Hemijsko Inženjerstvo

Ono što hemijsko inženjerstvo čini drugačijim od drugih inženjerskih disciplina je rešavanje problematike hemijskih procesa. Ovo podrazumeva industrijske procese u kome se odigravaju hemijske ili fizičke separacije materije, kao i hemijske reakcije.

Hemijsko inženjerstvo kao multidisciplinarna struka koja obuhvata sledeće naučne oblasti:

Postoje tri osnovna tipa hemijskih inženjera koji odražavaju vrte posla:

• Inženjer u laboratoriji - onaj profil se bavi otkrivanjem fizičkih i hemijskih zakonitosti hemijskih procesa. Putem eksperimenata i teorijskog poznanja procesa se vrši prelaz sa eksperimentalne na industrijsku skalu, često uz pomoć pilot postrojenja. Za ovaj profil hemijskog inženjera najbitnija osobina je inventivnost.
• Inženjer projektant - ovaj profil hemijskog inženjera projektuje opremu i/ili ceo hemijski proces u skladu sa stečenim znanjem i iskustvom. Obično se posao ovakvog inženjera sprovodi već dokazanim postupkom projektovanja.
• Inženjer u pogonu - je najčešći slučaj. Ovaj tip inženjera neposredno rešava probleme koji nastaju u procesu, i da kontinualno vodi i unapređuje proces. U ovom slučaju fundamentalno znanje je od manjeg značaja u odnosu na prethodna dva slučaja. Najbitnija osobina ovakvog inženjera je iskustvo.

 

Jedan članak iz 1996. citira Džejmsa F. Donelija, jer je pominjao referencu hemijskog inženjerstva iz 1839. u vezi sa proizvodnjom sumporne kiseline. U istom radu, međutim, Džordž E. Dejvis, engleski konsultant, je zaslužan za formiranje termina. Dejvis je takođe pokušao da osnuje Društvo hemijskog inženjerstva, ali je umesto toga nazvano Društvo hemijske industrije (1881), sa Dejvisom kao prvim sekretarom. Istorija nauke u Sjedinjenim Državama: Enciklopedija navodi da je upotreba termina počela oko 1890. godine. „Hemijsko inženjerstvo“, koji opisuje upotrebu mehaničke opreme u hemijskoj industriji, postalo je uobičajen naziv u Engleskoj nakon 1850. godine. Do 1910. godine, profesija „hemijskog inženjera“ je već bila u uobičajenoj upotrebi u Britaniji i Sjedinjenim Državama.

Francuski fizičar Sadi Karno u svom delu „O pokretnoj snazi vatre“ prvi je proučavao termodinamiku reakcija sagorevanja 1824. godine u parnim mašinama. U 1950-im godinama, nemački fizičar Rudolf Klauzijus počeo je da primenjuje principe koje je razvio Karno na hemijske sisteme na atomskom i molekularnom nivou. Tokom 1873. i 1876. na Univerzitetu Jejl, američki matematičar i fizičar Džozaja Vilijard Gibs, koji je prvi u SAD stekao titulu doktora nauka, razvio je grafičku metodologiju baziranu na matematici za proučavanje hemijskih sistema pomoću Klauzijusove termodinamike. 1882. godine, nemački fizičar Herman fon Helmholc objavio je rad o termodinamici, sličan Gibsovom, ali više baziran na elektrohemiji, u kojem je pokazao da je mera hemijskog afiniteta odnosno "sila" hemijske reakcije određena merom slobodne energije hemijskog procesa. Prateći ove rane razvitke, počela je da se razvija nova nauka hemijskog inženjerstva. Slede ključni koraci u razvoju nauke hemijskog inženjerstva u svetu i kod nas:

Postoje tri tipična problema hemijskog inženjerstva, koji se često i ne mogu jasno odvojiti.

• Prvi je bilansiranje procesa. Ovo podrazumeva bilanse mase unutar procesa, bilanse količine kretanja i bilanse toplote. Ovakvi problemi u zavisni od stepen aproksimacije, i kreću se od vrlo jednostavnih do veoma složenih.
• Sledeći problem je predviđanje fazne i/ili reakcione ravnoteže u heterogenim ili homogenim sistemima.
• Treći problem je projektovanje ili vođenje reaktora i separatora na osnovu proračuna prva dva problema i empirijskih korelacija.

Hemijsko inženjerstvo ne bi postojalo bez hemije. Hemijsku reakciju koju hemičari otkriju, a za čiju se proizvodnju ispostavi da bi bila isplativa, potrebno je razviti u proizvodni proces. Hemičari definišu zakonitosti reakcije, dok hemijski inženjeri te zakonitosti primenjuju u kontekstu industrijske proizvodnje.

Problemi fenomena prenosa koji se javljaju u procesu transporta, zagrevanja, hlađenja, ili hemijske reakcije, često nisu direktno povezani sa hemijom, nego sa fizičkim aspektom procesa. Ove dve oblasti su verovatno najtešnje povezane u oblasti fenomena prenosa. Matematičke formulacije ove oblasti su često kompleksne. Nakon definisanje procesnog problema, potrebno je takav proces fizički ostvariti, tj. izraditi industrijsko postrojenje. Taj posao se realizuje zajedničkim radom hemijskih i mašinskih inženjera.

Hemijsko inženjerstvo je široko tehnološko polje, koje pokriva oblasti od biotehnologije i nanotehnologije do obrade minerala.

Moderna disciplina hemijskog inženjerstva obuhvata mnogo više od samog inženjerstva procesa. Hemijski inženjeri učestvuju u razvoju i proizvodnji širokog asortimana proizvoda, kao i posebnih hemikalija. Neki od ovih proizvoda su materijali potrebni za aero- i kosmonautiku, proizvodnju automobila, primenu u biomedicinske svrhe, elektroniku, zaštitu životne sredine, vojne potrebe itd. Neki od primera su ultra jaka vlakna, tekstil, biokompatibilni materijali za implantate i proteze, gelovi za medicinsku primenu, lekovi, filmovi sa posebnim dielektričnim, optičkim ili spektroskopskim osobinama koji se koriste kod optoelektroničkih uređaja. Mnogi hemijski inženjeri rade na biološkim projektima kao što je proučavanje biopolimera (proteina) i dešifrovanje ljudskog genoma.

Budućnost hemijskog inženjerstva je svetla. Na primer, početkom 2007. godine otkriven je laboratorijski postupak dobijanja vodonika i kiseonika iz vode pomoću solarne energije, što nagoveštava početak industrijske proizvodnje čistog goriva. Hemijski inženjeri će biti neophodni i u proizvodnji gorivnih ćelija, goriva budućnosti. Napuštanjem nafte kao energetskog resursa, moraće se usavršiti Fišer-Tropšova sinteza da bi se održala svetska proizvodnja plastike i petrohemijska industrija. Farmaceutska i prehrambena industrija će nastaviti da rade sa maksimalnim kapacitetima da bi bio moguć održivi razvoj. Hemijska industrija je bazična industrija, te je preduslov progresa mnogih drugih primarnih, sekundarnih i tercijarnih delatnosti. Trenutno, na našim prostorima postoji više tehnoloških fakulteta, na kojima se izučava hemijsko inženjerstvo.