پالایش و شیمیایی سلولزی؛ یکی از رشتههای گسترده دانشگاهی است.
البته در دوره کارشناسی هر یک از گرایشهای فوق، تنها 12 تا 13 واحد تخصصی دارند و بیشتر واحدهایشان مشترک است. چرا که اصول مهندسی در صنایع بسیار متنوع و گسترده شیمیایی، یکسان میباشد.
صنایع شیمیایی معدنی
گرایش صنایع شیمیایی معدنی، مواد معدنی و غیرآلی را به فرآوردههایی مثل سیمان، لعاب، آجرهای نسوز و ... تبدیل میکند.
اکتشاف و استخراج مواد معدنی به رشته معدن باز میگردد، اما فرآوردههای مواد معدنی در حیطه مهندسی شیمی گرایش شیمیایی معدنی قرار دارد.
هر کارخانه تولید مواد غیرآلی مثل سیمان، گچ، شیشه نسوز و دیرگداز دارای یک فرآیند است. یعنی از زمانی که محصول خارج میگردد؛ فرآیندی روی آن انجام میگیردکه طراحی این فرآیند برعهده مهندس شیمی صنایع شیمیایی معدنی میباشد. همچنین تولید هر ماده معدنی مثل کودهای شیمیایی معدنی، حشرهکشها، نمکها، رنگهای معدنی و حتی لعاب روی کاشیها در حیطه کار مهندسی شیمی گرایش شیمیایی معدنی قرار دارد
صنایع پتروشیمی
پس از اکتشاف نفت، به تدریج مواد شیمیایی مختلفی از آن به دست آمد و صنعت جدید به نام صنعت پتروشیمی بنیان گذاشته شد. صنعتی که ماده اولیه آن مشتقات نفت و گاز است یعنی با انجام واکنشهای فیزیکی و شیمیایی در هیدروکربنهای مایع و گاز میتوان به فراوردههای پتروشیمی دست پیدا کرد. فرآوردههایی که دارای ارزش افزوده بسیاری است. چون هر یک دلار نفتی که به فرآوردههای پتروشیمی تبدیل میشود، ارزش افزوده آن حدود صد دلار خواهد شد. اما متاسفانه در کشور ما میلوینها تن از این ماده گرانقدر بدون این که ارزش افزودهای به آن اضافه شود، صادر میگردد و گاه همین ماده با مختصر عملیاتی، با قیمت صدها برابر وارد کشور میگردد.
از همینجا میتوان به اهمیت مهندسی شیمی گرایش پتروشیمی پی برد چون وظیفه مهندسی پتروشیمی طراحی دستگاهها و فرایند تولید موادمختلف از جمله کودهای شیمیایی، شویندهها و فرآوردههای پلیمری (مواد اولیه پلاستیکها، لاستیکها والیاف مصنوعی) و مواد شیمیایی (اسیدها، حلالها) از نفت و برشهای نفتی است.
گفتنی است که دروس تخصصی دانشجویان این رشته بیشتر در مورد کاتالیزورهای صنعتی است که در راکتورها به کار میرود.
صنایع گاز
مهندس شمی گرایش گاز شامل تمام فرآیندهایی است که بر روی گاز انجام میشود، تا این ماده قابل مصرف گردد.
برای مثال عمق چاهی که برای استخراج گاز زده میشود، قطر لولهای که گاز را از چاه به پالایشگاه و یا از پالایشگاه به شبکههای شهری منتقل میکند، نحوه انتقال گاز از چاه به پالایشگاهف نحوه گرفتن گاز دی اکسیدکربن از این ماده (برای جلوگیری از خورده شدن لولهها)ف نحوه شیرین کردن گاز ( به گاز اولیه که از چاه استخراج میشود، گاز ترش میگویند که قابل مصرف نیست و باید طی فرآیندهایی آن را به گاز شیرین که قابل استفاده در مصارف شهری و ... است تبدیل کرد) همه در حیطه فعالیت یک مهندس شیمی گرایش گاز قرار دارد.
صنایع پلیمر
مهندس پلیمر وظیفه ساخت فرآوردههای پلیمری مصنوعی از جمله رنگهای شیمیایی، پوشش کابلها، لاستیکها را از مواد نفتی برعهده دارد. این رشته که تا سال 1362 یکی از گرایشهای مهندسی شیمی بود، در حال حاضر به عنوان یک رشته مستقل با دو گرایش صنایع پلیمر و تکنولوژی و علوم رنگ در دانشگاهها و مراکز آموزش عالی ارائه میشود. اما با این وجود هنوز در تعداد محدودی از دانشگاههای کشور، مهندسی پلیمر یک رشته مستقل نیست بلکه یکی از گرایشهای مهندسی شیمی میباشد.
یک مهندس پلیمر حداقل 12 یا 13 درس تخصصی در زمینه گرایش صنایع پلیمر و یا تکنولوژی و علوم رنگ گذرانده است و در نهایت نیز کارشناس در یکی از دو گرایش فوق میشود. اما مهندسی شیمی گرایش صنایع پلیمر بیشتر دروسی که میخواند با مهندسی شیمی در مفهوم عام آن ارتباط دارد و در نهایت در یکی از زمینههای پلیمر مثل فرآیند شکلدهی پلیمر یا طراحی واحدهای صنعتی تولید پلیمر، تبحر پیدا میکند.
شیمیایی سلولزی
با وجود این که قرن حاضر، دوران رشد و روز افزون تکنولوژی کامپیوتر و فرآوردههای آن است، اما هنوز فرهنگ، تمدن و دانش بشری نیازمند یک وسیله ابتدایی انتقال دانش یعنی کاغذ میباشد و برای دستیابی به این فرآورده مهم باید مجهز به دانشی گردد که در رشته مهندسی شیمی گرایش شیمیایی سلولزی میتوان به آن دست یافت. چون یک مهندس شیمی گرایش شیمیایی سلولزی در زمینه تبدیل چوب به کاغذ تخصص دارد و دروس تخصصی آن بیشتر در مورد خمیرگیری و یا تبدیل چوب به کاغذ میباشد. به همین دلیل نیز تحصیل دانشجویان این رشته در دانشکده فنی پردیس واقع در استان گیلان رضوانشهر (چوکا) میباشد.
همچنین این گرایش دارای کاربردهای جدیدی در صنعت امروز میباشد.
همانطور که میدانیم قسمت عمده چوب از سلولز تشکیل شده است. همچنین ضایعات کشاورزی مثل پوست برنج و یا سبوبس برنج و ضایعات برگ درختان دارای مقادیر قابل توجهی سلولز است که این ضایعات در بسیاری از نقاط به عنوان یک عنصر مزاحم سوزانده شده و باعث آلودگی محیط زیست میشود. اما امروزه در کشوری مثل آمریکا از همین ضایعات برای تولید یک نوع سوخت به نام اتانول که در ترکیب با بنزین، سوخت بسیار خوبی است، استفاده میشود. و در این فرایند مهندسین شیمیایی سلولزی نقش بسیار مهمی را برعهده دارند.
صنایع غذایی
یکی از کاربردهای مهندسی شیمی در تولید مواد غذایی و بخشهای صنایع غذایی مانند میکروبیولوژی غذا، شیمی غذا و کنترل کیفی صنایع غذایی است. برای مثال در سوپرمارکتها و فروشگاهها، مواد غذایی بیشتر به حالت کنسرو وجود دارد که تهیه این کنسروها با حفظ اصول ایمنی و بهداشتی نیاز به یکسری محاسبات دارد که این محاسبات توسط یک مهندس شیمی صنایع غذایی انجام میگیرد.
همچنین طراحی دستگاههایی که فرآیند خشک کردن را انجام میدهند مثل غذاهای بچه که به صورت پودر تهیه میشود و طراحی دستگاههای استریلیزه، پاستوریزه و یا منجمد کننده برعهده متخصصین همین رشته میباشد.
در کل اگر کسی دوست دارد بداند که غذاهای کنسرو شده، منجمد شده و .... چگونه تهیه میشود و یا چه مواد باارزشی در غذاها هست و کدام غذاها برای سلامت بدن خوب است، میتواند وارد رشته صنایع غذایی بشود.
پالایش
دانشجوی گرایش پالایش در پالایشگاههای کشور که نفت خام را به فرآوردههای نفتی تبدیل میکنند، مشغول به کار شده و در اصل وظیفه طراحی پالایشگاهها را برعهده دراد.
گرایش پالایش به طراحی پالایشگاهها باز میگردد. یعنی دانشجوی این گرایش شیوه طراحی دستگاههایی مثل برجهای تقطیر، دستگاههای جداکننده مایعات از مایعات و گازها از مایعات را میآموزد. دستگاههایی که مشتقات ئیدروکربین مثل بنزین و گازوئیل و مواد سنگینتر مثل قیر و شویندهها را از نفت خام جدا ساخته و به دست میآورند.
طراحی فرآیندهای صنایع نفت
فرآیند یعنی عملکرد با روش و طریقی که بتوان به یاری آن مادهای را از حالتی به حالت دیگر تغییر شکل داد و منظور از مهندس طراحی فرایندهای صنایع نفت یعین فردی که روش این تغییر وتحول را طراحی کند چون برای تبدیل یک ماده از حالت اولیه به حالتی خاص لازم است که دستگاههایی طراحی شده و محاسباتی انجام بگیرد تا بتوان به نتیجه مطلوب دست یافت.
طراحی صنایعی که بطور مستقیم یا غیرمستقیم به نفت خام یا فرآوردههای پالایشگاه و یا صنایع پتروشیمی است به مهندس شیمی گرایش طراحی فرآیندها مربوط میشود.
همانطور که میدانید گرایشها در سطح لیسانس تفاوتی با هم ندارند و حتی نمیتوان بین بعضی از گرایشها مرز مشخصی قائل شد. اما در کل میتوان گفت که گرایش پالایش صرفا به پالایش نفت و گاز برمیگردد همچنین گرایش پتروشیمی فقط در زمینه تولید مواد پتروشیمی است در حالی که گرایش طراحی فرآیندها در کلیه امور از جمله نفت و گاز و مواد پتروشیمی دخالت دارد. همچنین تهیه بعضی مواد منحصرا متعلق به این گرایش میباشد. مثل ترکیب دو ماده پارافین و کلر و ایجاد یک محصول جدید به نام پارافین کلره که به عنوان یک ماده خاموش کننده حریق مورد استفاده قرار میگیرد و تولید آن نیز به گرایش پالایش و یا پتروشیمی باز نمیگردد.
یک مهندس شیمی گرایش طراحی فرآیندهای صنایع نفت واکنشهای خاصی را از شیمیستها میگیرد و با توجه به شرایط محیطی، اقتصادی و ... بهترین روش تولید مواد شیمیایی و خالص سازی آنها را پیدا میکند، که البته در این راه باید عوامل مهمی مثل انتقال جرم، انتقال حرارت و روابط ترمودینامیکی را محاسبه کرده و به طراحی راکتور و مبدلهای حرارتی بپردازد.
