الهندسة الكيميائية

بقلم.

المهندسة الكيميائية/ اكرام سعيد حسن

الهندسة الكيميائية هي علم هندسي يختص بتصميم وتطوير العمليات الصناعية الكيميائية أو التحويلية، وبتصميم وبناء وإدارة المصانع التي تكون العملية الأساسية فيها هي التفاعلات الكيميائية. يندرج تحت هذا التخصص عمليات انتقال المادة والحرارة والكتلة، كما يشمل التفاعلات وعمليات الفصل متعددة المراحل. وتكاد تكون مقابلة لمصطلح هندسة العمليات. بدأ استخدم مصطلح الهندسة الكيميائية عام 1900 تقريبا، وفي عام  1901 أصدر الكيميائي البريطاني George Davis)) أول كتاب في الهندسة الكيميائية بعنوان "ماذا تتوقع ان تتعلم أثناء دراستك للهندسة الكيميائية؟"

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. ويعتبر علم الهندسة الكيميائية هو 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.

إن المجالات الصناعية التي يشرف عليها المهندسون الكيميائيون واسعة جداً، تعد أهمها الصناعات الكيميائية والنفطية والبتروكيميائية والتقنية والنووية. كما أن الصناعات الغذائية والصيدلية، وهندسات الكيمياء الحيوية والطب الاحيائي هي مجالات تعتمد كثيراً على المهندسين الكيميائيين. ويضاف إلى ذلك التحكم فى التلوث والحد منه، وعلم التآكل البيئي والتحكم البيئي، وعلم الآلات وتطويرها، وعلم الفضاء والمواد النووية، وتقنية الحاسب ومعالجة البيانات. وتعتنى 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 الأمثل من خلال اختيار العملية الصناعية وظروفها والمواد الكيميائية المستخدمة فيها والأجهزة اللازمة لإتمام العملية الصناعية. وبسبب العدد الكبير للمواد الكيميائية التي يتم التعامل معها فإن التوجه للهندسة الكيميائية والعمليات 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 والذوبان والاستخلاص، وفي أي عملية يكون اهتمام المهندس الكيميائي بالعملية منطلقا من أربع مبادئ أساسية: (قانون الحفاظ على  المادة ، وقانون بقاء الطاقة ، وقانون الاتزان الكيميائي، ومبدأ 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 المهندسون الكيميائيون هم من أول الذين طبقوا أنظمة التحكم الأوتومانيكية في تصميماتهم.

نبذة عن الهندسة الكيميائية كمواد دراسيه:

ميكانيكا الموائع: تدرس مبادئ حركة الغازات و السؤال في الانابيب و الخلاطات و المضخات و الضواغط. النقل الحراري: تدرس مبادئ نقل الطاقة الحرارية من حالة لحالة اخرى.تتضمن هذه المادة تصميم المبادلات الحرارية و السخانات والمبردات. تحويلات الكتلة: تدرس مبادئ تحويل الكتله من حالة الى حاله.عدد من وظائف تحويل الكتل تدرس مثل الامتصاص و تحليه المياه  والاستخلاص والامتزاز(تكثييف الغازات او السوائل او المحاليل على سطح صلب او سائل). العمليات و تصميم المصانع: تدرس تصميم المصنع الكيميائي والمعدات اللازمة و تخطيط المصنع و مسببات الخطر و التحليل الاقتصادي. هندسة الاستجابة (ردود الفعل): تدرس مبادئ ردود التفاعل و الكيناتميكا و تصميم المفاعل.  الديناميكا الحرارية: تدرس قوانين الديناميكا الحرارية و تقديرها في خصائص المواد ووظائف الوحدات الكيميائية. نموذج عمليات و المحاكاه: تدرس مبادئ التعبير عن الظواهر الفيزيائية الحادثة في الوحدات باستخدام الرياضيات المجرده. التحكم بالعمليات: تدرس مبادئ توظيف العمليات و التحكم.