الهندسة الكيميائية

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 خريجو الجامعات الحديثون.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 ات 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 انحفاظ المادة : موازنة كمية المواد الداخلة إلى الوحدة والخارجة منها والمتراكمة في الوحدة والمتحولة أثناء التفاعل
2. قانون بقاء الطاقة : موازنة الطاقة المستهلكة في الوحدة والناتجة عنها
3. قانون الاتزان الكيميائي
4. مبدأ التفاعلات الكيمائية

إضافة إلى مسؤولية المهندس الكيميائي في تنظيم 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.

 ما هي مجالات العمل للمهندسين الكيميائيين؟

 

إن مجالات العمل بالنسبة للمهندسين الكيميائيين واسعة ومتنوعة جدا بعكس ما يعتقده البعض من أنها تنحصر في المجال الصناعي. فالمهندسون الكيميائيون يقومون بدور كبير في عدد من المجالات المختلفة ومنها على سبيل المثال:

 

(أ) المجال الطبي: حيث يناط بالمهندسين الكيميائيين عملية إدارة وتشغيل وحدات الطب النووي وتصميم وصناعة الأعضاء الصناعية وإنتاج الأدوية بكميات تجارية وابتكار طرق آمنة لنقل وحفظ الأدوية والمواد الحيوية كما يناط بهم عملية التخلص من النفايات الكيميائية والبيولوجية. فضلا على أن تخصص الطب البيولوجي (Biomedical Science)  يعتمد بشكل كبير على المهندسين الكيميائيين.

 

(ب) المجال الزراعي: للمهندسين الكيميائيين دور بالغ الأهمية في المجال الزراعي فهم يتولون عمليات إنتاج وتطوير الأسمدة الصناعية و تصميم البيوت الزجاجية وإنتاج الأغذية المعدلة وراثيا.

 

(ج) مجال الأمن والسلامة: يرجع للمهندسين الكيميائيين الفضل الأكبر في مجال ألأمن والسلامة ذلك أنهم يقومون بتصميم أنظمة الحماية من الحريق و الإنفجارات بكافة أنواعها وابتكار المواد التي تستخدم في تصميم البدلات والأقبية المقاومة للحرائق (كملابس رجال الإطفاء) والبدلات والملاجئ الواقية من التلوث الكيميائي والبيولوجي والإشعاعي.

 

(د) المجال المصرفي: تشير إحدى الدراسات الحديثة التي قامت بها جمعية المهندسين الكيميائيين الأمريكية إلى إن نسبة المهندسين الكيميائيين في القطاعات المصرفية بدأت بالازدياد منذ بداية التسعينات وبأن عددا غير قليل من البنوك الكبيرة أصبح يدار من قبل مهندسين كيميائيين. ذلك نتيجة للكفاءة العالية التي يتمتع بها المهندسون الكيميائيون في مجال الرياضيات والإلمام الكافي بأساسيات علم الاقتصاد والقدرة العالية على ترجمة الأفكار إلى واقع ملموس وتحويل المواد الأولية إلى منتجات ذات قيمة أكبر. 

 

(هـ) المجال البيئي: أن إسهامات المهندسين الكيميائيين في هذا المجال كبيرة فعليهم تقع مسئولية حماية البيئة من التلوث ووضع الدراسات للحد منه كما أنهم يقومون بالإشراف على عمليات التخلص من النفايات بكافة أنواعها وما عملية تدوير بعض أنواع النفايات وإعادة استخدامها إلا واحدة من إسهاماتهم الواضحة في هذا المجال كما أن لهم دورا رئيسا في مكافحة التآكل المعدني(Corrosion).

 

(و) المجال الصناعي: يعد وجود المهندسين الكيميائيين في المجال الصناعي مهما للغاية حيث يقومون بعمليات التصميم والتشغيل والتطوير والصيانة للعمليات الصناعية المختلفة كعمليات صناعة النفط والمواد الكيميائية و البتر وكيميائية وإنتاج المعادن مثل صناعة الألمنيوم والحديد والصناعات الغذائية والدوائية وعمليات تحلية ومعالجة المياه والصناعات القائمة على الكيمياء الحيوية (Biochemistry).

 

(ز) مجالات أخرى: بالإضافة إلى ما سبق فان هناك عدة مجالات أخرى بإمكان المهندسين الكيمائيين العمل فيها مثل مجال الفضاء ومجال الطاقة النووية ومجال صناعة الحاسب الآلي ومعالجة البيانات ومجال الاتصالات ومجال تنمية وأتمتة العمليات الصناعية ومجال الطاقات المتجددة وفي مراكز الأبحاث. ومما سبق يتبين لنا أن الهندسة الكيميائية تعد من أوسع وأشمل العلوم الهندسية على الإطلاق.

 

 

 

وفي خضم هذا السياق نجد انه من المناسب أن نذكر عددا من أكبر الإسهامات التي قدمها المهندسون الكيميائيون للبشرية وذلك وفقا للتصنيف الموضوع من قبل جمعية المهندسين الكيميائيين الأمريكية، وهي كالتالي:

 

1. شطر الذرة.

2. صناعة البلاستيك.

3. تصميم وابتكار معدات الرعاية الطبية وتصميم الأعضاء الصناعية.

4.  إنتاج الأدوية والأمصال واللقاحات بكميات تجارية.

5. الألياف الصناعية.

6. تسييل الهواء وفصل الأوكسجين والنتروجين.

7. إيجاد الحلول الآمنة للتخلص من النفايات.

8. ابتكار عمليات تعقيم وتصنيع وتعبئة المواد الغذائية.

9. صناعة البتر وكيماويات والنفط.

10. ابتكار المطاط الصناعي.