Engenheiro químico

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Os engenheiros químicos projetam, constroem e operam plantas de processo ( colunas de fracionamento na foto).

A engenharia química é um certo tipo de engenharia que trata do estudo da operação e do projeto de fábricas de produtos químicos, bem como de métodos de melhoria da produção. Engenheiros químicos desenvolvem processos comerciais econômicos para converter matéria-prima em produtos úteis. A engenharia química usa princípios de química , física , matemática , biologia e economia para usar, produzir, projetar, transportar e transformar energia e materiais de maneira eficiente. O trabalho dos engenheiros químicos pode ir desde a utilização de nanotecnologia e nanomateriais.no laboratório, para processos industriais em grande escala que convertem produtos químicos, matérias-primas, células vivas, microrganismos e energia em formas e produtos úteis. Os engenheiros químicos estão envolvidos em muitos aspectos do projeto e operação da planta, incluindo avaliações de segurança e risco, projeto e análise de processos , modelagem , engenharia de controle , engenharia de reação química , engenharia nuclear , engenharia biológica , especificações de construção e instruções de operação.

Os engenheiros químicos normalmente são graduados em Engenharia Química ou Engenharia de Processos. Engenheiros em exercício podem ter certificação profissional e ser membros credenciados de um corpo profissional. Esses órgãos incluem a Instituição de Engenheiros Químicos (IChemE) ou o Instituto Americano de Engenheiros Químicos (AIChE). Um diploma em engenharia química está diretamente ligado a todas as outras disciplinas da engenharia, em vários graus.

Etimologia

Um artigo de 1996 cita James F. Donnelly por mencionar uma referência de 1839 à engenharia química em relação à produção de ácido sulfúrico . [1] No mesmo artigo, entretanto, George E. Davis , um consultor inglês, foi creditado por ter cunhado o termo. [2] Davis também tentou fundar uma Sociedade de Engenharia Química, mas em vez disso foi chamada de Sociedade da Indústria Química (1881), com Davis como seu primeiro secretário. [3] [4] The History of Science in United States: An Encyclopedia coloca o uso do termo por volta de 1890. [5]"Engenharia química", que descreve o uso de equipamentos mecânicos na indústria química, tornou-se um vocabulário comum na Inglaterra depois de 1850. [6] Em 1910, a profissão "engenheiro químico" já era de uso comum na Grã-Bretanha e nos Estados Unidos. [7]

História

Novos conceitos e inovações

Modelo de demonstração de uma célula a combustível de metanol direto . A pilha de células de combustível real é a forma de cubo em camadas no centro da imagem.

Na década de 1940, ficou claro que as operações unitárias por si só eram insuficientes para o desenvolvimento de reatores químicos . Enquanto a predominância de operações unitárias em cursos de engenharia química na Grã-Bretanha e nos Estados Unidos continuou até a década de 1960, os fenômenos de transporte começaram a ter um foco maior. [8] Junto com outros conceitos novos, como engenharia de sistemas de processo (PSE), um "segundo paradigma" foi definido. [9] [10] O fenômeno de transporte deu uma abordagem analítica à engenharia química [11], enquanto o PSE se concentrou em seus elementos sintéticos, como sistema de controle e projeto de processo . [12]Os desenvolvimentos na engenharia química antes e depois da Segunda Guerra Mundial foram estimulados principalmente pela indústria petroquímica ; [13] no entanto, avanços em outros campos também foram feitos. Avanços na engenharia bioquímica na década de 1940, por exemplo, encontraram aplicação na indústria farmacêutica e permitiram a produção em massa de vários antibióticos , incluindo penicilina e estreptomicina . [14] Enquanto isso, o progresso na ciência dos polímeros na década de 1950 abriu caminho para a "era dos plásticos". [15]

Desenvolvimentos de segurança e perigo

Preocupações com relação à segurança e ao impacto ambiental das instalações de fabricação de produtos químicos em grande escala também foram levantadas durante este período. Silent Spring , publicado em 1962, alertou seus leitores sobre os efeitos nocivos do DDT , um potente inseticida . [ carece de fontes? ] O desastre de Flixborough em 1974 no Reino Unido resultou em 28 mortes, bem como danos a uma fábrica de produtos químicos e três vilas próximas. [ carece de fontes? ] O desastre de Bhopal em 1984 na Índia resultou em quase 4.000 mortes. [ carece de fontes? ] Esses incidentes, junto comoutros incidentes afetaram a reputação do comércio, visto que a segurança industrial e a proteção ambiental receberam mais atenção. [16] Em resposta, o IChemE exigiu que a segurança fizesse parte de todos os cursos de graduação que credenciou após 1982. Na década de 1970, agências de legislação e monitoramento foram instituídas em vários países, como França, Alemanha e Estados Unidos. [17]

Progressos recentes

Os avanços na ciência da computação encontraram aplicativos para projetar e gerenciar plantas, simplificando cálculos e desenhos que antes precisavam ser feitos manualmente. A conclusão do Projeto Genoma Humano também é vista como um grande desenvolvimento, não apenas o avanço da engenharia química, mas também a engenharia genética e a genômica . [18] Princípios de engenharia química foram usados ​​para produzir sequências de DNA em grandes quantidades. [19]

Conceitos

A engenharia química envolve a aplicação de vários princípios. Os principais conceitos são apresentados a seguir.

Projeto da planta e construção

O projeto de engenharia química diz respeito à criação de planos, especificações e análises econômicas para plantas piloto , novas plantas ou modificações na planta. Os engenheiros de projeto costumam trabalhar em uma função de consultoria, projetando plantas para atender às necessidades dos clientes. O design é limitado por vários fatores, incluindo financiamento, regulamentações governamentais e padrões de segurança. Essas restrições ditam a escolha de processo, materiais e equipamentos de uma fábrica. [20]

A construção da planta é coordenada por engenheiros e gerentes de projeto, [21] dependendo do tamanho do investimento. Um engenheiro químico pode fazer o trabalho de engenheiro de projeto em tempo integral ou parte do tempo, o que requer treinamento adicional e habilidades de trabalho ou atuar como um consultor para o grupo de projeto. Nos EUA, a educação de graduados em engenharia química nos programas de Bacharelado credenciados pela ABET geralmente não enfatiza a educação em engenharia de projetos, que pode ser obtida por meio de treinamento especializado, como disciplinas eletivas ou em programas de pós-graduação . Os empregos de engenharia de projeto são alguns dos maiores empregadores de engenheiros químicos. [22]

Desenho de processos e análise

Uma operação unitária é uma etapa física em um processo individual de engenharia química. As operações da unidade (como cristalização , filtração , secagem e evaporação ) são usadas para preparar reagentes, purificar e separar seus produtos, reciclar reagentes não gastos e controlar a transferência de energia em reatores. [23] Por outro lado, um processo de unidade é o equivalente químico de uma operação de unidade. Junto com as operações unitárias, os processos unitários constituem uma operação de processo. Processos unitários (como nitração , hidrogenação, [24] hidrocraqueamento [25] e oxidação [26] [27]) envolvem a conversão de materiais por meios bioquímicos , termoquímicos e outros. Os engenheiros químicos responsáveis ​​por eles são chamados de engenheiros de processo . [28]

O projeto do processo requer a definição dos tipos e tamanhos de equipamentos, bem como a forma como estão conectados e os materiais de construção. Os detalhes são geralmente impressos em um diagrama de fluxo de processo, que é usado para controlar a capacidade e a confiabilidade de uma fábrica de produtos químicos nova ou existente.

A educação para engenheiros químicos no primeiro grau universitário 3 ou 4 anos de estudo enfatiza os princípios e práticas do projeto de processos. As mesmas habilidades são usadas em fábricas de produtos químicos existentes para avaliar a eficiência e fazer recomendações de melhorias.

Fenômenos de transporte

A modelagem e a análise dos fenômenos de transporte são essenciais para muitas aplicações industriais. Os fenômenos de transporte envolvem a dinâmica dos fluidos , transferência de calor e transferência de massa , que são governados principalmente pela transferência de momento , transferência de energia e transporte de espécies químicas , respectivamente. Os modelos freqüentemente envolvem considerações separadas para fenômenos macroscópicos , microscópicos e moleculares . A modelagem de fenômenos de transporte, portanto, requer uma compreensão da matemática aplicada. [29]

Aplicações e prática

Duas telas planas de computador mostrando um aplicativo de gerenciamento de processo da planta
Engenheiros químicos usam computadores para controlar sistemas automatizados em fábricas. [30]
Colonne distillazione.jpg

Os engenheiros químicos "desenvolvem formas econômicas de usar materiais e energia". [31] Os engenheiros químicos usam a química e a engenharia para transformar matérias-primas em produtos utilizáveis, como medicamentos, produtos petroquímicos e plásticos em um ambiente industrial de grande escala. Eles também estão envolvidos na gestão e pesquisa de resíduos . [32] [33] Ambas as facetas aplicada e de pesquisa podem fazer uso extensivo de computadores. [30]

Os engenheiros químicos podem estar envolvidos na indústria ou na pesquisa universitária, onde têm a tarefa de projetar e realizar experimentos para criar métodos melhores e mais seguros de produção, controle de poluição e conservação de recursos. Eles podem estar envolvidos no projeto e construção de plantas como engenheiros de projeto . Engenheiros químicos atuando como engenheiros de projeto usam seu conhecimento na seleção de métodos de produção e equipamentos de planta ideais para minimizar custos e maximizar a segurança e a lucratividade. Após a construção da planta, os gerentes de projeto de engenharia química podem se envolver em atualizações de equipamentos, solução de problemas e operações diárias em funções em tempo integral ou de consultoria. [34]

Veja também

Tópicos relacionados

Campos e conceitos relacionados

Associações

Referências

  1. ^ Cohen 1996 , p. 172
  2. ^ Cohen 1996 , p. 174
  3. ^ Swindin, N. (1953). "Conferência em memória de George E. Davis". Transações da Instituição de Engenheiros Químicos . 31 .
  4. ^ Flavell-While, Claudia (2012). "Engenheiros Químicos que Mudaram o Mundo: Conheça o Papai" (PDF) . O Engenheiro Químico . 52-54. Arquivado do original (PDF) em 28 de outubro de 2016 . Retirado em 27 de outubro de 2016 .
  5. ^ Reynolds 2001 , p. 176
  6. ^ Cohen 1996 , p. 186.
  7. ^ Perkins 2003 , p. 20
  8. ^ Cohen 1996 , p. 185
  9. ^ Ogawa 2007 , p. 2
  10. ^ Perkins 2003 , p. 29
  11. ^ Perkins 2003 , p. 30
  12. ^ Perkins 2003 , p. 31
  13. ^ Reynolds 2001 , p. 177
  14. ^ Perkins 2003 , pp. 32–33.
  15. ^ Kim 2002 , p. 7S.
  16. ^ Kim 2002 , p. 8S.
  17. ^ Perkins 2003 , p. 35
  18. ^ Kim 2002 , p. 9S.
  19. ^ Instituto Americano de Engenheiros Químicos 2003a .
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  21. ^ Herbst, Andrew; Hans Verwijs (19 a 22 de outubro). "Engenharia de Projetos: Coordenação Interdisciplinar e Controle de Qualidade Geral da Engenharia". Proc. da conferência anual IAC da American Society for Engineering Management 1 ( ISBN 9781618393616 ): 15–21 
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Bibliografia