化学工学
Engineering discipline focused on the design and operation of chemical plants
化学エンジニアは、これらの精留塔などのプロセスプラントを設計、構築、および操作し ます
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化学工学は、化学プラントの設計と操作の研究、および生産性の向上方法を扱う工学分野です。化学エンジニアは、原材料を有用な製品に変換する経済的な商業プロセスを開発します。化学工学は、化学、物理学、数学、生物学、経済学の原理を使用して、エネルギーと材料を効率的に使用、生産、設計、輸送、変換します。化学エンジニアの仕事は、実験室でのナノテクノロジーとナノマテリアルの利用から、化学物質、原材料、生細胞、微生物、エネルギーを有用な形態や製品に変換する大規模な産業プロセスまで多岐にわたります。化学エンジニアは、安全性と危険性の評価、プロセス設計と分析、モデリング、制御工学、化学反応工学、原子力工学、生物工学、建設仕様、操作手順など、プラントの設計と操作の多くの側面に関与しています。

化学エンジニアは通常、化学工学またはプロセス工学の学位を取得しています。現役のエンジニアは、専門資格を取得し、専門団体の認定会員になることができます。そのような団体には、化学技術者協会（IChemE）や米国化学技術者協会（AIChE）などがあります。化学工学の学位は、他のすべての工学分野と様々な程度まで直接結びついています。

語源

ジョージ・E・デイビス（1850～1907）は、化学工学の創始者とされています

1996年の記事では、ジェームズ・F・ドネリーが硫酸の製造に関する1839年の化学工学への言及を引用しています。[1]しかし、同じ論文の中で、イギリスのコンサルタントであるジョージ・E・デイビスがこの用語を造ったとされています。 [2]デイビスは化学工学協会の設立も試みましたが、代わりに化学産業協会（1881年）と改名され、デイビスが初代事務局長に就任しました。[3] [4] 『アメリカ合衆国の科学史：百科事典』によると、この用語の使用は1890年頃です。[5]化学産業における機械設備の使用を説明する「化学工学」は、1850年以降、イギリスで一般的な語彙になりました。[6] 1910年までに、「化学エンジニア」という職業はすでにイギリスとアメリカで一般的に使用されていました。[7]

歴史

新しいコンセプトとイノベーション

直接メタノール型燃料電池の実証モデル。実際の燃料電池スタックは、画像中央の層状の立方体です。
コンチネンタル・カーボン社の技術者と機器

1940年代には、単位操作だけでは化学反応器の開発には不十分であることが明らかになりました。英国と米国の化学工学課程では1960年代まで単位操作が主流でしたが、輸送現象がより重視されるようになりました。[8]プロセスシステム工学（PSE）などの他の新しい概念とともに、「第二のパラダイム」が定義されました。[9] [10]輸送現象は化学工学に分析的なアプローチをもたらしました。[11]一方、PSEは制御システムやプロセス設計といった合成的な要素に焦点を当てました。[12]第二次世界大戦前後の化学工学の発展は、主に石油化学産業によって促進されました。[13]しかし、他の分野でも進歩が見られました。例えば、1940年代の生化学工学の進歩は製薬産業に応用され、ペニシリンやストレプトマイシンを含む様々な抗生物質の大量生産を可能にしました。[14]一方、 1950年代の高分子科学の進歩は、「プラスチックの時代」への道を開きました。[15]

安全性と危険性の発展

この時期には、大規模な化学製造施設の安全性と環境への影響に関する懸念も高まった。 1962年に出版された『沈黙の春』は、強力な殺虫剤であるDDTの有害な影響について読者に警告した。[16] 1974年に英国で起きたフリックスボロー災害では28人が死亡し、化学工場と近隣の3つの村が被害を受けた。[17] 1984年にインドで起きたボパール災害では、約4,000人が死亡した。[要出典]これらの事件は、他の事件とともに、産業安全と環境保護に重点が置かれるにつれて、業界の評判に影響を与えた。 [18]これを受けて、IChemEは、1982年以降に認定したすべての学位コースに安全を組み込むことを義務付けた。1970年代までには、フランス、ドイツ、米国などさまざまな国で法律や監視機関が設立された。[19]やがて、化学プラントやその他のプロセスプラントへの安全原則の体系的な適用は、プロセス安全として知られる特定の分野と見なされるようになりました。[20]

最近の進歩

コンピュータサイエンスの進歩は、プラントの設計と管理に応用され、以前は手作業で行わなければならなかった計算と図面を簡素化しました。ヒトゲノムプロジェクトの完了もまた、化学工学だけでなく、遺伝子工学とゲノミクスも進歩させた大きな進歩と見なされています。[21]化学工学の原理は、DNA配列を大量に生産するために使用されました。 [22]

概念

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See also


プラントの設計と建設

化学工学設計は、パイロットプラント、新規プラント、またはプラントの改造のための計画、仕様、および経済分析の作成に関係します。設計エンジニアは多くの場合、コンサルタントとして働き、顧客のニーズを満たすプラントを設計します。設計は、資金、政府規制、安全基準など、いくつかの要因によって制限されます。これらの制約により、プラントのプロセス、材料、および機器の選択が決まります。[23]

プラント建設は、投資規模に応じてプロジェクトエンジニアとプロジェクトマネージャーによって調整されます[24]。化学エンジニアは、プロジェクトエンジニアの職務をフルタイムまたはパートタイムで行う場合があります。これには追加のトレーニングと職務スキルが必要ですが、プロジェクトグループのコンサルタントとして活動することもできます。米国では、ABET認定の学士課程の化学工学卒業生の教育では、通常、プロジェクトエンジニアリング教育は重視されていません。プロジェクトエンジニアリングは、専門的なトレーニング、選択科目、または大学院プログラムを通じて取得できます。プロジェクトエンジニアリングの仕事は、化学エンジニアにとって最大の雇用主の1つです[25] 。

プロセス設計と分析

単位操作とは、個々の化学工学プロセスにおける物理的なステップです。単位操作（結晶化、ろ過、乾燥、蒸発など）は、反応物の調製、生成物の精製と分離、未使用の反応物のリサイクル、反応器内のエネルギー移動の制御に使用されます。[26]一方、単位プロセスは単位操作の化学的同等物です。単位操作とともに、単位プロセスはプロセス操作を構成します。単位プロセス（ニトロ化、水素化、酸化など）は、生化学的、熱化学的、その他の手段による物質の変換を伴います。これらを担当する化学エンジニアはプロセスエンジニアと呼ばれます。[27]

プロセス設計では、機器の種類とサイズ、接続方法、および構成材料の定義が必要です。詳細は、新規または既存の化学工場の生産能力と信頼性を管理するために使用されるプロセスフロー図に印刷されることがよくあります。 [要出典]

大学1年生（3～4年）の化学技術者教育では、プロセス設計の原則と実践に重点が置かれます。既存の化学プラントでは、同じスキルが効率の評価や改善のための提案に活用されています。[28]

輸送現象

輸送現象のモデリングと解析は、多くの産業用途に不可欠です。輸送現象には、流体力学、熱伝達、物質移動が含まれ、これらはそれぞれ主に運動量移動、エネルギー移動、化学種の輸送によって支配されます。モデルでは、マクロレベル、ミクロレベル、分子レベルの現象を個別に考慮することがよくあります。したがって、輸送現象のモデリングには応用数学の理解が必要です。[29]

応用と実践

プラントプロセス管理アプリケーションを示す2つのコンピュータフラットスクリーン
化学エンジニアは、工場の自動システムを制御するためにコンピュータを使用します[30]

化学エンジニアは、材料とエネルギーを経済的に使用する方法を開発します[31] 。化学エンジニアは、化学と工学を用いて、原材料を大規模な産業環境で医薬品、石油化学製品、プラスチックなどの使用可能な製品に変換します。また、廃棄物の管理と研究にも携わっています[32] [33] 。応用面と研究面の両方で、コンピュータを広範に活用することができます[30]

化学エンジニアは、産業界や大学の研究に携わり、理論的な化学反応をスケールアップすることで実験の設計と実施を行い、生産、汚染制御、資源保全のためのより優れた安全な方法を開発する任務を負う場合があります。また、プロジェクトエンジニアとしてプラントの設計と建設に携わることもあります。プロジェクトエンジニアとして働く化学エンジニアは、最適な生産方法とプラント設備を選択する際に知識を活用し、コストを最小限に抑え、安全性と収益性を最大化します。プラント建設後、化学工学プロジェクトマネージャーは、フルタイムまたはコンサルタントとして、設備のアップグレード、トラブルシューティング、日常業務に関与する場合があります。[34]

参照

協会

参考文献

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  2. ^ Cohen 1996, p. 174
  3. ^ Swindin , N. (1953). 「George E. Davis memorial lecture」. Transactions of the Institution of Chemical Engineers . 31
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  5. ^ Reynolds 2001, p. 176.
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参考文献

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