procesteknologi
Process engineering er en uafhængig ingeniørvidenskab og beskæftiger sig med alle processer, hvori stoffer (gasser, væsker eller faste stoffer) ændres med hensyn til sammensætning, type eller egenskaber. Det bruger fysiske , kemiske eller biologiske processer. Inden for produktionsteknik beskæftiger procesteknik sig med fremstilling af stoffer ( råmateriale ) og omdannelse af stoffer med en udefineret form, mens fremstillingsteknologi behandler disse udgangsprodukter til kroppe med en geometrisk defineret form.
Eksempler er formaling eller sigtning af korn, ekstraktion af metaller fra malme , produktion af papir eller adskillelse af de enkelte komponenter i råolie . Råmaterialet i en fremstillingsproces kan i sig selv være produktet af en tidligere forarbejdning, og produktet kan behandles yderligere. Dette netværk er kendt som et produktionsnetværk . Genvindingen, genanvendelsen af værdifulde materialer fra affald , falder også inden for rammerne af procesteknik. Den stigende energiproduktion baseret på vedvarende råvarer ( bioenergi ) kræver brug af procestekniske metoder.
Process engineering er en stærkt tværfaglig videnskab. Relaterede områder omfatter metallurgi , kemiteknik og kemi , apparatteknik (en del af maskinteknik ), bioteknologi og miljøteknik . [1]
Ingeniørvidenskab og stillingsbeskrivelse
Som defineret af Society of Chemical Engineering and Chemical Engineering (GVC) anvender procesteknologien alle processer med den tekniske og økonomiske implementering, hvori stoffer på type, egenskaber og sammensætning ændres. Så det er ingeniørvidenskaben om stofomdannelse. I praksis arbejder procesingeniøren ofte tæt sammen med de videnskabelige discipliner, f.eks. B. arbejder med kemikere som udviklere og konverterer deres fund til mulige tekniske begreber og processer. Især stigning i produktionsskala og energibudget for en proces er ofte afgørende spørgsmål.
Implementeringen af det procesteknisk udviklede og planlagte anlæg, der selv kaldes anlægsbyggeri , er imidlertid også omfattet af procesteknologien. Procesingeniørens hovedopgave er valg og design af udstyr, komponenter og materialer, der skal bruges til konstruktion. Desuden bliver planlægningen af måling og kontrol af den proces, der skal drives, mere og mere omfattende. Viden opnået fra teoretisk og eksperimentelt procesingeniørarbejde er ofte inkorporeret i computerstøttede simuleringer . Disse fungerer derefter som udgangspunkt eller endda som en ledelsesmodel for proceskontrol. På grund af kursets meget tværfaglige design finder kandidaterne en meget bred vifte af praktiske anvendelser. Fra arbejdet som forsker i laboratoriet, som udvikler og programmør af simuleringer eller kontrolsystemer, til arbejdet som beregnings- og projektingeniør, til byggelederen eller operatøren af produktionsanlæg, proces- og kemiingeniører er i hele kemikaliet , energi, fødevarer og medicinalindustrien samt i de tilsvarende anlægsvirksomheder og forskningsinstitutioner.
uddannelse
Processingeniørkurser tilbydes i Tyskland på tekniske universiteter og andre universiteter . De respektive uddannelser adskiller sig detaljeret mellem universiteterne. Afhængig af traditionen eller den respektive institutions tematiske orientering kan uddannelsen være mere orienteret mod teknologi eller kemi (se kemiteknik ). Mens der på nogle universiteter for eksempel forløber procesteknik direkte fra maskinteknik som hovedfag, på andre institutioner er emnet en uafhængig grund- eller bachelorgrad for et senere fokus som f.eks. Bioprocessingeniør eller hoved- eller kandidatgrad i kemiteknik. Til dette formål er der også separate procesingeniørfag eller specialiseringer i uafhængige videnskabelige områder. Dette er for eksempel landbrugsteknologi eller teknologien til husdyrhold inden for landbrugsvidenskab . Specialiseringer inden for proces engineering (energi bygning af anlæg, vedvarende energi ) er også i stigende grad tilbydes i øjeblikket. Maskinteknik og elektroteknik er ofte inkorporeret i emnet. Efter den tekniske udvikling fører dette nogle gange til etablering af nye fag som miljøteknik , bioteknologi eller fødevareteknologi .
Derudover er den tyske og engelske brug af proces- og kemiteknikker forskellige. Process engineering er en ingeniørs procestekniske aktivitet. Studieemnet svarende til den tyske definition af procesteknik er for det meste kemiteknik i engelsktalende lande (også f.eks. På spansk: Ingenieria química ). I Tyskland derimod skelnes der klart mellem procesteknik og kemiteknik inden for videregående uddannelser.
Uddannelsen i procesingeniørkurser i Forbundsrepublikken Tyskland var normalt den akademiske grad for en kandidatingeniør . Som en del af Bologna -processen fandt ændringen eller introduktionen af de nye akademiske grader, bachelor og master, der byggede på hinanden, også sted her.
Arbejdsudstyr og konstruktion af procesteknik
Process engineering har udviklet sig fra sin begyndelse inden for rørledning og kedelkonstruktion til en tværfaglig videnskab. I dag, til design af processerne udover
- natur- og materialevidenskaben til også at beskrive processen og dens materielle virkninger
- de økonomiske, sociale, politiske og juridiske videnskaber for accept, rammer og drift af processen
havde brug for. Desuden bruges alle andre ingeniørvidenskaber til at implementere processen i anlægsbyggeri.
Procesingeniørsystemer producerer mellem få gram og flere millioner tons om året. Der produceres simple kemiske stoffer til komplekse komponenter. For at beskrive overflod af processer, vil de ikke længere fysisk meningsfulde adskillelige enhedsoperationer ( engelske enhedsoperationer), skære med bare en fysisk proces, såsom blanding eller fordampning. Processtrin, der er en rumligt uadskillelig kombination af flere grundlæggende operationer, kaldes normalt også grundlæggende operationer. Klasser af grundlæggende proceduremæssige operationer er for eksempel:
- Ændring i materialegenskaber: makulering , afkøling , tørring , ...
- Ændring af materialesammensætning: filtrering , destillation , ...
- Ændring af stoftype: oxidation , hydrogenering , polymerisering , ...
Disse grundlæggende operationer hænger sammen og resulterer i den samlede proces. En proces designet på denne måde er beregningsbar og gennemførlig, men ikke energi- og pladsoptimeret. Omkostningspresset i branchen og de bedre simulerings- og analysemuligheder samt den bedre fysiske forståelse betyder, at i dag kombineres flere og flere grundlæggende operationer i ét procestrin. For at forstå den overordnede kontekst er det imidlertid fornuftigt at overveje processen i separate fysiske grundlæggende trin.
Process engineering er derfor stadig underopdelt langs de fysiske processer i de grundlæggende operationer i:
- Mekanisk procesteknik,
- Kemisk procesteknik,
- termisk procesteknik og
- de andre processer, som normalt tilføjes som fysiske processer til kemisk procesteknik.
Derudover er der det uberegnelige antal komplekse, uadskillelige processer som:
- biologisk procesteknik,
- Interfacial teknik og
- Membranprocessteknik .
Ligeledes de nødvendige hjælpe-, implementerings- og særlige discipliner, såsom:
- Måle- og kontrolteknologi ,
- Anlægsopbygning og
- nuklear processteknik.
En anden, ældre struktur er baseret på stofgrupperne: fødevareprocesteknik, plastisk procesteknik osv.
I apotek kaldes procesteknik for galenik ; omtalt som en opskrift på apoteket (gammel: lægemiddelformteori). I industrien kaldes det for behandlingsteknologi eller farmaceutisk teknologi.
Differentiering fra andre videnskaber
Grundlæggende indebærer enhver procesudvikling, der involverer en materialestrøm, procesteknik. Det er derfor en for det meste ikke nævnt del af enhver videnskab. Process engineering understreger selve processen og forsøger at optimere den med de givne randbetingelser. I andre discipliner antages en given proces normalt, fordi fokus er på andre aspekter.
Process engineering beskæftiger sig med det samme emne som de andre naturvidenskaber og bruger dets værktøjer. I modsætning til andre naturvidenskaber forsøger procesteknik ikke at afsløre en ny forbindelse, men snarere at gøre en anerkendt forbindelse teknisk brugbar. Spørgsmål, der opstår ved design af nye processer, fører normalt til et tæt samarbejde med andre naturvidenskaber.
Procesingeniører bruger værktøjerne til teknik. De bestemmer rummet og de betingelser, hvorunder en proces finder sted.
Kemiteknik er en procesteknisk disciplin, der fokuserer på kemi . Derimod fokuserer miljøteknologi på juridiske, toksikologiske og logistiske aspekter ved levering og bortskaffelse.
Underdiscipliner
Mekanisk procesteknik
Mekanisk procesteknik ser sig selv som en bruger af mekanik eller væskemekanik . Hun behandler derfor processer med substansændring, der er baseret på mekanisk handling. De fire hovedprocesgrupper er knusning og agglomerering samt blanding ogadskillelse (filtre, sigter).
Historisk set ligger dens rødder i rørledningskonstruktion og solid procesteknik. Traditionelt tilføjes derfor lagring , transport og dosering af faste stoffer , bulkvarer og flydende varer (f.eks. Transport med pumper ) normalt til mekanisk procesteknik.
Termisk procesteknik
Termisk procesteknik er især optaget af termisk adskillelses- og rensningsprocesser, såsom destillation samt processerne til rektificering og ekstraktion . Processer, der kører ved hjælp af membranteknologi, er også en del af termisk procesteknik.
Kemisk procesteknik
Kemisk procesteknik ( kemisk reaktionsteknik ) omhandler omdannelse af stoffer gennem kemiske reaktioner og danner den stærkeste forbindelse mellem procesteknik og kemi. Især undersøges overgangen fra laboratoriets skala af kemi til den industrielle skala. Dette omfatter fx opførelse af pilotanlæg og undersøgelse af kinetik. Kemisk ingeniør udfører således et betydeligt arbejde i implementeringen af laboratorieresultater i produktionsprocessen. I dag kaldes denne overførsel af skala normalt " opskalering ".
Elektrokemisk procesteknik
Elektrokemisk procesteknik omhandler de tekniske anvendelser af elektrokemiske fænomener (f.eks. Syntese af kemikalier, elektrolytisk raffinering af metaller , batterier og brændselsceller , sensorer , overflademodifikation gennem galvanisk aflejring og ætsning, separationer og korrosion ). [2]
Bioprocess engineering
Bioprocess engineering (også bioprocess engineering eller bioengineering ) er det område inden for bioteknologi, der beskæftiger sig med procesteknisk implementering eller den del af procesteknik, der beskæftiger sig med bioteknologiske processer. Bioteknologi gør materialekonverteringer gennem biologiske processer anvendelige i tekniske applikationer. Disse processer kan udføres af enzymerne (tidligere: gæring) indeholdt i celler (for det meste bakterier , gær , svampe ) eller isolerede enzymer. I begge tilfælde taler man om biokatalyse , biosyntese eller fermentering . I modsætning hertil taler man kun om dyrkning , når der bruges celler, der formerer sig eller metaboliserer under processen. Underområder inden for bioteknologi er z. B. mikrobiologi , kemi og biokemi . Gentekniske metoder kan bruges, men bruges ikke nødvendigvis i alle bioteknologiske anvendelser. Et vigtigt område inden for bioteknologi er procesteknik, der implementerer processer i en forsknings- eller produktionsskala. Dette omfatter den generelle planlægning og implementering af en proces, udvikling af processtyring og forberedelsesmetoder til produkterne, kontrol af produktionsprocesser og deres løbende optimering.
Fordele og ulemper
Bioteknologiske processer kan have forskellige fordele og ulemper sammenlignet med kemiske processer:
- Kemiske processer kræver undertiden ekstreme forhold (f.eks. Høje tryk og / eller temperaturer) og giftige kemikalier. Biologiske processer finder sted under mindre ekstreme forhold og kan erstatte forskellige kemiske processer på grund af økonomiske og økologiske fordele.
- Nogle forbindelser kan ikke syntetiseres ved kemiske metoder, men kan fremstilles bioteknologisk.
- Især i farmaceutiske anvendelser kan det være nødvendigt at bruge kun en variant af chirale forbindelser. For bioteknologisk produktion er der kun én variant, hvorimod der i tilfælde af kemisk produktion normalt er begge dele.
- Da biologiske processer ikke kan finde sted ved vilkårligt høje temperaturer, er reaktionshastigheden også begrænset. Reaktorer har derfor ofte brug for større mængder her end i ikke-biologiske processer.
Anvendelsesområder
Bioteknologiske anvendelser er meget forskellige og er derfor opdelt i forskellige områder. Ud over bioprocess engineering til produktion af visse forbindelser kan disse individuelle områder også omfatte andre felter:
- Hvide bioteknologi (industriel bioteknologi) kan erstatte og supplere kemiske processer, der bruger ikke-enzym katalysatorer . Der er z. B. fine og basiske kemikalier , enzymer og andet produceret.
- Rød bioteknologi ( medicinsk bioteknologi) har forskellige opgaver, herunder bioteknologisk produktion af aktive ingredienser , diagnostik og vacciner .
- Grøn bioteknologi beskæftiger sig primært med optimering af afgrøder. Bioprocess engineering spiller en underordnet rolle her
- Den grå bioteknologi (miljøbioteknologi) anvender enzymer og mikroorganismer til behandling af drikkevand, spildevand, udsugningsluft, affald, udstødningsgasser og andre ting.
- Blå bioteknologi (marin bioteknologi) bruger marine mikroorganismer.
- Gul bioteknologi (mest defineret som fødevarebioteknologi) bruges i fødevareindustrien, f.eks. B. til fremstilling af øl ved hjælp af gær , yoghurt og surkål ved hjælp af mælkesyrebakterier osv.
Mens udtrykkene hvid, rød og grøn bioteknologi er etableret, har de andre farveopgaver hidtil været mindre almindelige. [3]
Proceduretyper
De mange mulige applikationer har resulteret i forskellige processer, der kan variere meget. Bioreaktorer (fermentorer) bruges ofte. Fermentorerne indeholder normalt omrørere til homogenisering, anordninger til temperaturindstilling og anden teknologi til overvågning og styring af vigtige parametre.
- Især inden for hvid og rød bioteknologi anvendes steriliserbare fermentorer, hvor parametrene (temperatur, iltindhold, pH -værdi osv.) Kan kontrolleres præcist. [4]
- Forskellige bioreaktorer bruges i grå bioteknologi, som f.eks B. Fordøjelsestårne i rensningsanlæg , fermentorer i biogasproduktion og biofiltre i udsugningsrensning.
- I fødevareteknologien (gul bioteknologi) z. B. brugt i ølproduktion gæringstanke som bioreaktorer.
- Andre bioreaktorer er z. B. algereaktorer , fotobioreaktorer , brintbioreaktorer osv.
Produkterne fremstilles efter forskellige principper:
- Enzymer kan sikre, at et stof omdannes.
- Ofte dyrkes mikroorganismer, hvis metaboliske produkter repræsenterer produktet (f.eks. Ethanol , butanol , citrat ).
- Lagringsstoffer af den dyrkede art, som f.eks. B. den mikrobielle kulhydratopbevaring polyhydroxybuttsyre kan være produktet.
- Genmodifikation kan forårsage overekspression i de arter, der skal dyrkes, eller en ny metabolisk vej kan overføres til arten, så det ønskede produkt produceres med et højt udbytte.
Efter produktion ( fermentering ) er nedstrøms forarbejdning normalt nødvendig. Afhængigt af processen kan dette være meget komplekst og omfatte trin såsom celleforstyrrelse , filtrering , kromatografi og andre. Dette område er også tildelt bioprocess engineering. [4]
System process engineering
Systemprocessteknik som en del af ingeniørsystemteorien har til opgave at modellere den dynamiske adfærd i procestekniske systemer, optimere systemstrukturen og designe de undersystemer, der kræves for at mestre de materialekonverterende processer.
Nanoteknologi
Nanoteknologi eller nanoteknologi er stadig et ungt felt, der kombinerer meget tværfaglige områder fra fysik , kemi , biologi og procesteknik. Den omhandler stoffer og systemer, der på grund af deres størrelse kun kan bestå af få molekyler . Nanopartikelteknologi er af særlig betydning for procesteknik. På grund af de små geometriske dimensioner af nanopartikler har de særlige optiske og elektroniske egenskaber, som kræver særlige målemetoder, men også kan føre til nye applikationer. Et eksempel på disse partikler er carbon nanorør , der opfører sig meget anderledes end z. B. grafitpartikler .
Se også
litteratur
- Peter Grassmann: Fysiske grundlæggende teknikker inden for kemiteknik . Sauerlander, Frankfurt am Main 1961.
- Eckhart Blaß: VDI-Gesellschaft procesteknik og kemiteknik GVC-i går-i dag-i morgen . Saur, Düsseldorf 1984.
- Horst Chmiel (red.): Bioprozesstechnik . 2. udgave. Spektrum, München 2006, ISBN 3-8274-1607-8 .
- Hans Günther Hirschberg: Håndbog i procesteknik og konstruktion af anlæg. Kemi, teknologi, økonomi . Springer, Berlin og Heidelberg 1999, ISBN 3-540-60623-8 .
- Georg Maybaum, Petra Mieth, Wolfgang Oltmanns, Rainer Vahland: Procesingeniør og konstruktionsoperationer inden for fundamentteknik og særlig civilingeniør. Vieweg og Teubner, 2. udgave 2011, 454 s.; ISBN 978-3-8348-1614-6 .
Weblinks
- GVC, VDI Society for Process Engineering and Chemical Engineering
- DECHEMA, Society for Chemical Technology and Biotechnology e. V.
- GVT, Research Society for Process Engineering e. V.
- AIChE, American Institute of Chemical Engineers
Individuelle beviser
- ^ Kögl, Moser: Fundamentals of Process Engineering , Springer, 1981, s. 1.
- ^ Elektrokemisk encyklopædi ( erindring om originalen fra 14. maj 2011 i internetarkivet ) Info: Arkivlinket blev indsat automatisk og er endnu ikke kontrolleret. Kontroller det originale og arkivlink i henhold til instruktionerne, og fjern derefter denne meddelelse. .
- ^ "Bioteknologiens regnbuefarver" ( erindring om originalen fra 8. juni 2009 i internetarkivet ) Info: Arkivlinket blev indsat automatisk og er endnu ikke kontrolleret. Kontroller det originale og arkivlink i henhold til instruktionerne, og fjern derefter denne meddelelse. Artikel om informationsstedet "chemie.de", (åbnet den 3. december 2009).
- ↑ a b Applied Microbiology, Garabed Antranikian, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2006.
