آشنایی با رشته مهندسی شیمی

مقدمه

آیا تصور می‌كنید كه مهندسی شیمی؛ یعنی حفظ فرمول‌های ریز و درشت و كار در آزمایشگاه‌های شیمی؟ آیا فكر می‌كنید كه دانشجویان این رشته باید شیفته علم شیمی باشند؟ اصلاً هیچ فكر كرده‌اید كه چرا فقط داوطلبان گروه ریاضی و فنی می‌توانند وارد این رشته شوند؟ آیا می‌دانید كه مهندسی شیمی زائیده ضرورت و نیاز صنعت مكانیك، الكترونیك و عمران است؟ برای مثال به مرور زمان صنعت به مهندس مكانیكی احتیاج پیدا كرد كه از تحولات و فرآیند‌های شیمیایی اطلاع داشته باشد و بتواند دستگاه‌هایی را طراحی كند كه در آنها فرآیندهای شیمیایی اتفاق می‌افتد.در نتیجه شروع به تربیت مهندسین مكانیكی كرد كه بیش از معمول تحصیل كردگان این رشته از علم شیمی مطلع باشند. و این دسته از متخصصان،‌ همان مهندسین شیمی هستند.این رشته‌ با 9 گرایش‌ صنایع‌ غذایی‌، صنایع‌ شیمیایی‌ معدنی‌، صنایع‌ گاز، صنایع‌ پتروشیمی‌، صنایع‌ پلیمر، صنایع پالایش، طراحی‌ فرآیندهای‌ صنایع‌ نفت‌، بهره‌برداری‌ از منابع‌ نفت‌ و شیمیایی‌ سلولزی‌؛ یكی‌ از رشته‌های‌ گسترده‌ دانشگاهی‌ است‌. البته‌ در دوره‌ كارشناسی‌ هر یك‌ از گرایش‌های‌ فوق‌، تنها 12 یا 13 واحد تخصصی‌ دارند و بیشتر واحدهایشان‌ مشترك‌ است‌. گرایش‌ صنایع‌ شیمیایی‌ معدنی‌ اكتشاف‌ و استخراج‌ مواد معدنی‌ به‌ رشته‌ معدن‌ باز می‌گردد، اما فرآورده‌های‌ مواد معدنی‌ در حیطه‌ مهندسی‌ شیمی‌ گرایش‌ شیمیایی‌ معدنی‌ قرار دارد. هر كارخانه‌ تولید مواد غیرآلی‌ مثل‌ سیمان‌، گچ‌، شیشه‌ نسوز و دیرگداز دارای‌ یك‌ فرآیند است‌؛ یعنی‌ از زمانی‌ كه‌ مواد اولیه‌ وارد كارخانه‌ می‌شود تا زمانی‌ كه‌ محصول‌ خارج‌ می‌گردد، فرآیندی‌ روی‌ آن‌ انجام‌ می‌گیرد كه‌ طراحی‌ این‌ فرآیند برعهده‌ مهندس‌ شیمی‌ صنایع‌ شیمیایی‌ معدنی‌ است. همچنین‌ تولید هر ماده‌ معدنی‌ مثل‌ كودهای‌ شیمیایی‌ معدنی‌، حشره‌كش‌ها، نمك‌ها، رنگ‌های‌ معدنی‌ و حتی‌ لعاب‌ روی‌ كاشی‌ها در حیطه‌ كار مهندس‌ شیمی‌ این‌ گرایش‌ قرار دارد.

تعریف و شرح

برای مهندسی شیمی به عنوان یكی از رشته های فنی كاربردی ، كه امروزه گسترش فراوانی پیدا كرده است، از سوی ارگانهای گوناگون تعاریف مختلفی ارائه شده كه در زیر به بعضی از آنها اشاره می شود.

انجمن مهندسین شیمی آمریكا مهندسی شیمی را به صورت زیر تعریف كرده است: «مهندسی شیمی عبارتست از كاربرد اصول علوم فیزیكی همراه با مبانی اقتصادی و روابط انسانی در زمینه هایی كه مستقیماّ به فرآیندها و دستگاههای لازمه مربوط می باشند و در آنها ماده به منظور تغییر در حالت، تركیب یا مقدار انرژی تحت عمل قرار داده شود.»

همچنین تعریف ستاد انقلاب فرهنگی ایران از مهندسی شیمی به صورت زیر می باشد:

«فن كاربرد علوم پایه در جهت پیاده نمودن فرآیندهای شیمیایی و فیزیكی در مقیاس صنعتی .»

بنابراین و با توجه به تعاریف فوق ، مهندسی شیمی را می توان تلفیقی از علوم گوناگون مانند ریاضی، شیمی و فیزیك دانست كه با در نظر گرفتن فاكتورهای اقتصادی، تولید صنعتی یك فرآورده از طریق فرآیند های شیمیایی و فیزیكی در مقیاس زیاد را طراحی و رهبری می كند.

با نگاهی دقیق تر می توان ویژگی ها و تواناییهای موجود در مهندسی شیمی را به طور خلاصه به صورت زیر دسته بندی كرد:

-شناخت و بررسی فرآیندهای فیزیكی و شیمیایی متوالی در مسیر تولید.

-طراحی سیستمها و دستگاههای مورد نیاز در این مسیر.

-بهینه كردن سیستم از نظر اقتصادی و كیفیت فرآورده ها و ..

گرایشها و کاربردهایشان

گرایش‌ صنایع‌ پتروشیمی‌ :

وظیفه‌ مهندسی‌ پتروشیمی،‌ طراحی‌ دستگاه‌ها و فرآیند تولید مواد مختلف‌ از جمله‌ كودهای‌ شیمیایی‌، شوینده‌ها، فرآورده‌های‌ پلیمری‌ (مواد اولیه‌ پلاستیك‌ها، لاستیك‌ها و الیاف‌ مصنوعی‌) و مواد شیمیایی‌ (اسیدها، حلال‌ها) از نفت‌ و برش‌های‌ نفتی‌ است‌. دروس‌ تخصصی‌ دانشجویان‌ این‌ رشته‌ بیشتر در مورد كاتالیزورهای‌ صنعتی‌ است‌ كه‌ در رآكتورها به‌ كار می‌رود.

دروس تخصصی گرایش صنایع پتروشیمی :

فرآیندهای پتروشیمی، مقدمات و پالایش، مبانی و تكنولوژی پلیمر

گرایش‌ صنایع‌ گاز :

عمق‌ چاهی‌ كه‌ برای‌ استخراج‌ گاز زده‌ می‌شود، قطر لوله‌ای‌ كه‌ گاز را از چاه‌ به‌ پالایشگاه‌ یا از پالایشگاه‌ به‌ شبكه‌های‌ شهری‌ منتقل‌ می‌كند، نحوه‌ انتقال‌ گاز از چاه‌ به‌ پالایشگاه‌، نحوه‌ گرفتن‌ گازCO2 از این‌ ماده‌ (برای‌ جلوگیری‌ از خورده‌ شدن‌ لوله‌ها)، نحوه‌ شیرین‌ كردن‌ گاز ترش ( گاز اولیه‌ای كه از چاه استخراج می‌شود و قابل مصارف شهری و ... نیست) همه‌ در حیطه‌ فعالیت‌ یك‌ مهندس‌ شیمی‌ گرایش‌ گاز قرار دارد.

دروس تخصصی گرایش صنایع گاز :

انتقال و توزیع گاز، فرآیند گاز، مهندسی احتراق

گرایش‌ صنایع‌ پلیمر:

این‌ گرایش‌ تا سال‌ 1362 یكی‌ از گرایش‌های‌ مهندسی‌ شیمی‌ بود، اما در حال‌ حاضر به‌ عنوان‌ یك‌ رشته‌ مستقل‌ با دو گرایش‌ صنایع‌ پلیمری‌ و تكنولوژی‌ و علوم‌ رنگ‌ در دانشگاه‌ها و مراكز آموزش‌ عالی‌ ارائه‌ می‌شود. البته‌ هنوز در تعداد محدودی‌ از دانشگاه‌های‌ كشور، مهندسی‌ پلیمر یكی‌ از گرایش‌های‌ مهندسی‌ شیمی‌ است‌ و دانشجویان‌ این‌ گرایش‌ نهایتاً در یكی‌ از زمینه‌های‌ پلیمر مثل‌ فرایند شكل‌دهی‌ پلیمر یا طراحی‌ واحدهای‌ صنعتی‌ تولید پلیمر تبحر پیدا می‌كنند.

گرایش‌ شیمیایی‌ سلولزی‌ :

یك‌ مهندس‌ شیمی‌ گرایش‌ شیمیایی‌ سلولزی‌ در زمینه‌ تبدیل‌ چوب‌ به‌ كاغذ تخصص‌ دارد. به‌ همین‌ دلیل‌ نیز محل‌ تحصیل‌ دانشجویان‌ این‌ رشته‌ در دانشكده‌ فنی‌ پردیس 3 واقع‌ در استان‌ گیلان‌ ـ رضوان‌شهر (چوكا) می‌باشد. قسمت‌ عمده‌ چوب‌ از سلولز تشكیل‌ شده‌ است‌. همچنین‌ ضایعات‌ كشاورزی‌ مثل‌ پوست‌ برنج‌، سبوس‌ برنج‌ و ضایعات‌ برگ‌ درختان‌ دارای‌ مقادیر قابل‌ توجهی‌ سلولز است‌ كه‌ این‌ ضایعات‌ در بسیاری‌ از نقاط‌ به‌ عنوان‌ یك‌ عنصر مزاحم‌ سوزانده‌ شده‌ و باعث‌ آلودگی‌ محیط‌ زیست‌ می‌شود. اما امروزه‌ در كشورهای‌ دیگر از همین‌ ضایعات‌ برای‌ تولید یك‌ نوع‌ سوخت‌ به‌ نام‌ "اتانول‌" كه‌ در تركیب‌ با بنزین‌، سوخت‌ بسیار خوبی‌ است‌؛ استفاده‌ می‌شود. و در این‌ فرآیند مهندسین‌ شیمیایی‌ سلولزی‌ نقش‌ بسیار مهمی‌ را برعهده‌ دارند.

گرایش‌ صنایع‌ غذایی :

یكی‌ از كاربردهای‌ مهندسی‌ شیمی‌ در تولید مواد غذایی‌ و بخش‌های‌ صنایع‌ غذایی‌ مانند میكروبیولوژی‌ غذا، شیمی‌ غذا و كنترل‌ كیفی‌ صنایع‌ غذایی‌ است‌. برای‌ مثال‌ در سوپرماركت‌ها و فروشگاه‌ها، مواد غذایی‌ بیشتر به‌ حالت‌ كنسرو وجود دارد كه‌ تهیه‌ این‌ كنسروها با حفظ‌ اصول‌ ایمنی‌ و بهداشتی‌ نیاز به‌ یكسری‌ محاسبات‌ دارد كه‌ این‌ محاسبات‌ توسط‌ یك‌ مهندس‌ شیمی‌ صنایع‌ غذایی‌ انجام‌ می‌گیرد. همچنین‌ طراحی‌ دستگاه‌هایی‌ كه‌ فرآیند خشك‌ كردن‌ را انجام‌ می‌دهند مثل‌ غذاهای‌ بچه‌ كه‌ به‌ صورت‌ پودر تهیه‌ می‌شود و طراحی‌ دستگاه‌های‌ استریلیزه‌، پاستوریزه‌ و منجمدكننده‌ برعهده‌ متخصصین‌ همین‌ رشته‌ است.

دروس تخصصی گرایش صنایع غذایی :

میكروبیولوژی عمومی، شیمی مواد غذایی، میكروبیولوژی مواد غذایی، صنایع غذایی، بیوشیمی مواد غذایی، تغذیه وبهداشت

گرایش‌ پالایش‌ :

گرایش‌ پالایش‌ به‌ طراحی‌ پالایشگاه‌ها باز می‌گردد. یعنی‌ دانشجوی‌ این‌ گرایش‌، شیوه‌ طراحی‌ دستگاه‌هایی‌ مثل‌ برج‌های‌ تقطیر، دستگاه‌های‌ جداكننده‌ مایعات‌ از مایعات‌ و گازها از مایعات‌ را می‌آموزد؛ دستگاه‌هایی‌ كه‌ مشتقات‌ ئیدروكربنی‌ مثل‌ بنزین‌ و گازوئیل‌ و مواد سنگین‌تر مثل‌ قیر و شوینده‌ها را از نفت‌ خام‌ جدا ساخته‌ و به‌ دست‌ می‌آورد.

دروس تخصصی گرایش پالایش :

مهندسی احتراق، مهندسی پالایش، فرآیندهای پالایش

گرایش‌ بهره‌برداری‌ از منابع‌ نفت‌ :

مهندس‌ بهره‌برداری‌ از منابع‌ نفت‌ مهندسی‌ است‌ كه‌ راه‌ها و روش‌های‌ بهره‌برداری‌ بهینه‌ از مخازن‌ نفت‌ را ارائه‌ می‌دهد. در واقع‌ یك‌ مهندس‌ بهره‌برداری‌ از نفت‌ با توجه‌ به‌ نوع‌ مخزن‌ نفت‌ تعیین‌ می‌كند كه‌ به‌ یاری‌ كدام‌ یك‌ از روش‌های‌ موجود؛ تزریق‌ گاز، تزریق‌ آب‌، تزریق‌ مواد پلیمری‌ یا ازدیاد حرارت‌ می‌توان‌ نفت‌ را راحتتر و مقرون‌ به‌ صرفه‌تر بهره‌برداری‌ كرد. امروزه‌ اكثر مخازن‌ نفت‌ كشور ما دچار افت‌ فشار شده‌اند. به‌ همین‌ دلیل‌ نفت‌ به‌ صورت‌ طبیعی‌ به‌ سطح‌ زمین‌ نمی‌رسد و در نتیجه‌ حضور مهندسین‌ بهره‌برداری‌ از منابع‌ نفت‌، یك‌ ضرورت‌ اجتناب‌ناپذیر است‌.

دروس تخصصی گرایش بهره‌برداری از منابع نفت :

مهندسی مخازن هیدروكربوری، ازدیاد برداشت، حفاری و تولید، شبیه‌سازی مخازن نفتی، خواص ترمودینامیكی سیالات نفتی.

گرایش‌ طراحی‌ فرآیندهای‌ صنایع‌ نفت‌:

فرآیند یعنی‌ عملكرد یا روش‌ و طریقی‌ كه‌ بتوان‌ به‌ یاری‌ آن‌ ماده‌ای‌ را از حالتی‌ به‌ حالت‌ دیگر تغییر شكل‌ داد و منظور از مهندس‌ طراحی‌ فرآیندهای‌ صنایع‌ نفت‌ یعنی‌ فردی‌ كه‌ روش‌ این‌ تغییر و تحول‌ را طراحی‌ كند. چون‌ برای‌ تبدیل‌ یك‌ ماده‌ از حالت اولیه‌ به‌ حالتی‌ خاص‌ لازم‌ است‌ كه‌ دستگاه‌هایی‌ طراحی‌ شده‌ و محاسباتی‌ انجام‌ بگیرد تا بتوان‌ به‌ نتیجه‌ مطلوب‌ دست‌ یافت‌. طراحی‌ صنایعی‌ كه‌ بطور مستقیم‌ یا غیر مستقیم‌ وابسته‌ به‌ نفت‌ خام‌ یا فرآورده‌های‌ پالایشگاه‌ یا صنایع‌ پتروشیمی‌ است‌ به‌ مهندس‌ شیمی‌ گرایش‌ طراحی‌ فرآیندها مربوط‌ می‌شود. یك‌ مهندس‌ شیمی‌ گرایش‌ طراحی‌ فرآیندهای‌ صنایع‌ نفت‌، واكنش‌های‌ خاصی‌ را از شیمیست‌ها می‌گیرد و با توجه‌ به‌ شرایط‌ محیطی‌، اقتصادی‌ و ... بهترین‌ روش‌ تولید مواد شیمیایی‌ و خالص‌سازی‌ آنها را پیدا كرده‌ و پیاده‌ می‌كند.

دروس تخصصی گرایش طراحی فرآیندهای نفت :

فرآیندهای پالایش نفت و گاز، طراحی برج و مبدل، تعیین مشخصات دستگاه‌ها، سیستم‌های اندازه‌گیری.

مهندسی شیمی در ایران

تاریخچه مهندسی شیمی در ایران به تأسیس مدرسه صنعتی ایران و آلمان برمی‌گردد که پس از جنگ جهانی یکم به عنوان غرامت جنگی به ایران واگذار گردید. در این مدرسه عالی در هر رشتهمهندسی شیمی، برق و ماشین حدود بیست نفر دانشجو پذیرفته می‌شد. گرچه پس از گذراندن دوره‌ای دو ساله دانش آموختگان آن مهندس شیمی نامیده می‌شدند اما برنامه درسی آنها بیشتر دروس مربوط به رشته شیمی با تأکید بر شیمی تجزیه و آزمایشگاه بود. شش سال بعد یعنی در سال1313که دانشگاه تهران بنیاد شد و رشته مهندسی شیمی بخشی از دانشکده فنی را به خود اختصاص داد.

رقابت‌های ناسالم میان دانش آموختگان این دو واحد آموزشی سرانجام منجر به منحل شدن مدرسه عالی صنعتی که در آن زمان «هنرسرای عالی» نامیده می‌شد گردید. مدتی بعد دانشگاه صنعتی پلی تکنیک تأسیس شد (سال 1336) و برای دوره چهار ساله مهندسی شیمی نیز دانشجو پذیرفت. نگاهی به برنامه درسی دانشکده فنی دانشگاه تهران و پلی تکنیک در سالهای دهه چهل خورشیدی نشان می‌دهد که برنامه درسی مهندسی شیمی در این زمان هنوز با برنامه واقعی مهندسی شیمی تفاوت چشمگیری داشت. از درس‌هایی مانند انتقال حرارت، انتقال جرم و طرح راکتور خبری نبود و تنها تعداد کمی از درس‌هایی که می‌توان آنها را ویژه مهندس شیمی دانست مانند: تقطیر، جذب و ترمودینامیک تدریس می‌شد. پس از این دو دانشگاه، دانشگاه شیراز و سپس در سال 1344دانشگاه صنعتی آریامهر سابق (صنعتی شریف فعلی) با برنامه‌ای که تفاوت محسوسی با برنامه درسی امروز مهندسی شیمی نداشت پا به عرصه وجود گذاشتند. در سال‌های بعد ضمن گسترش دوره‌های کارشناسی، دوره‌های کارشناسی ارشد و در بعضی دانشگاه‌ها دوره دکتری نیز گشایش یافتند. لازم به یادآوری است که در طی این سالیان دانشکده نفت آبادان نیز با افت و خیزهای زیاد فعالیت کرده و در برخی از سال‌های فعالیت خود، در رشته‌ مهندسی شیمی نیز دانشجو پذیرفت. تعداد دانش آموختگان مهندسی شیمی در ایران تا سال 1370حدود هشت هزار نفر برآورد می‌شود. تعداد پذیرفته‌شدگان در رشته مهندسی شیمی در سال 1372-1371 در حدود هزار نفر و از آن به بعد نیز تقریباً در هر سال همین حدود بوده است.

تهیه کننده: محمدصادق ابراهیمی

تنظیم برای تبیان: محسن مرادی