مهندسی شیمی چیست؟
مهندسی شیمی شاخهای از مهندسی است که با تولید مواد شیمیایی و ساخت محصولات از طریق فرایندهای شیمیایی سروکار دارد. مسیر تولید و ساخت محصول با طراحی تجهیزات آغاز شده و سپس با طراحی سیستمها و فرآیندهای تصفیه مواد اولیه و مخلوط کردن، ترکیب و فرآوری مواد شیمیایی برای تولید محصولات با ارزش است، ادامه مییابد.
مهندسی شیمی بسیار به رشته مهندسی مکانیک شبیه است و به نوعی جدا شده از رشته مهندسی مکانیک است. و از همینرو اکثر دروس گذرانده شده در مقطع کارشناسی، با گرایش سیالات رشته مکانیک مشابهت دارند البته برخی از دروس تخصصی این رشته با مهندسی مکانیک متفاوت است.
رشته مهندسی شیمی ترکیبی از مفاهیم مرتبط با شیمی با مفاهیم مهندسی و اقتصاد برای حل مشکلات فناوری است. مهارتهای حیاتی مورد نیاز در مهندسی شیمی، درک عمیق شیمی، مهندسی مکانیک و دینامیک سیالات و پدیدههای انتقال که شامل انتقال مومنتوم، جرم و حرارت است، میباشد. در برخی از دورههای مهندسی شیمی دروس مرتبط با سازه مانند استاتیک هم ارائه میشود تا مهندسین شیمی درک مناسبی از سازهها داشته باشند و در طراحی فرآیند نکات مرتبط با آن را هم در نظر بگیرند.
تاریخچهی مهندسی شیمی
جورج و دیویس، مهندس انگلیسی، بنیانگذار رشته مهندسی شیمی در اواخر قرن نوزدهم شناخته شده است. او اولین کتاب خود را با مروری كاملاً واقعی در مورد این رشته را در دو جلد با عنوان "هندبوك مهندسی شیمی" (برادران دیویس، 1901 ؛ تجدیدنظر شده در 1904)، براساس 12 سخنرانی كه در دانشكده فناوری منچستر انجام داد، منتشر كرد. جالب اینجاست که او در طول زندگی خود هرگز دوره دیگری را تدریس نکرد و تصمیم گرفت حرفه خود را به مشاوره اختصاص دهد. با این حال، کتاب راهنمای وی به عنوان متن اساسی برای مطالعات مهندسی شیمی برای دهه های بسیار سودمند عمل کرده است.
مهندسی شیمی تماماً حول تغییر مواد اولیه به محصولات مفید مانند لباس، غذا و نوشیدنی و انرژی میگردد. مهندسان شیمی بر روی فرآیندها و محصولات تمرکز می کنند. آنها فرایندها را برای ایجاد محصولات توسعه و طراحی میکنند؛ یا تمرکز بر بهبود فرآیندهای موجود یا ایجاد فرآیندهای جدید. این بدان معنی است که آنها همچنین به فکر مدیریت منابع، حفاظت از محیط زیست و بهداشت و ایمنی هستند. مهندسین شیمیایی گاهی اوقات "مهندس جهانی" نامیده میشوند، زیرا این یک رشته گسترده است. "آنها اساساً در فکر تبدیل یک چیز به چیز دیگر هستند"
مهندسان شیمی چه کاری انجام میدهند؟
طبق اداره آمار کار ایالات متحدهی آمریکا (BLS)، مهندسان شیمی اصول شیمی، زیست شناسی، فیزیک و ریاضیات را برای حل مشکلاتی که شامل تولید یا استفاده از مواد شیمیایی، سوخت، دارو، غذا و بسیاری از محصولات دیگر است، به کار میبرند.
طبق BLS مهندسان شیمی در زمینههای مختلفی کار میکنند. به عنوان مثال، آنها ممکن است در یک پالایشگاه نفت کار کنند تا نفت خام را به بنزین، سوخت جت، سوخت دیزل، روغن روان کننده، حلالها و پتروشیمی تبدیل کنند. مهندسین شیمی میتوانند در یک کارخانه تولید کود برای تولید نیترات آمونیوم یا در یک تولید کننده محصولات مراقبت شخصی برای مخلوط کردن دهها ماده برای تولید شامپو یا لوسیون پوست کار کنند. در واقع هر جایی که صحبت از تولید محصولی باشد، مهندسین شیمی هم حتما حضور دارند. همین مورد موجب گسترش و تنوع بازار کار مهندسی شیمی شده است.
برخی از پروژههای به روز که مهندسین شیمی در آن مشغول به کار هستند:
- نورما آلکانتار، دانشیار گروه مهندسی شیمی و زیست پزشکی در دانشگاه فلوریدا جنوبی، در حال بررسی خواص گلابی خاردار به امید توسعه روشهایی برای جوامع روستایی و توسعه نیافته برای تصفیه آب آشامیدنی است.
- جونگ من کیم، مهندس شیمی در دانشگاه هانیانگ کره جنوب ، روش جدید انگشت نگاری را با استفاده از منافذ عرق ایجاد کرده است که ممکن است سریعتر و قابل اعتمادتر از روشهای سنتی باشد.
- مایک سلیمان، مهندس شیمی در دانشگاه میشیگان در آن آرب ، تیمی را هدایت میکند که در حال توسعه روشی برای کنترل بلورها با استفاده از نور و شیمی است که می تواند باعث تغییر رنگ لباس یا اتومبیل در صورت نیاز شود.
نرم افزارهای مورد نیاز برای مهندسی شیمی
نرم افزارهای شبیه سازی و مدلسازی:
معروفترین نرم افزارها در این حوزه دو نرم افزار هایسیس و اسپن وان است که برای شبیه سازی فرآیندهای شیمیایی استفاده میشود. نرم افزارهایی که برای شبیه سازی حالت دینامیک وجود دارند از تنوع بالایی برخودار است اما مهمترین آن نرم افزار انسیس فلوئنت است. برای مدلسازی و شبیه سازی پدیده های انتقال از نرم افزاز کامسول استفاده میشود. آموزش تمامی نرم افزارها در سایت مکتبخونه برای علاقمندان ارائه شده است.
نرم افزارهای کنترل و ایمنی:
یکی از حوزههای مهندسین شیمی کنترل فرآیند و بررسی و حفظ ایمنی فرآیند است. دو نرم افزار معروف در این حوزه نرم افزار ایمنی PSM و نرم افزار PHAST هستند. البته برای پیش بینی سیستم برای کنترل آن میتوان از بخش سیمولینک نرم افزار متلب نیز استفاده کرد.
· نرم افزارهای عمومی:
این نرم افزارها شامل نرم افزارهایی است که تقریبا تمام مهندسین در تمامی رشتهها با آن سروکار دارند. نرم افزارهایی مثل Office، متلب و ... .
بسیاری از افراد تصور نادرستی از مهندسی شیمی دارند و فکر میکنند با ورود به این رشته دورههای مرتبط با علوم شیمی را میگذرانند در صورتی که تنها تعداد محدودی از واحدهای درسی این رشته به شیمی مرتبط است و بخش اعظم آن با ریاضیات و پدیدههای انتقال و استفاده از نرم افزارهای مربوطه، مرتبط است.
مشاغل مرتبط با مهندسی شیمی
مشاغل مهندسی شیمی به دو گروه اصلی تقسیم میشوند: کاربردهای صنعتی و تولید محصولات جدید. مهندسان شیمی ممکن است وقت خود را در کارخانههای صنعتی، پالایشگاهها و مکانهایی از این دست بگذرانند؛ جایی که آنها عملیات را نظارت یا هدایت میکنند یا مشکلات موجود در محل را حل میکنند.
صنایع تولیدی که از مهندسان شیمی استفاده میکنند شامل تصفیه نفت، پلاستیک، رنگ، باتری، مواد شیمیایی کشاورزی (کودها، کنترل آفات و کنترل علف های هرز)، مواد منفجره، منسوجات، فرآوری مواد غذایی، محصولات مصرفی (نظافت، مراقبت شخصی و بهداشتی، مراقبت از چمن) و داروسازی نیز هست. این نقشها شامل توسعه فرآیندهای موجود و ایجاد روشهای جدید و بهینه برای فرآیند تولید محصولات است. همچنین بخشها و مشاغل دیگری نیز وجود دارد که از مهارتهای توسعه یافته و تخصصیتر در مهندسی شیمی، از جمله تضمین کیفیت، ساخت و مشاوره، استفاده میکنند.
بسته به نقش و فعالیتی که مهندس شیمی انجام میدهد، برخی از خطرات مرتبط با کار به عنوان یک مهندس شیمی وجود دارد. زیرا شما میتوانید در معرض خطرات بهداشتی یا ایمنی هنگام استفاده از مواد شیمیایی و کار با تجهیزات واحد عملیاتی باشید. با این حال، در صورت رعایت مراحل ایمنی، میتوان از خطرات جلوگیری کرد.
فرصتهای عالی برای فارغ التحصیلان مهندسی شیمی وجود دارد. چشم انداز برای درآمد بالاتر از میانگین در این حرفه خوب است. کار در صنایع خاص، به عنوان مثال نفت و پیمانکاری به ویژه، حقوق بالایی را به خود جلب می کند.
آینده مهندسی شیمی چیست؟
BLS تخمین می زند که اشتغال مهندسان شیمی از سال 2012 تا 2022 رشد 4 درصدی داشته باشد که از متوسط سایر مشاغل کندتر است. BLS گفت: "تقاضا برای خدمات مهندسان شیمی تا حد زیادی به تقاضای محصولات صنایع مختلف تولیدی بستگی دارد." هنوز باید فرصت های زیادی برای متقاضیان با صلاحیت بالا وجود داشته باشد ، به ویژه کسانی که از آخرین پیشرفت های فناوری آگاه بوده اند.
جیم لوکاس نویسنده و ویراستار مستقل متخصص در فیزیک ، نجوم و مهندسی است. او مدیر کل Lucas Technologies است.
دوران تحصیل مهندسی شیمی
مهندسی شیمی به طرزغیر قابل انکار چالش برانگیز است – این رشته شامل بسیاری از مباحث فیزیک و ریاضیات است و برای گرفتن مدرک کارشناسی دروس متنوعی باید گذرانده شود. با این حال رشته مهندسی شیمی، متنوع و جالب است و در دنیای امروز کاربردهای فراوانی دارد. اگر با شرایط علمی راحت باشید و درس خواندن کار سختی برای شما نباشد و همچنین به این رشته و موضوعات مرتبط با آن علاقه داشته باشید به احتمال بسیار زیاد، حتما موفق خواهید شد.
مقاطع تحصیلی مهندسی شیمی
مهندسی شیمی به طور معمول در ایران سه مقطع دارد. کارشناسی مهندسی شیمی، کارشناسی ارشد مهندسی شیمی و دکتری مهندسی شیمی. دوره تحصیل معمولاً در کارشناسی معمولا 4 سال، در مقطع کارشناسی ارشد 2 تا سال و دکتری حداقل 4 سال به طول میانجامد.
دروس دورهی کارشناسی مهندسی شیمی
در ابتدا واحدهای درسی مرتبط با ریاضی و فیزیک و شیمی را ارائه میشود. سپس مباحث پایهای در مهندسی شیمی مطرح خواهد شد و ریاضیات کابردی و عددی که ابزار کار است آموزش داده میشود. سپس با داشتن فرصتهایی برای کسب تخصص در زمینههای مختلف، درک خود را از مهندسی شیمی توسعه خواهید داد. شما همچنین می توانید کارهای پیشرفتهای را در آزمایشگاه و تجهیزات بزرگ و صنعتی انجام دهید. شما همچنین می توانید در مورد مسائل اخلاقی، زیست محیطی و مالی که بخشی از زمینه گسترده تر مهندسی شیمی است، یاد بگیرید.
برعکس نام این رشته که شامل شیمی است، ریاضیات و فیزیک هر دو موضوع بسیار مهمی برای مهندسی شیمی هستند، زیرا آنها مکمل مطالعات شما هستند و به شما در درک مفاهیم اصلی و پایهای مهندسی شیمی کمک میکنند.
مهمترین دروس دورهی کارشناسی مهندسی شیمی
- موازنه جرم و انرژی
- مکانیک سیالات
- انتقال حرارت
- انتقال جرم
- عملیات واحد
- ترمودینامیک
گرایشهای مهندسی شیمی
پیش از این، رشته مهندسی شیمی در مقطع کارشناسی گرایشهای متفاوتی داشت که دانشجویان هنگام انتخاب رشته یا در میانهی تحصیل گرایش خود را انتخاب میکردند. امروزه در مقطع کارشناسی گرایشی وجود ندارد. گرایشهای مهندسی شیمی از مقطع کارشناسی ارشد شروع میشوند و از تنوع بالایی برخوردارند.
گرایش طراحی فرآیندها:
طراحی، بهینهسازی و گاهاً شبیهسازی بخشی از یک واحد صنعتی
گرایش شبیهسازی:
شبیهسازی طراحی اولیه حاصل از مهندس طراح به منظور بررسی عملکرد یک بخش از واحد یا کل واحد صنعتی به کمک برنامههای شبیهسازی و یا کد نویسی کامپیوتری با زبانهای برنامهنویسی مختلف
گرایش کنترل:
شبیهسازی کامپیوتری و پیادهسازی یک الگوریتم کنترلی و بررسی میزان دقت، سرعت و پایداری الگوریتم در رسیدن به مقدار مقرر و میزان انحراف از آن و یا پیادهسازی عملی یک الگوریتم کنترلی برای یک فرآیند شیمیایی به کمک تجهیزات کنترلی مانند شیر کنترلی، کامپیوتر و سنسور
گرایش کاتالیست و ترموسینتیک:
طراحی و ساخت انواع کاتالیستهای مصرفی صنایع مختلف، اعم از صنایع نفت، گاز و پتروشیمی
گرایش بیوتکنولوژی:
کار روی انواع سیستمهای بیولوژیک و سلولها برای ایجاد تغییرات مطلوب در جهت مبارزه با بیماریها و آفات و همچنین کاربرد در صنایع داروسازی، غذایی و تصفیه آب.
گرایش داروسازی:
طراحی و ساخت سیستمهای واکنشی مورد نیاز کارخانههای داروسازی
گرایش محیط زیست:
بررسی راهکارهای مقابله با انواع آلودگیهای زیستمحیطی و تلاش برای کاهش آنها و برنامههایی برای حفظ محیط زیست
بازار کار رشته مهندسی شیمی
بازار کار رشته مهندسی شیمی به دلیل تنوعی که در صنایع و محصولات وجود دارد، متفاوت و گسترده است. باتوجه به این که صنعت اصلی و مادر در کشور ما صنایع مرتبط به نفت و گاز هستند و معادن زیادی در کشور وجورد دارد، صنایعی همچون نفت و گاز، پالایشگاهها، صنایع پلیمری، صنایع معدنی و آبکاری و خوردگی فرصتهای شغلی بیشتر برای مهندسین شیمی دارند.
صنایع دیگری مانند داروسازی، بیوتکنولوژی و رنگ و رزین هنوز بازار به بلوغ لازم نرسیده و فرصتهای شغلی کمتر هستند.
کارفرینی و راه اندازی کسب و کار ایدهآلترین شغل برای یک مهندس شیمی است که بعد از شناخت کافی و کسب دانش و مهارت لازم، جذب سرمایه و با گردهمآیی همکاران متخصص و متعهد و همچنین درک صحیح از بازار و سیاستهای جامعه، امکانپذیر است.
حقوق مهندس شیمی در خارج از ایران
اکثر مشاغل مهندس شیمی حداقل به مدرک لیسانس مهندسی شیمی احتیاج دارند و بسیاری از کارفرمایان نیز به عنوان مهندس حرفه ای (PE) به گواهینامههایی در سطوح بالاتر احتیاج دارند. برای ارتقا به مدیریت اغلب به مدرک کارشناسی ارشد نیاز است و برای همگام شدن با پیشرفت تکنولوژی، تجهیزات آزمون، سخت افزار و نرم افزار کامپیوتر و همچنین مقررات دولتی، به آموزش و آموزش مداوم نیاز است.
طبق اطلاعاتی که از کشور آمریکا وجود دارد، از ژوئیه 2014 محدوده حقوق مهندس شیمی تازه فارغ التحصیل با مدرک لیسانس 53493 دلار تا 82127 دلار است. محدودهی حقوق دریافتی مهندس سطح متوسط با مدرک کارشناسی ارشد و پنج تا 10 سال تجربه 72،520 تا 113،348 دلار است. و محدودهی حقوق دریافتی مهندس ارشد با مدرک کارشناسی ارشد یا دکترا و بیش از 15 سال سابقه کار 97،687 تا 144،016 دلار است. بسیاری از مهندسان باتجربه با مدرک پیشرفته در سمتهای مدیریتی ارتقا مییابند که میتوانند حتی درآمد بیشتری کسب کنند.