Kjemiteknikk
Kjemiteknikk er en gren innenfor ingeniørvitenskapen, hvor anvendt fysikk, kjemi og matematikk er sentralt. Kunnskapen innenfor disse naturvitenskapelige områdene brukes for å prosessere råmaterialer til mer verdifulle produkter i prosessindustrien. Kjemiteknikken kommer også til anvendelse innenfor andre områder, som for eksempel bioteknologi, nanoteknologi og brenselceller.[1]
En ingeniør som jobber i denne faggrenen i prosessindustrien, kalles ofte for en prosessingeniør.
Historie
[rediger | rediger kilde]
På begynnelsen av 1800-tallet publiserte John Dalton de første tabellene med relative atommasser. Dette var svært viktig for utviklingen av kjemiteknikk, fordi det muliggjorde balansering av kjemiske ligninger og utvikling av massebalanser.
I 1824 skrev den franske fysikeren Sadi Carnot boka "Om drivkraften fra varme" (fransk tittel: Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développer cette puissance), den første studien av termodynamikken i varmekraftmaskiner. På 1850-tallet begynte den tyske fysikeren Rudolf Clausius å anvende prinsippene som hadde blitt utviklet av Carnot, på kjemiske systemer.[2]
Den amerikanske fysikeren, kjemikeren og matematikeren Josiah Willard Gibbs var den første i USA som tok en doktorgrad i ingeniørvitenskap. På 1870-tallet skrev han en serie av artikler som beskrev en matematisk basert metode for studier av kjemiske systemer, hvor han brukte termodynamikken som Clausius hadde utviklet. Den tyske fysikeren Hermann von Helmholtz publiserte liknende artikler, men på en elektrokjemisk basis. Han viste at kjemisk affinitet kunne bestemmes ved å måle fri energi i reaksjonen.
Utvikling innen fagfeltet kjemiteknikk vokste først og fremst frem i USA på 1800-tallet, hvor det var et stort behov for effektiv storskalaproduksjon av en rekke uorganiske kjemikalier (for eksempel salt, soda og svovelsyre). På 1900-tallet vokste det frem nye typer av industrivirksomheter, og betydningen av kunnskap innen kjemiteknikk ble enda større. Nå var det raffinering av petroleum og petrokjemiske produkter som ble de dominerende industrielle utfordringene.[3]
En av de mest betydningsfulle eksempelene på anvendelse av kjemiteknikk i Norge, var Kristian Birkeland og Sam Eyde sitt arbeid med produksjon av salpeter. Den såkalte Birkeland-Eydes metode for fremstilling av nitrogendioksid var ferdig utviklet i 1904, og dette la grunnlaget for Norsk Hydro.[4]
I 1924 kom laboratorieingeniør Henry C.M. Ingeberg hjem etter et studieopphold i USA hvor han hadde sett på undervisningen som foregikk innen "chemical engineering". Denne amerikanske betegnelsen oversatte han med "kjemiteknikk", og dette ordet har siden blitt stående som det norske navnet på fagfeltet.[5]
Dette var den første utviklingen av fagområdet kjemiteknikk, og tidslinjen nedenfor viser noen av de viktigste hendelsene fra ulike utdanningsinstitusjoner:
- 1882 – University College London tilbyr et kurs i “Kjemisk teknologi”.[6]
- 1885 – Central College (senere Imperial College London) tilbyr et kurs i kjemiteknikk.[6]
- 1888 – Lewis M. Norton starter et nytt studium ved Massachusetts Institute of Technology (MIT): Course X, Chemical Engineering[6]
- 1891 – MIT tildeler Bachelor's of science in chemical engineering til syv kandidater.[6]
- 1905 – University of Wisconsin tildeler den første doktorgraden i kjemiteknikk.[6]
- 1945 – Norges tekniske høgskole (NTH) oppretter et institutt for kjemiteknikk[5]
- 1957 – NTH tildeler de to første doktorgradene i kjemiteknikk.[5]
På 2000-tallet har kompetanse innen kjemiteknikk fått stor betydning innenfor andre teknologiske fagfelt, så som molekylærbiologi, genetikk, informasjonsteknologi og nanoteknologi.[3]
Om faget
[rediger | rediger kilde]
Prosessingeniører designer, konstruerer og sørger for optimal drift av produksjonsprosesser. I tillegg er prosessingeniører ofte med på å forbedre eksisterende produkter og design av nye produkter (for eksempel brenselceller).
Prosessingeniører designer produksjonsprosesser med hensyn på en sikker og mest mulig lønnsom drift. Det betyr at hele produksjonskjeden må planlegges og kontrolleres med hensyn på kostnader og sikker drift.
For å maksimere gevinsten, kan prosessingeniøren forenkle prosessen eller velge en mer kompleks løsning. For eksempel kan høyere temperaturer eller trykk få kjemiske reaksjoner til å gå raskere. Et eksempel på dette er produksjon av ammoniakk, som kan produseres fra nitrogen og hydrogen i en høytrykksreaktor. I reaksjoner som har lavt utbytte, kan prosessingeniøren velge en kompleks løsning med kontinuerlig resirkulering.
De enkelte delprosessene som brukes av prosessingeniører (for eksempel destillasjon eller gassabsorpsjon), kalles for enhetsoperasjoner. Disse omfatter kjemiske reaksjoner, masseoverføringer og energioverføringer. Enhetsoperasjoner settes sammen i ulike konfigurasjoner med henblikk på hva slags kjemisk syntese eller kjemisk separasjon man ønsker.
Tre fysiske lover ligger til grunn for kjemiteknikken: konservering av masse, konservering av bevegelsesmengde og konservering av energi. Prosessingeniøren kan studere forflytningen av masse og energi i en prosess ved hjelp av massebalanser og energibalanser. Man må da bruke prinsipper fra termodynamikken og reaksjonskinetikken. Dette blir svært sammensatte og komplekse problemstillinger, hvor man er avhengig av simulatorer for å løse oppgavene.
Utdanning i Norge
[rediger | rediger kilde]
NTH (nå NTNU) var den første utdanningsinstitusjonen i Norge som tilbød en utdanning innen kjemiteknikk, når de opprettet et eget Institutt for kjemiteknikk i 1945. Instituttet ble i 1999 slått sammen med Institutt for industriell kjemi, og fikk da navnet Institutt for kjemisk prosessteknologi.
En rekke andre høgskoler i Norge tilbyr også kurs i kjemiteknikk. Noen av dem er Høgskolen i Bergen, Høgskolen i Sør-Trøndelag, Høgskolen i Østfold, Høgskolen i Narvik og Høgskolen i Telemark.
Se også
[rediger | rediger kilde]- Industri
- Prosessindustri
- Prosess (kjemisk)
- Jernverk
- Metallurgisk industri
- Petrokjemisk industri i Norge
Referanser
[rediger | rediger kilde]- ^ From Petroleum to Penicillin. The First Hundred Years of Modern Chemical Engineering: 1859-1959. – Burnett, J. N.
- ^ Mechanical Theory of Heat – Nine Memoirs on the development of concept of "Entropy" av Rudolf Clausius [1850-1865]
- ^ a b McGraw-Hill Encyclopedia of Science & Technology, 10th Edition, Volume 4, oppslagsord: Chemical Engineering, ISBN 0-07-144143-3 (set)
- ^ Vår historie (Hydro) Arkivert 17. april 2009 hos Wayback Machine. (besøkt 2009-04-11)
- ^ a b c Institutt for kjemiteknikk 50 år, ISBN 82-995569-0-2, tilgjengelig her Arkivert 10. juli 2007 hos Wayback Machine.
- ^ a b c d e History of Chemical Engineering Arkivert 25. mars 2009 hos Wayback Machine. – at North Carolina State University (and in general).