الهندسة الكيميائية .. تعريفها و اهدافها و محتوياتها
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.. سمي المهندس الكيميائي أيضا بالمهندس العالمي ..
تــاريــخ الهـنـدســـــة الـكــيميــائـيـــــة
منذ بداية الثورة الصناعية في أوروبا كان هناك مهندسون ميكانيكيون وعلماء كيمياء، وكلما ابتكر العلماء الكميائيون معادلة كيميائية أرسلوها إلى مهندسوالميكانيكا ليستخدمو هذه المعادلة في الصناعة ولكن كان هناك حوادث مروعة من إنفجار وقتل تحدث من جراء هذه المحاولة لأن مهندسوالميكانيكا لم يعلمو أساسيات التفاعلات وكيفية عملها في معامل ضخمة
وهنا اقترحوا أن يعمل علماء الكيمياء ومهندسو الميكانيكا كفريق واحد وأسموا أنفسم مهندسون كيميائيون ومن خلال عملهم ابتكروا معامل ومفاعلات (Processes) وأوثقوها في أوراق، ومن ثم قاموا بتدريس هذه المعلومات لينتجوا مهندسين كيميائيين إلى أن تقدمت إلى عصرنا هذا
يعتبر جورج ديفيس مؤسس الهندسة الكيميائية. تم تدريس الهندسة الكيميائية لأول مرة في معهد ماساسيوتش للتكنولوجيا في عام 1888. هذا الصف قام بدمج الكيمياء مع الهندسة. تم الاعتراف بالهندسة الكيميائية كمجال مستقل عن الهندسة و الكيمياء في عام 1908 و قد ساهم في ذلك جهود كل من الجمعية الأمريكية للمهندسين الكيميائيين و الجمعية البريطانية للمهندسين الكيميائيين. 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 إلى ميكانيك السوائل
جورج إ. ديڤيز - مؤسس علم الهندسة الكيميائية
ابتداء من عام 1888 ، قام لويس م. نورتون بالتدريس في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) كأول دورة في الهندسة الكيميائية في الولايات المتحدة. كانت دورة نورتون متزامنة ومماثلة بشكل أساسي في دورة أرمسترونغ. لكن كلا الدورتين دمجتا ببساطة مواضيع الكيمياء والهندسة. واجه ممارسوها صعوبات في إقناع المهندسين بأنهم مهندسون وكيميائيون بأنهم ليسوا ببساطة كيميائيين. تم تقديم العمليات الموحدة إلى الدورة بواسطة وليام هولتز ووكر في عام 1905. وبحلول أوائل عشرينيات القرن العشرين ، أصبحت العمليات الموحدة أحد الجوانب الهامة للهندسة الكيميائية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعات أخرى في الولايات المتحدة ، وكذلك في (AIChE)إمبريال كوليدج في لندن. لعب المعهد الأمريكي للمهندسين الكيميائيين الذي تأسس في عام 1908 ، دورًا رئيسيًا في جعل الهندسة الكيميائية تعتبر علمًا مستقلًا ، ووحدة العمليات المركزية للهندسة الكيميائية. على سبيل المثال ، حددت الهندسة الكيميائية لتكون علمًا بحد ذاتها ، وأساسها هو ... العمليات الموحدة بدرجة أولى , و بعض مواد نقل الحرارة و المادة بدرجة ثانية
طلبة داخل معمل كيميائي صناعي في معهد مساتشوستس للتكنولوجيا
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
أولا : قانون حفظ المادة : موازنة كمية المواد الداخلة الى الوحدة والخارجة منها و المتراكمة في الوحدة والمتحولة أثناء التفاعل
ثانيا : قانون حفظ الطافة : موازنة الطاقة المستهلكة في الوحدة والناتجة عنها
ثالثا : قانون الإتزان الكيميائي
رابعا : مبدأ التفاعلات الكيميائية
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
مجالات الهندسة الكيميائية
تتنوع مجالات عمل المتخصصين بالهندسة الكيميائيّة، ومن هذه المجالات
صناعة الأدوات، وتصميم وابتكار التسهيلات للعمليات المختلفة
تخطيط وتشغيل المنشآت المختلفة
إنتاج المواد الكيميائيّة.
المساهمة في تطوير العلوم الذرية
المساهمة في عملية تصنيع الورق، والأصباغ
البوليمرات والبلاستيك
الأدوية
البتروكيماويات
الأغذية
الأسمدة
معالجة المياه والمياه العادمة
معالجة المواد الكيميائية
الهندسة الطبية
الأسلحة الكيميائية
الهندسة البيئية
إيجاد طرق جديدة لصنع المنتجات المختلفة من المواد الخام
جعل العمليات المختلفة أكثر فعاليّة بأقل تكلفة ممكنة وبأقل الأضرار الممكنة على البيئة، وأكثر كفاءة
يستطيع المهندسون الكيميائيون إيجاد مكان لهم للعمل في أي مجال علمي أو هندسي، في المكاتب أو بشكل ميداني، مثل
العمل في مجال التدريس
كتابة البحوث
العمل في مجال القانون
إنشاء شركات جديدة
المحتويات الدراسية لتخصص الهندسة الكيميائية
يدرس طلاب تخصص الهندسة الكيميائية العديد من المواد الدراسية ذات الطابع المشترك مع تخصصات الكيمياء العادية بفروعها ( العضوية – الغير عضوية – الفيزيائية – الخ ) ، مع التركيز على أجزاء معينة مثل التفاعلات الكيميائية والتغيرات فى خواص المواد ، والتصنيع الحيوي والمزج والفصل بين المواد ..فضلاً عن دراسة كاملة للعمليات التصنيعية الكيميائية ، وكيفية ادارتها ومدى تأثيرها على البيئة والسلامة ومعايير الجودة المختلفة..
إلى جانب ذلك ، يدرس طلاب تخصص الهندسة الكيميائية مجموعة واسعة من المقررات العلمية ، مثل مقررات هندسية مختلفة ( ميكانيكا – هندسة المواد – الهندسة الكهربية الخ )، وتكنولوجيا المعلومات ، والامن الصناعي ، وتخطيط المشاريع ، وحماية البيئة والإدارة ، وغيرها من الموضوعات والتطبيقات التى سيقابلونها في مسارهم الوظيفي بعد ذلك
( numerical integration) تخصص الهندسة الكيميائية تحتوي على ما يقارب 40% رياضيات .. من الجبر و الاشتقاق و التكامل و التكامل العددي
ومن ستاتيتكتس و من المعادلات التفاضلية .. وغيره من الرياضيات التطبيقية يجب على المهندس الكيميائي تعلمها ...أما بالنسبة للفيزياء فهي تحتوي تقريبا 50% من فيزياء عامة 1 و 2 .. و ميكانيكا الموائع و إنتقال الحرارة بدون تفاعل كيميائي وإنتقال الكتل بواسطة التركيز وإنتقال الكتل بدون تفاعل كيميائي ، و الديناميكا الحرارية 1 و الديناميكا الحرارية 2 ، وفصل المواد بطرق فيزيائية ، والكيمياء الفيزيائية وغيرها من المواد الفيزيائية....أما بالنسبة للكيمياء فأنها تمثل فقط 10% .. وهي تهتم بـ إنتقال الحرارة مع تفاعل كيميائي و إنتقال الكتل مع تفاعل كيميائي ، وفصل المواد بطرق كيميائية وبعض من أساسيات الكيمياء العضوية و الكيمياء الحيوية
نلاحظ أن الهندسة الكيميائية لا تعتمد كثيرا على الكيمياء ، و تعتمد كثيرا على الفيزياء و الرياضيات ، وأنصحكم نصيحة .. أي طالب ضعيف بالرياضيات يجب أن لا يدرس الهندسة الكيميائية ... لأن الهندسة الكيميائية والرياضيات وجهان لعملة واحدة