السلام عليكم … وأسعد الله اوقآتكم بكل الخير
مــقدمــة//
بالبداية أحب أهنئ طلاب الهندسة الكيميائية أنهم أحسنوا الاختيار الصحيح بإذن الله , بـجد أقولها وبكل " صدق " تخصص الهندسة الكيميائية من أمتع التخصصات … و أجملها
أنا كنت مصر قبل فترة طويلة إني أحط موضوع عن الهندسة الكيميائية خصوصا … والسبب أن تقريبا بنسبة 99% من طلاب الجامعة ما يعرفون عن هذا التخصص إي شئ ,
أعطيكم مثال … لو سألنا أي طالب بالجامعة عن ماذا تعرف عن الهندسة المدنية أو المعمارية ؟
فراح يجاوب لنا جواب شافي وكافي … وراح يقولنا أنها هندسة تهتم بتصميم وبناء البيوت و الجسور
هنآ هذا الطالب أعطانا معلومة مهمة عـن الهندسة المدنية … حتى وإن كانت معلومـة سطحية … ولكن تبقى معلومة صحيحة نوعا ما
لكن لو تسأل طالب ماذا تعرف عـن الهندسة الكيميائية ؟
غالبا سيكون جوابه … أن الهندسة الكيميائية تعتمد على الكيمياء … وهذه الإجابة خاطئة 100 %
ومن الصعب أن تجد طالب يفهم عن ماذا تتحدث الهندسة الكيميائية… والسبب هو تسميتها … المهندسين في أمريكا و أوروبا يسمون الهندسة الكيميائية بـ ( الهندسة العالمية ) <<< الحين يستانسون النصراوية
وسبب تسمية الهندسة الكيميائية بالهندسة العالميـة هو لسبب أن التخصص الهندسي الوحيد الذي يهتـم بـ علوم أساسية ( الرياضيات البحتة ، الفيزياء البحتة ، الجيوفيزياء ، الكيمياء ، الكيمياء الصناعية، الاقتصاد )
جميع هذه المجلات وهذه العلوم … يجب أن يتعلمها المهندس الكيميائي ولو بشكل بسيط لذلك سمي المهندس الكيميائي بالمهندس العالمي
تخصص الهندسة الكيميائية تحتوي على ما يقارب 40% رياضيات … من الجبر و الاشتقاق و التكامل و التكامل العددي ( numerical integration) ومن ستاتيتكتس و من المعادلات التفاضلية … وغيره من الرياضيات التطبيقية يجب على المهندس الكيميائي تعلمها
أما بالنسبة للفيزياء فهي تحتوي تقريبا 50% من فيزياء عامة 1 و 2 … و ميكانيكا الموائع و إنتقال الحرارة بدون تفاعل كيميائي وإنتقال الكتل بواسطة التركيز وإنتقال الكتل بدون تفاعل كيميائي ، و الديناميكا الحرارية 1 و الديناميكا الحرارية 2 ، وفصل المواد بطرق فيزيائية ، والكيمياء الفيزيائية وغيرها من المواد الفيزيائية
أما بالنسبة للكيمياء فأنها تمثل فقط 10% … وهي تهتم بـ إنتقال الحرارة مع تفاعل كيميائي و إنتقال الكتل مع تفاعل كيميائي ، وفصل المواد بطرق كيميائية وبعض من أساسيات الكيمياء العضوية و الكيمياء الحيوية
نلاحظ أن الهندسة الكيميائية لا تعتمد كثيرا على الكيمياء ، و تعتمد كثيرا على الفيزياء و الرياضيات ، وأنصحكم نصيحة … أي طالب ضعيف بالرياضيات يجب أن لا يدرس الهندسة الكيميائية … لأن الهندسة الكيميائية والرياضيات وجهان لعملة واحد ، مستحيل تتفوق بالهندسة الكيميائية بدون ما تكون متفوق بالرياضيات .
الآن سأنتقل للحديث عن مهام المهنـدس الكيميائي في عمـله وفي دراسته و بحثه
أولا : عندما يكون المهندس الكيميائي مهندس معماري !!!!
المهندس المعماري يصمم ويبني بيوت وجسور ، لكن المهندس الكيميائي يصمم و يبني المصانع ، كل جزء من المصنع يصممه المهندس الكيميائي من أنابيب و خزانات و مستودعات ، ومن أبراج تقطير
فـ قطر الأنبوب في المصنع على سبيل المثال … تصميمها ليس بالأمر السهل إطلاقا تعتمد على عوامل كثيرة من ضغط و درجة حرارة و تدفق حجمي و كثافة و لزوجة و سرعة المائع و الشغل المبذول على هذا المائل وعوامل أخرى كثيرة … جميعها يعتمد عليها تصميم هذا
أذكر فيه مسائل في تصميم الأنابيب في مادة ميكانيكا الموائع احتجنا إلى ما يقارب 15 صفحة لـ حل مسألة واحدة فقط لـتصميم أنبوب في مصنع
لا يقتصر تصميم الأنبوب فقط على تحديد القطر ، بل يطلب من المهندس الكيميائي تحديد سمك القطر ووزنـه و نوع المادة المصنوعة منها.
يعتمد تصميم الإنبوب على خواص الفيزيائية و الكيميائية للمادة التي ستسير في الإنبوب ، ومن الصعب أن يصمم الإنبوب مهندس معماري أو مهندس ميكانيكي لأن تصميم الإنبوب يعتمد بشكل كبير على خواص المادة ، وخواص المادة يتميز بمعرفتها المهندس الكيميائي عن غيره من المهندسين .
أيضا الخزانات في المصانع فالمهندس الكيميائي يصمم نوع الخزان ( كروي أو أسطواني ) ويصمم طول الخزان و سمكه ونوع المادة المستخدمة في صنعـه ، وعادة يوجد في الخزان خلاط يخلط المواد مع بعضها البعض، هذا الخلاط يتشارك في تصميمه المهندس الكهربائي و المهندس الميكانيكي ولكن المهندس الكيميائي مهمته تحديد سرعـة هذا الخلاط والشغل و قدرة هذا الخلاط.
بحيث شركات تصنيع الخلاطات على سبيل المثال تصنع خلاط قدرته 100 كيلو واط ، و 150 كيلو واط ، و 200 كيلو واط
و مهمة المهندس الكيميائي هنا أن يحدد ما يريد استخدامه
هل سيشتري المهندس الكيميائي الخلاط 100 كيلو واط أو 150 كيلو واط ؟
قدرة الخلاط تعتمد على عوامل كثيرة أهمها حجم الخزان و سرعة الخلط المطلوبة و سرعة التفاعل و الخواص الكيميائية والفيزيائية للمواد
يتم حل هذه المسألة بتحديد الخواص الفيزيائية والكيميائية للمواد ووضع النظريات الفيزيائية ثم حلها بواسطة الرياضيات و عادة ما تتعقد المسألة أحيانا فيتم حلها بواسطة التكامل وربما لا يكون لهذا التكامل حل فتحلها بواسطة التكامل العددي عن طريق تحويل الدالة إلى رسمه ( ( graph ومن ثم حساب المساحة تحت المنحنى وكذا نكون حصلنا على قيمة التكامل و حصلنا على الشغل المبذول .
وأيضا في تصميم أبراج التقطير يصمم المهندس الكيميائي طول برج التقطير و درجات الحرارة المقترحة و نوع المادة المستخدمة ، فأبراج التقطير هي عبارة عن برج يستخدم لفصل المواد عند درجات حرارة متفاوتة.
ثانيا : عندما يكون المهندس الكيميائي مهندس ميكانيكي !!!
المهندس الكيميائي قريب جدا من المهندس الميكانيكي الإنتاجي … فكما تعرفون أن الهندسة الكيميائية لها أقسام من أقسامها هندسة العمليات و هندسة الإنتاج ، وأيضا الهندسة الميكانيكية من أقسامها هندسة الإنتاج، فهناك صلة و ترابط وثيق بين المهندس الكيميائي والمهندس الميكانيكي .
قرأت أن أحد العلماء في بداية ظهور الهندسة الكيميائية كان يقول أن الهندسة الكيميائية هي عبارة عن مزج بين الهندسة الميكانيكية و الكيمياء
الهندسة الكيميائية = الهندسة الميكانيكية + الكيمياء
هناك مجالات كثيرة مشتركة بين الهندسة الكيميائية و الميكانيكية والفرق بينهما أن المهندس الميكانيكي يصمم شكل المحرك أو شكل المضخات أما المهندس الكيميائي فيحدد أي المضخات أو المحركات التي سيستخدمها ، بحيث المهندس الميكانيكي يصنع و ينتج المحرك و المضخة بقدرة 100 كيلو واط ، لكن المهندس الكيميائي في المصنع يحدد أي نوع سيستخدم من المضخات و المحركات .
هل يختار المضخة بقدرة 100 كيلو واط وبسعر 3000 دولار … أو يختار المضخة بقدرة 150 كيلو واط وبسعر 4000 دولار ؟
هذا السؤال تحديدا يجيب عليه المهندس الكيميائي ، ولاحظوا الفرق و الترابط بين المهندس الكيميائي والميكانيكي ، فالمهندس الميكانيكي يصنع المضخة بقدرات مختلفة ، والمهندس الكيميائي يختار و يحدد أي المضخات سيشتري
ثالثا : عندما يصبح المهندس الكيميائي مهندس مواد !!!!!
أحد أهم التخصصات في الهندسة هو هندسة المواد وهو قسم من أقسام الهندسة الكيميائية يهتم بإنتاج وتصميم واختيار المادة المناسبة ، و تصميم المادة أخذ حيز كبير من هذا العلم فـ سابقا كنا نسمع عن الحديد أم الآن نسمع ونستخدم الفولاذ ، فالفولاذ مادة مركبة مصممة وممزوجة بين حديد وعدد محدد من الكربون ،
لماذا نضيف الكربون على الحديد لكي نحصل على فولاذ ؟
لأن الفولاذ يعطينا خواص جديدة غير موجودة في الحديد وأهم هذه الخواص القوة والصلابة ويندرج تحت علم المواد والهندسة الكيميائية تقنية النانو الحديثة وهذا العلم من أهم العلوم الحديثة يدرس حاليا في أرقى الجامعات في العالم
رابعا : عندما يكون المهندس الكيميائي إداريا و اقتصاديا !!!!
أمممم
لعشاق المناصب العالية في المصانع من مدير مصنع و نائب المدير فأن المهندس الكيميائي غالبا ما يصبح مديرا للمصنع بعد مدة يقضيها في المصنع و يستفيد من خبرته .
لابد للمهندس الكيميائي أن يتمتع بقدرات إدارية ، لأن عمل المهندس الكيميائي أحيانا يكون إداري ، وأيضا لابد للمهندس الكيميائي أن يكون ملم بعلم الاقتصاد ، لأن في كثير من الأحيان خاصة في التصميم يخير المهندس الكيميائي بين نوعين من الأجهزة أحدهما أغلى من الآخر ويجب عليه اختيار الأفضل والأرخص، وأيضا في تصميم سمك الأنبوب و سمك الخزانات فالسمك الكبير يكون غالي جدا و يكلف إدارة المصنع أموال طائلة ، والسمك الضئيل يسبب انفجار للأنبوب ، ومهمة المهندس الكيميائي أن يختار السمك الصحيح فلا يكون غالي ولا يسبب انفجار للأنبوب أو الخزان .
خامسا : عندما يكون المهندس الكيميائي بيولوجي وطبيب !!!!
من مهام المهندس الكيميائي و وظائفه هو تطوير وإنتاج و صناعة المواد الطبية و الأدوية بشكل خاص ، فالحقيقة لا يوجد ترابط وثيق بين الهندسة الكيميائية والطب ، ولكن جهود المهندسين الكيميائيين في القرن الماضي طور الطب بشكل جذري فاكتشاف الأدوية و صنع الأجهزة الطبية و إنتاجها و صنع الأعضاء البيولوجية يعود فضله إلى الله ثم إلى الهندسة الكيميائية .
سادسا : عندما يصبح المهندس الكيميائي… مهندس كيميائيا !!!
ينفرد المهندس الكيميائي بعلم خاص له فلا يشاركه فيه أحد من التخصصات ،
فالهندسة الكيميائية تنفرد ببعض من العلوم لا يدرسها أحد من التخصصات ، فمثلا انتقال الكتل بتفاعل كيميائي وبدون تفاعل كيميائي ، وانتقال الحرارة وإضافة الحرارة مع وجود تفاعل كيميائي، وعلم واسع من الطاقة الحرارية أي تحويل الحرارة إلى طاقة وهذا علم واسع وعلم جديد عهد أذا ما قارناه بعلوم أخرى قديمة ، هذا العلم أبسط مثال عليه هو الطاقات المستخدمـة في تحليت المياه فعند تحليت المياه يتم تسخين الماء المالح عند درجة حرارة أعلى من 100 فيتبخر هذا الماء ويبقى الملح وعند تكثيف الماء يصبح الماء نقي ، لكن المهندسين يفكرون بطريقة أخرى فبما أننا نملك بخار ماء عند درجة حرارة 100 فإننا نستطيع أن نحول هذه الحرارة إلى طاقة كهربائية تستفيد منها الدولة عن طريق استخدام معادلات ماكسويل هذا العلم شيق جدا وواسع وأفاد البشرية بشكل واضح أثر على الاقتصاد الدول. أختصارا لهذا العلم هو تحويل الحرارة والضغط إلى طاقة … سواء طاقة كهربائية مثل تحليت المياه ، أو طاقة حركية مثل السيارات والطيارات .
سأتطرق الآن للحديث عن المواد الدراسية الآساسية وشرح أهم المواد