화학공학에 대해서

안녕하세요, 순진한 워니입니다. 오늘은 제 전공이기도 한 화학공학과 관련해 아티클을 수집해 요약 정리 해보았습니다.

진로를 설정하고 있을 학생들에게 도움이 되는 글이길 바라며, 태클은 언제나 환영입니다. ㅎㅅㅎ 그럼 시작합니다!!

 

화학공학의 기본 개념

화학공학(Chemical Engineering)은 화학 플랜트(화학 공장)의 운전과 설계, 생산성 향상 방법에 관한 연구를 수행하는 공학 분야입니다.

 

 

화학 공학 엔지니어는 원재료를 유용한 제품으로 변환하기 위한 경제적인 상업 과정을 개발합니다. 화학공학은 화학, 물리학, 수학, 생물학, 경제학의 원리를 사용하여 에너지와 물질을 효율적으로 사용, 생산, 설계하고 운송하고 변환합니다. 화학 공학 엔지니어의 일은, 연구실에서의 나노 기술이나 나노 재료의 활용부터, 화학 물질, 원료, 생체 세포, 미생물, 에너지를 유용한 형태나 제품으로 변환 하는 대규모 산업 과정까지 다방면으로 이루어져 있습니다. 화학 공학 엔지니어는 안전성과 위험성 평가, 프로세스 설계와 분석, 모델링, 제어 엔지니어링, 화학 반응 엔지니어링, 원자력 엔지니어링, 생물 공학, 건설 사양 및 조작 절차를 포함한 플랜트 설계와 운영에 많은 측면으로 관여하고 있습니다.

 

 

화학공학의 역사

새로운 개념과 혁신

1940년대에는 화학 반응기 개발에 유닛의 운용만으로는 불충분하다는 것이 밝혀졌습니다. 1960년대까지 영국과 미국의 화학공학과 학점 운영이 우세했지만 *이동 현상이 더욱 주목받기 시작했습니다. 프로세스 시스템 엔지니어링(PSE)과 같은 다른 새로운 개념과 함께 '제2의 패러다임'이 정의되었습니다. 이동 현상은 화학공학에 분석적 접근을 제공했고, PSE는 제어 시스템과 프로세스 설계와 같은 합성 요소에 초점을 맞췄습니다. 제2차 세계대전 전후의 화학공학 발전은 주로 석유화학 산업에 의해 촉진되었지만, 다른 분야에서도 진전을 볼 수 있었습니다. 예를 들어 1940년대 생화학공학의 진보는 제약업계에 응용되어 페니실린과 스트렙토마이신을 포함한 다양한 항생제의 대량생산이 가능해졌습니다. 한편 1950년대 폴리머 과학의 진보는 '플라스틱의 시대'로 가는 길을 열었습니다.

 

*이동현상은 물질, 열 , 운동량 등의 물리량이 이동하는 속도를 취급하는 공학의 한 분야이다.

이동현상의 모델링과 분석은 많은 산업 응용 분야에서 필수적입니다. 이동현상에는 유체 역학, 열 전달 및 질량 전달이 포함되며, 이는 주로 화학 종의 운동량 전달, 에너지 전달 및 운송에 의해 각각 지배됩니다. 모델에는 종종 거시적, 미시적 및 분자 수준 현상에 대한 별도의 고려 사항이 포함됩니다. 따라서 이동현상의 모델링에는 응용 수학에 대한 이해가 필요합니다.

 

 

 

안전 및 위험 개발

이 기간 동안 대규모 화학 제조 시설의 안전과 환경에 미치는 영향에 대한 우려도 제기되었습니다. 1962년에 출간된 사일런트 스프링은 독자들에게 강력한 살충제인 DDT의 유해한 영향에 대해 경고했습니다.1974년 영국에서 발생한 플릭스버러 참사로 인해 28명이 사망하고 화학 공장과 인근 마을 3곳이 피해를 입었습니다.1984년 인도에서 발생한 보팔 참사로 인해 거의 4,000명이 사망했습니다. 이러한 사건은 다른 사건과 함께 산업 안전 및 환경 보호에 더 중점을 두면서 업계의 명성에 영향을 미쳤습니다. 이에 대해 IChemE는 1982년 이후 인증된 모든 학위 과정의 일부가 안전이어야 한다고 요구했습니다. 1970년대에 이르러 프랑스, 독일, 미국 등 다양한 국가에서 입법 및 모니터링 기관이 설립되었습니다. 시간이 지남에 따라 화학 및 기타 공정 공장에 안전 원칙을 체계적으로 적용하는 것은 공정 안전이라고 알려진 특정 분야로 간주되기 시작했습니다.

 

 

화학 공학에는 몇 가지 원칙이 적용됩니다. 주요 개념은 아래에 제시되어 있습니다.

 

플랜트 설계 및 건설

화학 공학 설계는 파일럿 플랜트, 신규 플랜트 또는 플랜트 수정을 위한 계획, 사양 및 경제성 분석을 작성하는 것입니다. 설계 엔지니어는 종종 고객의 요구를 충족하도록 플랜트를 설계하는 컨설팅 역할을 수행합니다. 설계는 자금, 정부 규정, 안전 표준 등 여러 요인에 의해 제한됩니다. 이러한 제약 조건은 공정, 재료 및 장비를 선택하는 데 있어 플랜트의 선택을 좌우합니다.

플랜트 건설은 투자 규모에 따라 프로젝트 엔지니어와 프로젝트 관리자가 조정합니다. 화학 엔지니어는 프로젝트 엔지니어의 직무를 풀타임 또는 일부 시간 동안 수행할 수 있으며, 이를 위해서는 추가 교육 및 직무 기술이 필요하거나 프로젝트 그룹의 컨설턴트 역할을 수행해야 합니다. 미국에서는 ABET의 인증을 받은 바칼로레아 프로그램에서 화학공학을 전공한 졸업생의 교육은 일반적으로 전문 교육, 선발자 또는 대학원 과정을 통해 얻을 수 있는 프로젝트 엔지니어링 교육에 중점을 두지 않습니다. 프로젝트 엔지니어링 직무는 화학 엔지니어에게 가장 큰 고용주 중 일부입니다.

 

 

프로세스 설계 및 분석

단위 작업은 개별 화학 공학 공정의 물리적 단계입니다. 단위 작업(결정화, 여과, 건조 및 증발과 같은)은 반응물을 준비하고, 생성물을 정제 및 분리하고, 사용하지 않은 반응물을 재활용하고, 원자로에서 에너지 전달을 제어하는 데 사용됩니다. 반면, 단위 공정은 단위 작업과 화학적 동등한 수준입니다. 단위 작업과 함께 단위 공정은 공정 작업을 구성합니다. 단위 공정(질화, 수소화, 산화와 같은)은 생화학, 열화학 및 기타 수단에 의한 재료의 전환을 포함합니다. 이를 담당하는 화학 엔지니어를 공정 엔지니어라고 합니다.

공정 설계에는 장비 유형과 크기, 장비 연결 방식과 건설 자재를 정의해야 합니다. 자세한 내용은 종종 새로운 화학 공장이나 기존 화학 공장의 용량과 신뢰성을 제어하는 데 사용되는 공정 흐름 다이어그램에 인쇄됩니다.

대학 학위 3~4년 과정의 첫 번째 화학 엔지니어 교육은 공정 설계의 원칙과 관행을 강조합니다. 기존 화학 공장에서도 동일한 기술을 사용하여 효율성을 평가하고 개선 사항을 권고합니다.

요약: 화학 엔지니어 관련 적용, 연습

 

화학 엔지니어는 재료와 에너지를 경제적으로 사용하는 방법을 개발합니다. 화학 엔지니어는 화학 및 엔지니어링을 사용하여 대규모 산업 환경에서 원자재를 의약품, 석유화학, 플라스틱과 같은 사용 가능한 제품으로 전환합니다. 또한 폐기물 관리 및 연구에도 관여합니다. 응용 및 연구 측면 모두 컴퓨터를 광범위하게 사용할 수 있습니다.

화학 엔지니어는 이론적 화학 반응을 확장하여 생산, 오염 제어 및 자원 보존을 위한 더 좋고 안전한 방법을 만들기 위해 실험을 설계하고 수행하는 산업 또는 대학 연구에 참여할 수 있습니다. 프로젝트 엔지니어로서 플랜트 설계 및 건설에 참여할 수 있습니다. 프로젝트 엔지니어 역할을 하는 화학 엔지니어는 최적의 생산 방법과 플랜트 장비를 선택하여 비용을 최소화하고 안전과 수익성을 극대화하는 데 지식을 활용합니다. 플랜트 건설 후 화학 엔지니어링 프로젝트 관리자는 풀타임 또는 컨설팅 역할을 통해 장비 업그레이드, 문제 해결 및 일상적인 운영에 참여할 수 있습니다.

 

정리하며

용어들이 생소하고 말을 조금은 어렵게 쓴 거 같은데, 첫 글이니 양해 부탁드리며 누구나 본인이 하고 싶은 일을 고민하는 과정이 필요하다고 생각합니다. 그런 우리 학생들에게 조금이나마 도움이 되길 바라며, 많은 사람들에게 도움이 될 수 있는 블로거 워니가 되겠습니다. 감사합니다!