kemijsko inženjerstvo

kemijsko inženjerstvo, područje tehničkih znanosti koje se bavi proučavanjem i razvijanjem postupaka pretvorbe tvari i energije radi razvoja kemijske tehnologije i proizvodnje. Kada se metode kemijskog inženjerstva primjenjuju u svrhu razvoja tehnologija posebne namjene, govori se o polimernom, elektrokemijskom, biokemijskom inženjerstvu i sl. Osim na tehnička znanja, kemijsko inženjerstvo oslanja se i na osnovna prirodoslovna znanja, u prvom redu na kemiju, te na bitna ekonomska načela. Metodologija kemijskog inženjerstva temelji se na pojmu procesnoga prostora, pod kojim se razumije omeđena prostorna cjelina u kojoj se proces (postupak) zbiva. Pojam omeđenoga prostora prisutan je u svim područjima tehničkih znanosti pa omogućuje interdisciplinarno razmatranje mnogih znanstvenih i praktičnih problema. Metodologija kemijskog inženjerstva uključuje uočavanje zajedničkih značajki u svakom pojedinom koraku procesa. Te zajedničke značajke vode zatim do istovrsnih matematičkih modela koji su osnova za analizu, dimenzioniranje ili izvedbu bilo kojega realnog procesa ili uređaja. Glavne su značajke procesnoga prostora njegov geometrijski oblik i ovisnost procesnih varijabla o vremenu, položaju i vrsti procesa unutar procesnoga prostora te o prolasku i prijenosu tvari i energije kroz procesni prostor i u njemu.

Kemijsko inženjerstvo može se podijeliti na mehaničke (npr. usitnjavanje, aglomeriranje), toplinske (izmjena topline, isparavanje) i separacijske procese (filtracija, apsorpcija, destilacija, izluživanje, ekstrakcija otapalima), na reakcijsko inženjerstvo te na analizu, sintezu i vođenje procesa. Ono se u prvom redu veže za preradbu fosilnih i mineralnih sirovina, razvoj i proizvodnju novih materijala, proizvodnju specijalnih kemikalija, zaštitu okoliša i jamstvo kvalitete sustavâ i proizvodâ. Istraživanja, koja su u kemijskom inženjerstvu naglašeno interdisciplinarna, usmjerena su na povećanje produktivnosti selektivnom provedbom kem. reakcija, na uvođenje novih rješenja pri izvedbi opreme i novih postupaka proizvodnje, predviđanje uporabnih svojstava proizvoda i primjenu računalstva u realnim uvjetima. Kemijsko inženjerstvo teži selektivnosti kao pretpostavci tzv. čiste proizvodnje, što se ostvaruje boljim razumijevanjem katalitičkih procesa i razvojem katalizatora za nove kem. tehnologije, zatim teži mjerenju lokalnih parametara i vođenju svakoga procesnoga koraka, što u kemijskotehnol. procesima često dovodi do veće produktivnosti. To zahtijeva i potiče intenzivnija temeljna istraživanja koja vode do razvoja nove opreme i, povezivanjem reaktora i separatora, do razvoja koncepcije multifunkcionalnih procesnih jedinica. Teži se minijaturizaciji, modularizaciji i boljemu prostornomu rasporedu procesnih jedinica u proizvodnim postrojenjima. Na tržištu se traže proizvodi koji sjedinjuju više funkcija i svojstava. Zadovoljavanje tih potreba zahtijeva usklađivanje mnogobrojnih komponenata, pa se određen i jasan sastav i oblik reakcijskih komponenti (formulacija), koji su se prije temeljili na iskustvu, sada temelje na znanosti i prerastaju u formulacijsko inženjerstvo.

Kemijsko inženjerstvo već je u početku svojega razvoja pratilo tadašnju kem. industriju (u prvom redu petrokemijsku i tzv. veliku kem. industriju), razvoju koje je pridonijelo pripravom novih tvari i materijala, ali i poticalo razvoj novih procesa i tehnologija. U doba kada se promiče ideja održivoga razvoja i povećanoga zahtjeva tržišta za proizvodima definiranih konačnih uporabnih svojstava, kemijsko inženjerstvo važno je i za razvoj biotehnologije, prehrambene, farmaceutske i tekst. tehnologije, za razvoj i primjenu različitih materijala u području medicine itd.

U prvom razdoblju razvoja kem. inženjerstva smatralo se da ono povezuje industr. kemiju i strojarstvo, a poslije se mogu prepoznati dvije koncepcije u slijedu. Prva je ona Arthura D. Littlea, koji je 1915. predložio da jezgru u izobrazbi kem. inženjera čine jedinične operacije, nastale dijeljenjem procesa u niz jedinica, tzv. operacija (destilacija, filtracija, usitnjavanje, kristalizacija itd.), te oslanjanje tih operacija na zajednička znanstv. načela, npr. na prijenos topline, strujanje fluida. Prema toj koncepciji kem. inženjer bavi se studijem većega dijela opreme koja se rabi u proizvodnji, uključujući njezinu konstrukciju i primjenu. Stanje znanja u tom razdoblju prikazali su W. H. Walker, W. K. Lewis i W. H. Mc Adams u knjizi Načela kemijskog inženjerstva (Principles of Chemical Engineering, 1923). Ta je koncepcija potaknula i mnogobrojne istraživačke djelatnosti u rješavanju problema kem. proizvodnje i dominirala je do kraja II. svj. rata. Novija koncepcija kem. inženjerstva iznesena je u knjizi Prijenosne pojave (Transport Phenomena), koju su 1960. objavili R. B. Bird, W. E. Stewart i E. N. Leigtfoot, a bavi se prijenosom tvari, topline i količine gibanja te načinima njihova definiranja jedinstvenim fenomenološkim i mat. modelima. Ta je koncepcija uzrokovala dramatične promjene u kem. inženjerstvu, jer je analitički pristup procesu zahtijevao primjenu napredne matematike, fizike i fizikalne kemije. U početku su bili obuhvaćeni samo kontinuirani procesi, ali kako je kemijsko inženjerstvo evoluiralo od bavljenja pretežno fizičkim pojavama prema kemiji i reakcijskom inženjerstvu, sve su se više obuhvaćali i šaržni procesi. Daljnji razvoj koncepcija, metoda i tehnika za bolje razumijevanje, promišljanje i dizajn procesâ podrazumijeva integrirani pristup istodobnim i često povezanim pojavama i procesima, koji se mogu odvijati u širokim vremenskim intervalima (10–6 do 10s) i u različitim mjerilima (10–8 do 106 m), što uključuje nanorazinu (molekule), mikrorazinu (čestice), mezorazinu (uređaje), makrorazinu (postrojenja) i megarazinu (okoliš). Poznavanje i razumijevanje odnosâ između zbivanja na nanorazini i mikrorazini i onih na mezorazini i makrorazini omogućuje bolju pretvorbu molekula sirovina u korisni proizvod. Dobro razvijen analitički pristup, koji se svodi na dijeljenje procesa do sve niže razine, čak do molekularnih procesa, zamjenjuje se integracijskim, sustavnim pristupom. Umjesto stalnoga traženja novih pojedinosti, trebalo je osmišljavati više razine organizacije. Javlja se nov, induktivan način razmišljanja, koji umjesto traženja formalnoga rješenja potiče prepoznavanje stvarnoga problema. Potreba za optimiranjem procesa također potiče sustavni pristup, a primjena računala otvara velike mogućnosti za predviđanje svojstava složenih tvari i modeliranje procesa na svim razinama i ključni je element pri vođenju procesa.

Početak nastave kemijskog inženjerstva u svijetu pripisuje se G. E. Daviesu iz Tehničke škole u Manchesteru (1887) i L. M. Nortonu iz Massachusetts Institute of Technology u SAD-u (1888). God. 1908. osnovano je Američko društvo kemijskih inženjera, prvo te vrste u svijetu.

Pojam kemijskog inženjerstva susreće se u Hrvatskoj 1919. kada je osnovan Kemičko-inženjerski odjel pri Tehničkoj visokoj školi u Zagrebu. U tom su se području ubrzo istaknuli F. Hanaman, čiji je rad bio povezan s novom epohom u rasvjetnoj tehnici, te Matija Krajčinović i Petar Sabioncello djelatnošću u organskoj, odn. anorganskoj kem. tehnologiji. Svj. iskustva pomno je pratio R. Podhorsky, koji je već 1935. pisao o kem. tehnologiji i kem. ekonomici kao predmetima tehn. obrazovanja. Na Kemijskom odsjeku Tehničkoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu uveden je 1936. kolegij Kemijsko-tehnološko računanje, a 1947. kolegij Operacije kemijske industrije, što se smatra početcima moderne nastave kem. inženjerstva u Hrvatskoj. Podhorsky je koncepciju jediničnih operacija povezao s pojmom opće kem. tehnologije i uveo ju u visokoškolsku nastavu odmah nakon II. svj. rata. To je ujedno bilo i doba naglog razvoja kem. industrije i intenzivnog transfera tehnologija u Hrvatskoj. Gosp. zaostajanje koje se pojavilo kasnijih godina imalo je za posljedicu i tehnol. zaostajanje. Težište je tada bilo na računanju bilanci tvari i energije (Ivan Lovreček), Boris Prohaska je intenzivno radio na tehnologiji nafte, a Mladen Bravar na razvoju i primjeni polimernih materijala. 1960-ih su E. Bauman i Milan Zglav u nastavu jediničnih operacija uveli ravnotežne stupnjeve i jedinice prijenosa, a 1970-ih Darko Skansi studij analogije prijenosa tvari, topline i količine gibanja. U to su doba M. Hraste i Žarko Olujić promicali sustavski pristup pretvorbama svojstvenima partikularnim, odn. višefaznim sustavima. Osnove reakcijskog inženjerstva, koje se mogu prepoznati u radu I. Brihte, razrađivali su Zoran Gomzi, Đurđa Vasić-Rački i Stanka Zrnčević. Studij mjerenja i vođenja procesa vezan je uz Jurja Božičevića, procesna analiza uz Darka Maljkovića, a analiza i sinteza procesa uz Vladimira Mahalca. Kao posljedica tih aktivnosti, kemijsko inženjerstvo je 1980-ih konačno postalo prepoznatljivim područjem tehn. znanosti u Hrvatskoj. Danas se nastava kem. inženjerstva u Hrvatskoj održava na Fakultetu kemijskog inženjerstva i tehnologije Sveučilišta u Zagrebu i Kemijsko-tehnološkom fakultetu Sveučilišta u Splitu.

Kemijski inženjeri osnovali su 1928. u Zagrebu Klub kemičara. Na poticaj Društva inženjera i tehničara pokrenut je 1947. rad Sekcije kemičara, koja je prestala postojati 1952. osnutkom Društva kemičara i tehnologa Hrvatske. Društvo je 1962. preraslo u Savez, 1992. nazvalo se Hrvatsko društvo kemijskih inženjera i tehnologa, a 1993. primljeno je u punopravno članstvo Europske federacije za kemijsko inženjerstvo. Pod okriljem Društva redovito izlaze časopisi Kemija u industriji (od 1952), kojega stranice mogu poslužiti kao zrcalo razvoja kemijskog inženjerstva u Hrvatskoj, i Chemical and Biochemical Engineering Quarterly (od 1987).

kemijsko inženjerstvo. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2018. Pristupljeno 14.11.2019. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=31170>.