化学工学
化学エンジニアは、これらの分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 。

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。こうした団体には、米国化学技術者協会（IChemE）や米国化学技術者協会（AIChE）、そして米国の各州などがあり、これらの団体から最終的にプロフェッショナル・エンジニア（Professional Engineer）の免許と称号が授与されます。化学工学の学位は、他のすべての工学分野と様々な程度で直接的に結びついています。

語源

ジョージ・E・デイビス（1850年～1907年）は、化学工学分野の創始者とみなされています。

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年の化学工学の記述を引用している。[ 1 ]しかし、同じ論文では、イギリスのコンサルタントであるジョージ・E・デイビスが化学工学という用語を作ったとされている。[ 2 ]デイビスは化学工学協会の設立も試みたが、1881年に化学産業協会と改称され、デイビスが初代事務局長に就任した。[ 3 ] [ 4 ]『アメリカ合衆国科学史百科事典』によると、化学工学という用語の使用は1890年頃とされている。 [ 5 ]化学産業における機械設備の使用を指す「化学工学」は、1850年以降、イギリスで一般的な語彙となった。[ 6 ] 1910年までに、「化学エンジニア」という職業はイギリスとアメリカで既に一般的に使用されていた。[ 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形状です。
コンチネンタル カーボン カンパニーの設備技術者。

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などの合成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が、[ 13 ]他の分野でも進歩がありました。例えば、1940年代の生化学工学の進歩は製薬業界に応用され、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 ]

安全性と危険性の進展

この時期には、大規模な化学製品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年に英国で発生し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年にインドで発生したボパール災害では、少なくとも4,000人が死亡した。[ 18 ]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。 [ 19 ]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性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。[ 20 ]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して考えられるようになりました。[ 21 ]

最近の進捗状況

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や図面作成を簡素化しました。Aspen HYSYSなどのプログラムは、複数の化学工学計算を実行するために開発されました。ヒトゲノム計画の完了もまた、化学工学だけでなく、遺伝子工学や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。[ 22 ]化学工学の原理は、DNA配列の大量生産に利用されました。 [ 23 ]

概念

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わります。設計エンジニアは多くの場合、コンサルタントとしてクライアント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。[ 24 ]

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[ 25 ]。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ことができ、追加のトレーニングと職務スキルが求められる場合もあれば、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場合もあります。米国では、ABET認定の学士課程を修了した化学工学部の卒業生の教育では、通常、プロジェクトエンジニアリング教育は重視されません。プロジェクトエンジニアリングは、専門トレーニング、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[ 26 ] 。

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・分離、未使用の反応物のリサイクル、反応器におけるエネルギー移動の制御に使用されます。[ 27 ]一方、単位プロセスは単位操作の化学的等価物です。単位プロセスは単位操作とともに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技術者はプロセスエンジニアと呼ばれます。[ 28 ]

プロセス設計では、機器の種類とサイズ、接続方法、そして使用する材料を定義する必要があります。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記述されることがよくあります。 [ 29 ]

化学エンジニアの大学初等教育（3～4年間）では、プロセス設計の原則と実践に重点が置かれます。これらのスキルは、既存の化学プラントにおいて効率を評価し、改善のための提案を行う際にも活用されます。[ 30 ]

輸送現象

輸送現象のモデリングと解析は、多くの産業応用において不可欠です。輸送現象には、流体力学、熱伝達、物質移動が含まれ、これらは主にそれぞれ運動量移動、エネルギー移動、化学種の輸送によって支配されます。モデル化においては、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。[ 31 ]

応用と実践

工場のプロセス管理アプリケーションを表示する 2 つのコンピューター フラット スクリーン
化学エンジニアはコンピュータを使って工場の自動化システムを制御する[ 32 ]

化学エンジニアは、材料とエネルギーを経済的に利用する方法を開発します。[ 33 ]化学エンジニアは、化学と工学の知識を駆使して、原材料を医薬品、石油化学製品、プラスチックなどの有用な製品へと変換し、大規模な産業現場で活用します。また、廃棄物管理や研究にも携わっています。[ 34 ] [ 35 ]応用面と研究面の両方で、コンピュータを広く活用することができます。[ 32 ]

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任され、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します。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、コストを最小限に抑え、安全性と収益性を最大限に高めるために、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ます。プラント建設後、化学エンジニアリング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、日常業務に携わることがあります。[ 36 ]

職業展望

米国労働統計局によると、2024年から2034年の間に化学エンジニアの職業見通しは3％の成長が見込まれている。[ 37 ]

参照

協会

参考文献

  1. ^コーエン1996、172ページ。
  2. ^コーエン1996、174ページ。
  3. ^ Swindin, N. (1953). 「ジョージ・E・デイビス記念講演」.化学技術者協会紀要. 31 .
  4. ^フラベル＝ワイル、クラウディア (2012). 「世界を変えた化学エンジニアたち：父親に会う」(PDF) . 『The Chemical Engineer』 52-54. 2016年10月28日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2016年10月27日閲覧。
  5. ^レイノルズ 2001、176ページ。
  6. ^コーエン1996、186ページ。
  7. ^パーキンス 2003、20ページ。
  8. ^コーエン1996、185ページ。
  9. ^小川 2007、p. 2.
  10. ^パーキンス 2003、29ページ。
  11. ^パーキンス 2003、30ページ。
  12. ^パーキンス 2003、31ページ。
  13. ^レイノルズ 2001、177ページ。
  14. ^パーキンス 2003、32～33頁。
  15. ^キム 2002、p.7S。
  16. ^ダン、ロブ（2012年5月31日）. 「回顧：沈黙の春」 . Nature . 485 (7400): 578– 579. Bibcode : 2012Natur.485..578D . doi : 10.1038/485578a . ISSN 0028-0836 . S2CID 4429741 .  
  17. ^ベネット、サイモン（1999年9月1日）「災害はヒューリスティックスか？ケーススタディ」オーストラリア緊急事態管理ジャーナル14 （ 3）：32。
  18. ^ Broughton, E. (2005). 「ボパール災害とその余波：レビュー」 .環境保健：グローバルアクセス科学情報源. 4 (1) 6. Bibcode : 2005EnvHe...4....6B . doi : 10.1186/1476-069X- 4-6 . PMC 1142333. PMID 15882472 .  
  19. ^キム 2002、p.8S。
  20. ^パーキンス 2003、35ページ。
  21. ^ CCPS (2016).学部生とエンジニアのためのプロセス安全入門. ホーボーケン, ニュージャージー州: John Wiley & Sons . ISBN 978-1-118-94950-4。
  22. ^キム 2002、p.9S。
  23. ^アメリカ化学技術者協会 2003a .
  24. ^ Towler & Sinnott 2008、2–3ページ。
  25. ^ハーブスト、アンドリュー、ハンス・フェルウィス（10月19-22日）「プロジェクトエンジニアリング：学際的連携と総合エンジニアリング品質管理」アメリカ工学経営学会年次大会議事録1（ ISBN 978-4-822-2235-1） 9781618393616): 15～21
  26. ^ 「化学エンジニアの仕事とは？」 2014年5月2日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年8月23日閲覧。
  27. ^ McCabe、Smith、Hariott 1993、4ページ。
  28. ^新羅 2003、8～9頁。
  29. ^ジョナサン、ベレット;チャオ、ロージー。ラナ・A・バーグアウト（2020年8月16日）。「プロセス フロー図 (PFDS)」。
  30. ^ 「化学工学」アメリカ化学会. 2025年4月29日閲覧。
  31. ^バード、スチュワート、ライトフット 2002年、1～2頁。
  32. ^ a bガーナー 2003、47–48頁。
  33. ^アメリカ化学技術者協会 2003年、記事III。
  34. ^ソリアーノ＝モリーナ、P.;ガルシア・サンチェス、JL;マラト、S.プラザ・ボラーニョス、ペンシルベニア州;アグエラ、A.サンチェス・ペレス、JA (2019-11-05)。「中性pHの下水処理場排水から新たに懸念される汚染物質を除去するための太陽光発電フェントン開放型反応器の設計と運転について」。応用触媒 B: 環境。256 117801。Bibcode : 2019AppCB.25617801S。土井：10.1016/j.apcatb.2019.117801。ISSN 0926-3373。S2CID 195424881。  
  35. ^ Nieto-Sandoval, Julia; Gomez-Herrero, Esther; Munoz, Macarena; De Pedro, Zahara M.; Casas, Jose A. (2021-09-15). 「塩素化微量汚染物質の連続フロー水素化脱塩素化のためのパラジウム系触媒膜反応器」 . Applied Catalysis B: Environmental . 293 120235. Bibcode : 2021AppCB.29320235N . doi : 10.1016/j.apcatb.2021.120235 . hdl : 10486/700639 . ISSN 0926-3373 . 
  36. ^ガーナー 2003、49～50頁。
  37. ^ 「化学エンジニア：職業展望ハンドブック：米国労働統計局」 。 2026年2月1日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2026年2月1日閲覧。

参考文献

「 https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Chemical_engineering&oldid=1335996037」より取得