Ústav chemického a environmentálneho inžinierstva
Fakulta chemickej a potravinárskej technológie
Ústav
 
Skip Navigation Links
O ústave
Novinky
História
Telefónny zoznam
Výročné správy
Konferencie a semináre

Novinky

23.10.2008 O chemickom inžinierstve - Prof.Ing. Elemír Kossaczký, CSc
 

 

O chemickom inžinierstve
 
 
Prof.Ing. Elemír Kossaczký, CSc., STU Fakulta chemickej a potravinárskej technológie
 
 
Chemické inžinierstvo je inžinierska profesia orientovaná na technológiu priemyselnej výroby produktov v chemických a potravinárskych závodoch a v im príbuzných odvetviach priemyslu. Aktivity vlastné tejto profesii súvisia s vývojom a aplikáciou procesov, ktorými sa dosahuje zmena zloženia, termodynamického stavu a energetického obsahu spracúvaných materiálov.
Z pohľadu  chemického inžinierstva výroba produktu z vhodnej a dostupnej suroviny, bez ohľadu na druh produktu, kapacitu jeho produkcie a s ňou súvisiace dimenzie výrobných zariadení, sa realizuje v systéme, ktorý akokoľvek zložitý možno rozložiť na koordinovaný sled fyzikálnych a chemických jednotkových operácií (napr. miešanie a zmiešavanie, filtrácia, odparovanie, destilácia, extrakcia, sušenie, kryštalizácia, chemická premena a pod.) a tieto sú uzlami zložitého systému. Fyzikálnymi operáciami sa upravujú suroviny pred vstupom do reaktora, a ak treba, nimi sa upravujú aj produkty chemických premien odvádzané z reaktora. Uzly prietokového systému s nepretržitou výrobou sú navzájom prepojené vnútornými materiálovými prúdmi. Systém komunikuje so svojim okolím prostredníctvom vonkajších materiálových prúdov a výmenou energie nemateriálnym mechanizmom, akým je práca a teplo. Doprava materiálov v prúdoch bežne spojená s prácou strojov (čerpadlo, turbína, kompresor, výveva, ventilátor), je taktiež jednou z jednotkových operácií. Rovnako aj výmena tepla, manifestujúca sa rôznymi javmi (ohrievanie, chladenie, var, kondenzácia, expanzia a kontrakcia, straty tepla sálaním) patrí tiež do galérie jednotkových operácií.
Napriek bohatej pestrosti produktov priemyselnej chémie (je ich asi 30 000) a napriek početnosti rozmanitých výrobných postupov, počet jednotkových operácií nie je veľký (je ich asi tucet) a naviac, vždy len niektoré z nich sú uzlami konkrétneho výrobného systému. Význam citovaného pohľadu zovšeobecňujúceho množinu výrobných postupov spočíva v tom, že deje vlastné tej-ktorej jednotkovej operácii možno študovať izolovane, nehľadiac na to, či táto operácia je uzlom konkrétneho výrobného systému.
            Koncept jednotkových operácií umožnil sformulovať autonómnu vednú disciplínu chemickej technológie, nazývanú Chemické inžinierstvo, ktorá je profilujúcim predmetom akademickej prípravy profesionálov v tomto vednom odbore techniky. V rámci postgraduálneho a doktorandského štúdia sa táto disciplína donedávna viedla pod názvom Teória chemickej techniky.
            Obsahom a úlohou Chemického inžinierstva, ako vednej disciplíny, je identifikácia prírodovedných princípov jednotkových operácií, t.j. kvalitatívna identifikácia dejov a javov vlastných tej-ktorej jednotkovej operácii. V nadväznosti na túto prvotnú úlohu nasleduje ďalšia, tvoriaca vlastnú podstatu obsahu chemického inžinierstva: Prostredníctvom matematiky, využitím vzťahov odvodených z fyzikálnych a chemických zákonitostí a využitím poznatkov z vlastného chemicko-inžinierskeho výskumu, kvantitatívna interpretácia priebehu dejov v priestore, a ak sú neustálené, i v čase, v závislosti od hodnôt fyzikálnych parametrov a geometrických dimenzií kľúčových konštrukčných detailov zariadení, v ktorých tieto deje prebiehajú.
Fyzikálne i chemické deje sa riadia zákonom zachovania hmotnosti a energie. Na tomto princípe sú formulované bilančné rovnice týchto veličín. Chemické premeny sa naviac riadia zákonom stálych zlučovacích pomerov, na ktorom sa zakladajú stechiometrické rovnice chemických reakcií. Deje charakteristické pre fyzikálne jednotkové operácie patria do kategórie prenosových javov, ktoré sú trojakého druhu, a to:
1.                  Transfer hybnosti - mechanika toku tekutín, transport plynov a kvapalín v potrubiach.
2.                  Transfer hmotnosti - difúzia látok (t.j. chemických indivíduí, ktorými sú zlúčeniny chemických prvkov) a tieto sú zložkami zmesí rôzneho skupenského stavu.
3.                  Transfer energie - práca a teplo ako formy energie v pohybe, transformácia rôznych foriem energie.
Tieto fyzikálne fenomény majú vplyv aj na priebeh, rozsah a selektivitu chemických premien. Zohľadnieva sa to  už pri laboratórnom experimentovaní, bezpodmienečne sa to však musí brať do úvahy pri projektovaní a realizácii chemických premien v priemyselných reaktoroch.
Už tu uvedený rámcový prehľad zákonitostí a závislostí naznačuje, že chemické inžinierstvo je aplikovaná prírodovedná disciplína, ťažiaca vo výraznejšej miere z fyziky než z chémie. Názov disciplíny nie je v rozpore s týmto konštatovaním, lebo Chemické inžinierstvo je teoretickou bázou všetkých druhov chemických technológií. Disciplína vznikla na pôde technologických vysokých škôl (Massachusetts Institute of Technology (MIT) USA).
Potreba chemického inžinierstva ako profesie sa v odborných kruhoch priemyslu začala pociťovať už koncom 19. storočia, avšak ako vedná disciplína sa do programov výučby na technických vysokých školách dostala až po I. svetovej vojne a v priebehu prvej polovice 20. storočia sa obsah tohto predmetu rozvíjal, až dosiahol stav dnešnej dospelosti. V tomto období chemické inžinierstvo prispelo k nebývalému rozvoju chemického priemyslu v priemyselne vyspelých štátoch, najmä v USA a Veľkej Británii a po II. svetovej vojne i v Japonsku, ktoré sa stáva významným konkurentom USA v oblasti priemyselnej chémie.
Výskum v chemickom inžinierstve pôvodne, prevažne empirický, sa aj zásluhou dostupnosti strojovej výpočtovej techniky sofistikoval a stratil fenomenologický charakter. Počítač umožnil matematické modelovanie a matematickú simuláciu priebehu procesov, čím sa výrazne urýchlil a zhospodárnil výskum a vývoj technologických procesov, tradične trojstupňový (laboratórium, poloprevádzka, pilotna výrobná prevádzka).
V druhej polovici 20. storočia v snahe dosiahnuť plynulosť a bezporuchovosť výroby, ako aj zvyšovať jej hospodárnosť znížením materiálových a energetických strát a v snahe zvyšovať intenzitu procesov, sa v rámci chemického inžinierstva formuje oblasť metavednej disciplíny, nazývanej Systémové inžinierstvo technologických procesov. Jej súčasťami je dynamika, automatická regulácia a ekonomická optimalizácia procesov.
            Chemický inžinier, profesionál v tejto vednej disciplíne, ako projektant navrhuje štruktúru výrobného systému ako celku a určuje prevádzkové podmienky v jednotkových operáciách, ktoré sú uzlami tohto systému. V rámci tejto činnosti musí rešpektovať hospodárnosť výroby, jej bezpečnosť, ochranu životného prostredia a iné spoločenské požiadavky. Chemický inžinier, ako prevádzkar riadi výrobu tak, aby bola plynulá, bezporuchová, bezpečná a bez materiálových a energetických strát. Pri týchto činnostiach chemický inžinier využíva poznatky z matematiky, fyziky, chémie, fyzikálnej chémie, biochémie a ekonomiky.
            Chemické inžinierstvo treba teda chápať v dualite tohto pojmu. Je to jeden zo štyroch technických odborov, ktorými sú: stavebne inžinierstvo, strojné inžinierstvo, elektro inžinierstvo a chemické inžinierstvo, historicky najmladšia z týchto inžinierskych profesií. Súčasne Chemické inžinierstvo je prírodovedná disciplína, ktorá je zdrojom tvorivej invencie pri riešení úloh a problémov priemyselnej chémie.
 


English