Technologia chemiczna

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Technologia chemiczna
i inżynieria procesowa

ang. Chemical engineering
ros. Химическая технология
ShellMartinez-refi.jpg
Rys historyczny
Technologia chemiczna
Inżynieria chemiczna i procesowa
Aparatura chemiczna

Technologia chemicznadyscyplina naukowa z pogranicza dziedzin nauk technicznych i chemicznych, która zajmuje się – wraz z inżynierią chemiczną i procesową[a] – metodami przekształcania różnorodnych surowców w użyteczne produkty; odgrywa ważną rolę np. w czasie wprowadzania nowych wyrobów i nowych technologii, modernizacji i optymalizacji warunków prowadzenia znanych procesów (z uwzględnieniem zagadnień ochrony środowiska), opracowywania metod monitorowania i automatycznej kontroli przebiegu procesów[1][2].

Produkty są otrzymywane w wyniku:

Rozwiązywanie interdyscyplinarnych problemów, występujących w czasie projektowania instalacji i optymalizacji parametrów ich działania, wymaga ścisłej współpracy chemików i inżynierów-mechaników. Szczególnie duża rola przypada specjalistom w obu graniczących dyscyplinach. Przyjmuje się, że domeną technologii chemicznej są procesy, w których dominującą rolę odgrywają reakcje chemiczne.

W ramach technologii chemicznej wyróżnia się obszary dotyczące technologii nieorganicznej (techniczna chemia nieorganiczna)[1][5] i technologii organicznej (techniczna chemia organiczna)[2][6][7], a poza tym obszary węższe, np. technologia chloru i związków chloru[8], technologia włókien sztucznych[9], technologia materiałów wybuchowych[10], technologia olejków eterycznych[11].

Miejsce technologii chemicznej w systemie nauki w Polsce[edytuj]

W Polsce dyscyplina „technologia chemiczna”:

  1. nauk chemicznych, którą tworzy pięć dyscyplin naukowych (poza technologią chemiczną – chemia, biochemia, biotechnologia oraz ochrona środowiska),
  2. nauk technicznych, złożonej z kilkunastu dyscyplin (poza technologią chemiczną m.in. biotechnologia, inżynieria chemiczna, inżynieria materiałowa, inżynieria produkcji.

Projektowanie procesów i instalacji[edytuj]

Kinetyka reakcji chemicznej A + B = C
Autoklawy laboratoryjne
Schemat reaktora ciągłego
Projektowanie i prowadzenie procesów produkcji wymaga stosowania złożonych modeli matematycznych i specjalistycznych programów komputerowych
Chłodnie kominowe

Założenia dla projektów instalacji technicznych, umożliwiających otrzymywanie pożądanych produktów z dostępnych surowców, są przygotowywane z wykorzystaniem wyników badań podstawowych np. chemia (w tym np. termodynamika chemiczna i kinetyka chemiczna), fizyka, biochemia. Badania są prowadzone dla charakterystycznych operacji i procesów jednostkowych.

Kierunek poszczególnych reakcji chemicznych, które mają zachodzić w poszczególnych węzłach projektowanej instalacji (możliwość otrzymania określonego produktu), zależy od potencjałów termodynamicznych. Wydajność reakcji chemicznej zależy od stanu równowagi termodynamicznej, do której dąży układ. Szybkość reakcji chemicznej może być przewidywana na podstawie odpowiednich równań kinetycznych określonego rzędu, z wyznaczonymi w skali laboratoryjnej wartościami stałej szybkości reakcji. W analogiczny sposób opisuje się termodynamikę i kinetykę innych procesów, np. przemian fazowych (np. krystalizacja, ekstrakcja). W czasie przygotowywania chemicznej koncepcji nowej technologii wykorzystuje się dane dostępne dla poszczególnych operacji jednostkowych, określając np. sposoby niezbędnej obróbki surowców, techniki ich dozowania (procesy i operacje chemiczne i mechaniczne), optymalny zakres każdego z parametrów reakcji zachodzących w reaktorach, niezbędny czas przebywania reagentów w strefie reakcji (zapewniający optymalny stopień przemiany), sposoby rozdzielania mieszanin produktów reakcji i inne.

Chemiczna koncepcja nowej technologii, opracowana w ramach badań podstawowych, jest przekształcana przez przedstawicieli nauk stosowanych (m.in. technologia, inżynieria procesowa, mechanika), w koncepcję technologiczną, która powinna spełniać wymogi ochrony środowiska i minimalizacji kosztów. Projektowanie procesu technologicznego (ang. process designing) polega zwykle m.in. na[16][17]:

  • wybraniu najbardziej właściwych operacji i procesów jednostkowych,
  • ich uszeregowaniu i określeniu sposobów realizacji,
  • sporządzeniu ideowego schematu całej instalacji,
  • opracowaniu bilansu materiałowego i energetycznego,
  • doświadczalnej weryfikacji założeń nowej technologii' badawczy etap cyklu badawczo–projektowego obejmuje fazy badań:
– laboratoryjnych – w badawczej aparaturze o działaniu okresowym lub ciągłym (miniaturowe instalacje modelowe),
– w skali ułamkowej (0,1–10% docelowej instalacji, skala ćwierćtechniczna, półtechniczna, pilotowa);
efektem tych badań jest projekt procesowy, który zawiera np. bilans masowy i energetyczny, charakterystyka mediów technologicznych, dobór aparatów, schemat technologiczny, harmonogram pracy aparatów, zagadnienia korozji i doboru materiałów, kontrola przebiegu procesu i sterowanie, emisje zanieczyszczeń do środowiska, problemy BHP,
– w zakładzie doświadczalnym
(efekty: wybór typów aparatów i tworzyw konstrukcyjnych dla skali technicznej, opracowanie projektu technologicznego).

Liczba faz okresu badawczego jest zróżnicowana – zależy od tzw. współczynnika powiększenia skali, który jest zależny od rodzaju stosowanych aparatów. Projektowane reaktory z mieszadłem nie powinny być większe od badawczych więcej niż 1000 razy, reaktory fluidalne – nie więcej niż 100 razy, a kolumny destylacyjne – nie więcej niż 100 tys. razy[16].

Problemy występujące w czasie powiększania skali, związane np. ze zróżnicowaniem stężeń reagentów wewnątrz dużych reaktorów lub ze zróżnicowaniem czasu przebywania określonych części strumienia reagentów w reaktorach przepływowych, są rozwiązywane metodami inżynierii chemicznej i procesowej.

Specjalności technologii chemicznej[edytuj]

Obszar technologii chemicznej jest nieustannie powiększany, wraz z rozwojem wiedzy i przemysłu chemicznego. Część tego obszaru, która wchodzi w zakres studiów technicznych w Polsce na kierunku „Technologia chemiczna”, obejmuje specjalności np.[14][15][18]:

  • technologia chemiczna nieorganiczna,
  • proekologiczne technologie nieorganiczne,
  • technologia chemiczna organiczna,
  • technologia ropy i gazu,
  • technologia polimerów i tworzyw sztucznych,
  • technologia barwników,
  • lekka technologia organiczna,
  • technologia leków,
  • technologia skóry,
  • analityka techniczna i przemysłowa,
  • analityka przemysłowa i środowiskowa,
  • technologia zabezpieczeń przeciwkorozyjnych.

Specjalności są uruchamiane zgodnie z zakresem naukowych zainteresowań pracowników jednostek badawczych, istniejących w kilkunastu uczelniach technicznych w Polsce[19]. Wyniki badań są publikowane w specjalistycznych czasopismach, np. Journal of Chemical Technology and Biotechnology[20], Chemical Technology[21], Polish Journal of Chemical Technology[22], Chemical and Process Engineering[23], Przemysł Chemiczny[24].

Uwagi

  1. Technologia chemiczna i inżynieria chemiczna bywają uznawane za jedną naukę, określaną np. jako Chemical engineering (ang.), Génie chimique (fr.),Ingegneria chimica (wł.) albo Ķīmijas tehnoloģija (łot.), Chemische technologie (niderl.), Химическая технология (ros.); zobacz Technologia chemiczna i inżynieria procesowa.

Przypisy[edytuj]

  1. a b Józef Kępiński: Technologia chemiczna nieorganiczna. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe PWN, 1964, s. 24–28.
  2. a b A. Wielopolski: Technologia chemiczna organiczna. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe PWN, 1959, s. 6–7.
  3. Encyklopedia techniki – Chemia. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1993, s. 732. ISBN 83-204-1312-5.
  4. Leksykon Naukowo-Techniczny z suplementem, tom II (P-Ż). Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, WNT, 1989, s. 990. ISBN 83-204-0969-1.
  5. Józef Zawadzki: Technologia chemiczna nieorganiczna. Warszawa: Biblioteka Techniczna, 1949.
  6. P.H. Groggins: Procesy jednostkowe w syntezie organicznej (ang. Unit processes in organic synthesis, 1958). Warszawa: Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, 1961.
  7. Atanazy Boryniec, Stefan Chudzyński, Stanisław Porejko, Stanisław Malinowski: Technologia chemiczna organiczna. T. II. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1958. (pol.)
  8. Józef Kępiński: Technologia chloru i związków chloru. Warszawa: Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, 1963.
  9. Atanazy Boryniec: Technologia włókien sztucznych. Warszawa: PWT, 1956.
  10. Tadeusz Urbański: Chemia i technologia materiałów wybuchowych. Warszawa: Wydawnictwo Ministerstwa Obrony Narodowej, 1955.
  11. Romuald Klimek: Olejki eteryczne. Warszawa: Wydawnictwo Przemysłu Lekkiego i Spożywczego, 1957.
  12. Rozporządzenie Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego z dnia 8 sierpnia 2011 r. w sprawie obszarów wiedzy, dziedzin nauki i sztuki oraz dyscyplin naukowych i artystycznych (pol.). W: rozporządzenia [on-line]. bip.nauka.gov.pl, sierpień 2011. [dostęp 2011-09-01].
  13. Rozporządzenie Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego z dnia 12 lipca 2007 r. w sprawie standardów kształcenia dla poszczególnych kierunków oraz poziomów kształcenia, a także trybu tworzenia i warunków, jakie musi spełniać uczelnia, by prowadzić studia międzykierunkowe oraz makrokierunki. W: Dz. U. z dnia 13 września 2007 r. [on-line]. [dostęp 2011-08-28].
  14. a b Kierunek studiów > techniczne (pol.). W: Serwis: kierunkistudiów.pl > wyszukiwarka [on-line]. kierunkistudiow.pl. [dostęp 2017-05-05].
  15. a b Kierunek studiów > technologia chemiczna (pol.). W: Serwis: kierunkistudiów.pl > wyszukiwarka [on-line]. kierunkistudiow.pl. [dostęp 2017-05-05].
  16. a b Technologia chemiczna jako nauka stosowana. Geneza nowego procesu technologicznego, Katedra Technologii Chemicznej Politechniki Gdańskiej, przedmiot: Podstawy technologii chemicznej, wykład 1, www.technologia, data dostępu = 2011-09-05
  17. L. Synoradzki, J. Wisialski: Projektowanie procesów technoogicznych. Od laboratorium do instalacji przemysłowej. Warszawa: Pficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej. ISBN 83-7207-626-X.
  18. Technologia chemiczna. W: Wirtualny informator maturzysty; Charakterystyka kierunków studiów [on-line]. [dostęp 2011-09-04].
  19. Kierunki techniczne; Technologia chemiczna. www.wiw.pl. [dostęp 2011-09-04].
  20. Journal of Chemical Technology and Biotechnology (ang.). onlinelibrary.wiley.com. [dostęp 2011-09-04].
  21. Chemical Technology (ang.). www.crown.co.za. [dostęp 2011-09-04].
  22. Polish Journal of Chemical Technology (ang.). versitaopen.com. [dostęp 2011-09-04].
  23. Chemical and Process Engineering (ang.). versitaopen.com. [dostęp 2011-09-04].
  24. Przemysł Chemiczny (pol.). www.sigma-not.pl. [dostęp 2011-09-04].