化学工学 、プロセスの開発、および材料が物理的または化学的状態で変化するプラントの設計と運用。プロセス産業全体に適用され、それはの原則に基づいています 化学 、 物理 、および数学。
物理化学と物理学の法則が実行可能性を支配し、 効率 化学工学操作の。熱力学的考察に由来するエネルギー変化は特に重要です。数学は、最適化とモデリングの基本的なツールです。最適化とは、材料、設備、およびエネルギーを配置して、可能な限り生産的かつ経済的な操作を実現することを意味します。モデリングは 建設 理論数学の プロトタイプ 一般的にコンピュータの助けを借りて、複雑なプロセスシステムの。
化学工学はプロセス産業と同じくらい古いです。その遺産は発酵と 蒸発 初期の文明によって運営されていたプロセス。現代の化学工学は、19世紀後半の大規模な化学製造事業の発展とともに出現しました。独立したものとしての開発を通して 規律 、化学工学は、連続生産のための大規模プラントの設計と運用の問題を解決することに向けられてきました。
19世紀半ばの化学薬品の製造は、控えめな工芸品の操作で構成されていました。需要の増加、有害な排水の排出に対する国民の関心、および競合するプロセス間の競争が、効率を高めるためのインセンティブを提供しました。これは、より大規模なオペレーションのためのリソースとの組み合わせの出現につながり、クラフトから科学ベースの産業への移行を引き起こしました。その結果、工業化学者または化学技術者として知られる、製造プロセスの知識を持つ化学者が求められました。化学技術者という用語は、1900年頃までに一般的に使用されていました。伝統的な化学製造での出現にもかかわらず、化学工学が独自の分野として確固たる地位を確立したのは、石油産業の発展における役割を通じてでした。物理的分離プロセスを高レベルの効率で継続的に操作できるプラントの需要は、従来の化学者や機械エンジニアでは満たすことができなかった課題でした。
何十億が1兆に等しいか
化学工学の発展における画期的な出来事は、英国の化学コンサルタントであるジョージE.デイビスによるこの主題に関する最初の教科書の1901年の出版でした。これは、特定の操作のためのプラントアイテムの設計に集中しました。加工工場の概念 含む 混合、蒸発、ろ過などの多くの操作、およびこれらの操作の基本的に類似している操作は、製品が何であれ、単位操作の概念につながりました。これは、1915年にアメリカの化学技術者Arthur D. Littleによって最初に発表され、次の40年間主題を支配した化学工学の分類の基礎を形成しました。化学プラントの構成要素である単位操作の数は多くありません。複雑さは、単位操作が行われるさまざまな条件から生じます。
複雑なプラントを基本的な単位操作に分割できるのと同じように、プロセス産業に関係する化学反応は、特定のグループまたは単位プロセスに分類できます( 例えば 重合、エステル化、およびニトロ化)、共通の特性を持っています。この単位プロセスへの分類は、プロセス工学の研究に合理化をもたらしました。
ダストボウルはどのような状態に影響しましたか
ユニットアプローチには不利な点がありました 固有 そのような分類では:既存の慣行に基づく制限された見通し。以来 第二次世界大戦 、さまざまな単位操作に関連する基本的な現象を詳しく調べると、これらは物質移動の基本法則に依存していることがわかりました。 熱伝達 、および流体の流れ。これはに団結を与えました 多様 単位操作であり、それ自体で化学工学科学の発展につながっています。その結果、多くのアプリケーションが従来の化学産業以外の分野で発見されています。
化学工学の基礎となる基本的な現象の研究は、数学的形式でのそれらの記述を必要とし、より洗練された数学的技術につながりました。デジタルコンピュータの出現により、面倒な設計計算を迅速に実行できるようになり、産業プロセスの正確な最適化への道が開かれました。異なることによる変動 パラメーター 使用するエネルギー源、プラントレイアウト、環境要因などを正確かつ迅速に予測できるため、最適な組み合わせを選択できます。
化学技術者は、プロセスとプラントアイテムの両方の設計と開発に採用されています。いずれの場合も、データと予測はパイロット実験で取得または確認する必要があります。プラントの運用と制御は、化学者ではなく化学技術者の領域になりつつあります。化学工学は、新しいプロジェクトの経済的評価、およびプラント建設部門ではマーケティングの理想的な背景を提供します。
化学工学の基本原則は、化学産業の境界をはるかに超えて広がるプロセスの運用の根底にあり、化学エンジニアは、従来の領域以外のさまざまな運用に採用されています。プラスチック、ポリマー、および 合成 繊維は、その製造において化学反応工学の問題を伴い、流体の流れと熱伝達の考慮がそれらの製造を支配します。繊維の染色は物質移動の問題です。パルプと製紙は、流体の流れと熱伝達を考慮する必要があります。規模や素材は異なりますが、これらも現代の食品の連続生産に見られます。製薬業界は化学工学の問題を提起しており、その解決策は現代の医薬品の入手可能性に不可欠でした。原子力産業は、特に燃料の製造と再処理に関して、化学技術者に同様の要求をします。化学技術者は、鉄鋼製造から貴金属の分離に至るまで、金属加工産業の多くの分野に携わっています。
化学工学のさらなる応用は、燃料産業で見られます。 20世紀後半には、燃料電池の設計から推進剤の製造まで、かなりの数の化学技術者が宇宙探査に携わってきました。将来に目を向けると、化学工学は、海水淡水化によるすべての地域での適切な淡水の供給と汚染防止による環境管理という、世界の主要な問題の少なくとも2つに対する解決策を提供する可能性があります。
Copyright © 全著作権所有 | asayamind.com