INŻYIERIA CHEMICZNA Historia, rozwój, znaczenie, przyszłość

Katedra Inżynierii Chemicznej i Procesowej
Wydział Inżynierii i Technologii Chemicznej
POLITECHNIKA KRAKOWSKA
INŻYIERIA CHEMICZNA
Historia, rozwój, znaczenie, przyszłość
Poczytaj, jeśli chcesz świadomie wybrać swoją przyszłość na
naszym Wydziale, a potem – swój zawód
Na początek – trochę historii
Obecnie w szkołach średnich o profilu ogólnokształcącym niewiele mówi się o współczesnych, rozwijających się dyscyplinach naukowych. Czy
wiesz coś o inżynierii chemicznej, dyscyplinie, bez której nie może istnieć żaden przemysł przetwórczy? Bez której nie byłoby współczesnej
cywilizacji. Jeśli nie, to poczytaj.
Choć przemysł chemiczny jest znacznie starszy, niż wiele innych, inżynieria chemiczna nie istniała, jako oddzielna dyscyplina, aż do
dwudziestego wieku. Aby to wyjaśnić, musimy się przenieść do wieku dziewiętnastego. W Niemczech sporą tradycję miał już przemysł
związków organicznych. Od połowy osiemnastego wieku intensywnie rozwijano tam m.in. produkcję barwników. Dodajmy – metodą okresową.
Dawno, bo w 1811 roku Flesnel otrzymał NaHCO3 wg reakcji leżącej u podstaw amoniakalnej metody produkcji sody. Okazało się jednak, że
znajomość samej reakcji chemicznej nie wystarczyła do opracowania procesu technologicznego, który składa się z szeregu operacji
termodynamicznych, kinetycznych, hydrodynamicznych, cieplnych itp.
Droga od laboratorium Flesnela do skali przemysłowej była wielką szkołą pokory dla chemików. Dopiero w 1865 roku Solvayowi udało się
uruchomić w Belgii fabrykę do produkcji sody według koncepcji chemicznej Flesnela. Instalacja, którą stworzył była świetnym przykładem
zastosowania zaawansowanych - jak na tamte czasy - idei inżynierii chemicznej. Przeważyły względy procesowe nad czystym chemizmem;
mówi się bowiem o metodzie Solvaya, a nie Flesnela. Czy wiesz, że fabryka Solvaya była również zbudowana w Krakowie, w Łagiewnikach?
Pracował tam nasz wielki papież św. Jan Paweł II, o czym sam wspominał. Studenci naszego Wydziału mieli tam praktyki.
Wydawać by się mogło, że to właśnie Europa powinna być kolebką inżynierii chemicznej - nowej dyscypliny nauk technicznych. Tak się jednak
nie stało. Dlaczego?
Europa straciła szansę
Ludzie kształtujący ówczesny niemiecki przemył chemiczny byli głównie praktykami, nie zainteresowanymi w ilościowej analizie istoty
procesów leżących u podstaw stosowanych technologii. Niemiecka tradycja przemysłowa stawiająca na produkcję drobnych chemikaliów
organicznych, praktycznie aż do I wojny światowej nie stworzyła bodźca do rozwoju inżynierii chemicznej. Można powiedzieć: Europa straciła
szansę.
Trend masowej produkcji przemysłowej zaczął zapowiadać nadejście nowego spojrzenia na procesy technologiczne. Inicjatywę przejęły Stany
Zjednoczone. To tam, a nie w Europie postawiono na przemysłowe zastosowanie idei, które potem na długo stały się obowiązkowymi
kanonami inżynierii chemicznej. Koncepcja trafiła na podatny grunt. Metody i pojęcia rodzącej się nowej dyscypliny zaczęły się rozwijać razem
z amerykańskim przemysłem. Uruchomiono potężne rządowe programy badawcze, m.in. w Columbia University, Massachusetts Institute of
Technology, University of Michigan, potem University of Houston, gdzie obecnie jest wielki ośrodek inżynierii chemicznej.
W roku 1908 powstał American Institute of Chemical Engineers (AIChE). Pierwsi studenci inżynierii chemicznej słuchali autorskich wykładów
Nortona, Thorpa, Wittakera i Whita. Nie znasz tych ludzi? Należeli do twórców inżynierii chemicznej.
Pierwszy poziom rozwoju inżynierii chemicznej
Z upływem czasu rosła potrzeba unifikacji pojęć i programów badawczych. Na zjeździe AIChE w 1922 roku zaaprobowano pojęcie operacji
jednostkowej. Idea nasuwała się sama. Każdy, dowolnie skomplikowany proces technologiczny, przebiegający w dowolnej skali, da się
rozłożyć na pewne składowe, takie jak: przepływy płynów, filtracja, odparowanie, destylacja, absorpcja, ekstrakcja, suszenie, krystalizacja
oraz liczne procesy chemiczne z towarzyszącymi im zjawiskami ruchu masy i ciepła. Każdy ciąg technologiczny jest zatem zbudowany z
operacji jednostkowych, jak z klocków Lego. Idea ta była potem rozwijana przez dziesięciolecia, z pożytkiem dla inżynierii chemicznej i jej
użytkowników.
Pojęcie operacji jednostkowej było pierwszym owocem unifikacji metod badawczych inżynierii chemicznej. Było też jej pierwszym poziomem.
Katedra Inżynierii Chemicznej i Procesowej
Wydział Inżynierii i Technologii Chemicznej
POLITECHNIKA KRAKOWSKA
INŻYIERIA CHEMICZNA
Historia, rozwój, znaczenie, przyszłość
Drugi poziom inżynierii chemicznej
Z chwilą lepszego poznania operacji jednostkowych okazało się, że nie stanowią one wyodrębnionych jednostek. Innymi słowy, nie są
„klockami elementarnymi”. Operacje jednostkowe zaczęto traktować jako szczególne przypadki lub kombinacje przenoszenia pędu,
przenoszenia ciepła lub dyfuzyjno-kinetycznego ruchu masy. Przykładowo: destylacja jest połączeniem ruchu masy i ciepła, a filtracja –
specjalnym przypadkiem przepływu. Z kolei proces w reaktorze chemicznym łączy w sobie elementy przepływu płynu, ruchu masy i transportu
ciepła.
Było to myślenie twórcze i brzemienne w skutkach.
Mniej więcej od roku 1950 (wtedy powstało światowe czasopismo Chemical Engineering Science) obserwuje się stopniowe odchodzenie od
koncepcji operacji jednostkowych na korzyść idei zjawisk przenoszenia. W miejsce ujęć empirycznych – dominujących w „epoce operacji
jednostkowych” zaczęto wprowadzać opisy ilościowe oparte na prawach zachowania i na znajomości mechanizmów rządzących procesami.
„Klockami elementarnymi” okazały się zjawiska leżące u podstaw wszelkich procesów fizycznych i chemicznych.
Czy istnieje poziom trzeci?
Takie podstawowe podejście do zjawisk przenoszenia, termodynamiki i procesów chemicznych oznacza, iż wagi nabrała ich analiza
matematyczna. To z kolei stworzyło ogromne możliwości przewidywania właściwości technologicznych i ekonomicznych dowolnie
zaprojektowanych procesów lub ich ciągów poprzez symulacje komputerowe. Pojawiły się nowe narzędzia badań doświadczalnych i
symulacyjnych, jak np. CFD i inne symulatory komputerowe.
Konsekwencje tej unifikacji są dziś wyraźnie widoczne w intensywnie poszerzającym się obszarze zainteresowań inżynierii chemicznej.
Dziś nikt nie kwestionuje jej obecności we wszelkich technologiach chemicznych, w biotechnologii, zagadnieniach ochrony środowiska,
produkcji leków, żywności, paliw, dopalaczy samochodowych, elektronicznych obwodów scalonych, czy sztucznej nerki.
A co będzie za kilkanaście lat?
To zależy od Twojej inwencji
Naszą satysfakcją jest, że obecnie inżynierowie innych specjalności sięgają po metody współczesnej inżynierii chemicznej.
Takim stała się uniwersalnym narzędziem.
A co z pracą?
O to zwykle pytają młodzi ludzie podejmujący studia na Wydziale Inżynierii i Technologii Chemicznej Politechniki Krakowskiej
Dzisiejszy rynek pracy nie jest łatwy. Dlatego studiowanie wąskich specjalności odchodzi w przeszłość. Ze względu na swoją uniwersalność
Inżynieria chemiczna daje ogromne szanse na znalezienie interesującej, dobrej pracy. Wiedza z zakresu inżynierii chemicznej umożliwia
dostosowanie się do zmieniających się oczekiwać pracodawców. Okazuje się, że już studenci ostatnich lat studiów inżynierii chemicznej
znajdują zatrudnienie i przychodzą z własnymi tematami prac magisterskich. Jest to spowodowane również tym, że w całej Małopolsce
kierunek Inżynieria chemiczna jest prowadzony tylko na Wydziale Inżynierii i Technologii Chemicznej Politechniki Krakowskiej. Co więcej, na
drugim stopniu studiów można studiować po polsku lub po angielsku. Prowadzimy kierunek Inżynierii chemicznej wspólnie z ośrodkami
zagranicznymi. Przyjeżdżają do nas studenci z różnych stron świata.
Inżynieria chemiczna daje możliwości uzyskania stopnia doktora w ramach studiów doktoranckich.
Opracował: prof. dr hab. inż. Bolesław Tabiś
Kierownik Katedry Inżynierii Chemicznej i Procesowej