prosess teknologi

Prosessteknikk er en uavhengig ingeniørvitenskap og omhandler alle prosesser der stoffer (gasser, væsker eller faste stoffer) endres når det gjelder sammensetning, type eller egenskaper. Den bruker fysiske , kjemiske eller biologiske prosesser. Innen produksjonsteknikk omhandler prosessteknikk produksjon av stoffer ( råvarer ) og konvertering av stoffer med en udefinert form, mens produksjonsteknologi behandler disse utgangsproduktene til legemer med en geometrisk definert form.

Eksempler er sliping eller sikting av korn, utvinning av metaller fra malm , produksjon av papir eller separering av de enkelte komponentene i råolje . Råmaterialet i en produksjonsprosess kan i seg selv være produktet av en tidligere behandling, og produktet kan viderebehandles. Dette nettverket er kjent som et produksjonsnettverk . Gjenvinningen, resirkulering av verdifulle materialer fra avfall , faller også inn under omfanget av prosessteknikk. Den økende energiproduksjonen basert på fornybare råvarer ( bioenergi ) krever bruk av prosesstekniske metoder.

Prosessingeniør er en sterkt tverrfaglig vitenskap. Beslektede felt inkluderer metallurgi , kjemiteknikk og kjemi , apparatteknikk (del av maskinteknikk ), bioteknologi og miljøteknikk . ^[1]

Ingeniørvitenskap og stillingsbeskrivelse

Som definert av Society of Chemical Engineering and Chemical Engineering (GVC), fremstillingsteknikken anvender alle prosesser med teknisk og økonomisk gjennomføring i hvilke substanser på den type, er egenskaper og sammensetning endres. Så det er ingeniørvitenskapen om materiekonvertering. I praksis jobber prosessingeniøren ofte tett med de vitenskapelige disipliner, f.eks. B. jobber med kjemikere som utviklere og konverterer funnene til gjennomførbare tekniske konsepter og prosesser. Spesielt er det ofte avgjørende spørsmål å øke produksjonsskalaen og energibudsjettet til en prosess.

Implementeringen av det prosess-teknisk utviklede og planlagte anlegget, selv omtalt som anleggskonstruksjon , dekkes imidlertid også av prosessteknologien. Prosessingeniørens hovedoppgave er valg og design av utstyr, komponenter og materialer som skal brukes til konstruksjon. I tillegg blir planlegging av måling og kontroll av prosessen som skal drives mer og mer omfattende. Kunnskapen fra teoretisk og eksperimentelt prosessingeniørarbeid er ofte inkorporert i dataassisterte simuleringer . Disse fungerer deretter som et utgangspunkt eller til og med som en styringsmodell for prosesskontroll. På grunn av den svært tverrfaglige utformingen av kurset, finner kandidater et veldig bredt spekter av praktiske anvendelser. Fra arbeidet som forsker i laboratoriet, som utvikler og programmerer av simuleringer eller kontrollsystemer, til arbeidet som beregnings- og prosjektingeniør, til byggeleder eller operatør av produksjonsanlegg, prosess- og kjemiske ingeniører er i hele kjemikaliet , energi, mat og farmasøytisk industri, samt i de tilsvarende anleggskonstruksjonsselskapene og forskningsinstitusjonene.

opplæring

Prosessingeniørkurs tilbys i Tyskland ved tekniske universiteter og andre universiteter . De respektive studiene varierer i detalj mellom universitetene. Avhengig av tradisjonen eller den tematiske orienteringen til den respektive institusjonen, kan opplæringen være mer orientert mot teknologi eller kjemi (se kjemiteknikk ). Mens ved noen universiteter, for eksempel, prosessingeniører forgrener seg direkte fra maskinteknikk som hovedfag, ved andre institusjoner er emnet en uavhengig grunn- eller bachelorgrad for et senere fokus, for eksempel bioprosessingeniør eller hoved- eller mastergrad i kjemiteknikk. For dette formålet er det også separate prosessingeniørfag eller spesialiseringer i uavhengige vitenskapelige områder. Dette er for eksempel landbruksteknologi eller teknologien for husdyrhold innen landbruksvitenskap . Spesialiseringer innen prosessingeniør ( konstruksjon av energianlegg, fornybar energi ) tilbys også i økende grad for øyeblikket. Maskiningeniør og elektroteknikk er ofte innlemmet i emnet. Etter teknisk utvikling fører dette noen ganger til etableringen av nye fag som miljøteknikk , bioteknologi eller matteknologi .

I tillegg er tysk og engelsk bruk av prosess- og kjemiteknikk forskjellig. Prosessteknikk er prosessingeniøraktiviteten til en ingeniør. Studiefaget som tilsvarer den tyske definisjonen av prosessingeniør er for det meste kjemiteknikk i engelsktalende land (også f.eks. På spansk: Ingenieria química ). I Tyskland, derimot, skilles det klart mellom prosessingeniør og kjemiteknikk innen høyere utdanning.

Graden i prosessingeniørkurs i Forbundsrepublikken Tyskland var vanligvis den akademiske graden til en ingeniør . Som en del av Bologna -prosessen skjedde overgangen eller introduksjonen av de nye akademiske gradene Bachelor og Master, som bygger på hverandre, også her.

Arbeidsutstyr og prosjekteringsteknikk

Prosessteknikk har utviklet seg fra begynnelsen innen rørledning og kjelekonstruksjon til en tverrfaglig vitenskap. I dag, for design av prosessene i tillegg

• naturvitenskap og materialvitenskap for å beskrive prosessen og dens materielle effekter også
• økonomisk, sosial, politisk og juridisk vitenskap for aksept, rammeverk og drift av prosessen

behov for. Videre brukes alle andre ingeniørvitenskap for å implementere prosessen i anleggskonstruksjon.

Prosesstekniske systemer produserer mellom noen få gram og flere millioner tonn per år. Enkle kjemiske stoffer til komplekse komponenter produseres. For å beskrive overflod av prosesser, vil de ikke lenger fysisk meningsfulle separerbare enhetsoperasjoner ( engelske enhetsoperasjoner), kuttet med bare en fysisk prosess, for eksempel blanding eller fordampning. Prosessstrinn som er en romlig uatskillelig kombinasjon av flere grunnleggende operasjoner blir vanligvis også referert til som grunnleggende operasjoner. Klasser av grunnleggende prosedyreoperasjoner er for eksempel:

• Endring i materialegenskaper: makulering , kjøling , tørking , ...
• Endring av materialesammensetning: filtrering , destillasjon , ...
• Endring av stofftype: oksidasjon , hydrogenering , polymerisering , ...

Disse grunnleggende operasjonene er knyttet sammen og resulterer i den samlede prosessen. En prosess designet på denne måten er beregningsbar og gjennomførbar, men ikke energi- og plassoptimalisert. Kostnadspresset i bransjen og de bedre simulerings- og analysealternativene samt den bedre fysiske forståelsen gjør at i dag kombineres flere og flere grunnleggende operasjoner i ett prosesstrinn. For å forstå den generelle konteksten er det imidlertid fornuftig å vurdere prosessen i separate grunnleggende fysiske trinn.

Prosessingeniør er derfor fortsatt delt under de fysiske prosessene til de grunnleggende operasjonene i:

• Mekanisk prosessingeniør,
• Kjemisk prosessingeniør,
• termisk prosessingeniør og
• de andre prosessene, som vanligvis legges til som fysiske prosesser i kjemisk prosessingeniør.

I tillegg er det uberegnelige antall komplekse, uatskillelige prosesser som:

• biologisk prosessingeniør,
• Grensesnittteknikk og
• Membranprosessingeniør .

På samme måte er de nødvendige tilleggs-, implementerings- og spesielle disipliner, for eksempel:

• Måle- og kontrollteknologi ,
• Anleggskonstruksjon og
• kjernefysisk prosessingeniør.

En annen, eldre struktur er basert på stoffgruppene: matprosessingeniør, plastprosessingeniør, etc.

I apotek kalles prosessteknikk galenikk ; referert til som en oppskrift på apoteket (gammel: stoffformteori). I industrien blir det referert til som behandlingsteknologi eller farmasøytisk teknologi.

Differensiering fra andre vitenskaper

I utgangspunktet innebærer hver prosessutvikling som involverer en materialflyt prosessingeniør. Det er derfor en stort sett ikke nevnt del av hver vitenskap. Prosessingeniør understreker selve prosessen og prøver å optimalisere den med de gitte grensebetingelsene. I andre disipliner antas vanligvis en gitt prosess fordi fokus er på andre aspekter.

Prosessingeniør tar for seg det samme emnet som de andre naturvitenskapene og bruker verktøyene. I motsetning til andre naturvitenskap prøver ikke prosessingeniør å avsløre en ny forbindelse, men heller å gjøre en anerkjent forbindelse teknisk brukbar. Spørsmål som oppstår når du designer nye prosesser, fører vanligvis til et nært samarbeid med andre naturvitenskap.

Prosessingeniører bruker verktøyene for engineering. De bestemmer rommet og forholdene en prosess finner sted under.

Kjemiteknikk er en prosessingeniørdisiplin som fokuserer på kjemi . Derimot fokuserer miljøteknologi på juridiske, toksikologiske og logistiske aspekter ved levering og avhending.

Deldisipliner

Mekanisk prosessingeniør

Mekanisk prosessingeniør ser på seg selv som en bruker av mekanikk eller væskemekanikk . Hun behandler derfor prosesser for substansendring som er basert på mekanisk handling. De fire hovedprosessgruppene er knusing og agglomerering samt blanding ogseparering (filtre, siler).

Historisk sett ligger røttene i rørledningskonstruksjon og solid prosessteknikk. Tradisjonelt legges derfor lagring , transport og dosering av faste stoffer , bulkvarer og flytende varer (f.eks. Transport med pumper ) vanligvis til mekanisk prosessingeniør.

Termisk prosessingeniør

Termisk prosessingeniør er spesielt opptatt av termiske separasjons- og renseprosesser som destillasjon, så vel som prosessene for rektifikasjon og ekstraksjon . Prosesser som kjører ved hjelp av membranteknologi er også en del av termisk prosessteknikk.

Kjemisk prosessingeniør

Kjemisk prosessingeniør ( kjemisk reaksjonsteknikk ) omhandler transformasjon av stoffer gjennom kjemiske reaksjoner og danner den sterkeste koblingen mellom prosessteknikk og kjemi. Spesielt undersøkes overgangen fra laboratoriets skala av kjemi til industriell skala. Dette inkluderer for eksempel bygging av pilotanlegg og undersøkelse av kinetikk. Den kjemiske ingeniøren gjør dermed betydelig arbeid med implementering av laboratorieresultater i produksjonsprosessen. I dag blir denne overføringen av skala vanligvis referert til som " skalering ".

Elektrokjemisk prosessingeniør

Elektrokjemisk prosessingeniør omhandler de tekniske anvendelsene av elektrokjemiske fenomener (f.eks. Syntese av kjemikalier, elektrolytisk raffinering av metaller , batterier og brenselceller , sensorer , overflatemodifisering gjennom galvanisk avsetning og etsing, separasjoner og korrosjon ). ^[2]

Bioprosess engineering

Bioprosessingeniør (også bioprosessingeniør eller bioingeniør ) er området innen bioteknologi som omhandler prosessingeniørimplementering, eller den delen av prosessingeniør som omhandler bioteknologiske prosesser. Bioteknologi gjør materialkonverteringer gjennom biologiske prosesser brukbare i tekniske applikasjoner. Disse prosessene kan utføres av enzymer (tidligere: gjæring) som finnes i celler (for det meste bakterier , gjær , sopp ) eller isolerte enzymer. I begge tilfeller snakker man om biokatalyse , biosyntese eller gjæring . I kontrast snakker man om dyrking bare når det brukes celler som formerer seg eller metaboliseres under prosessen. Delområder innen bioteknologi er z. B. mikrobiologi , kjemi og biokjemi . Gentekniske metoder kan brukes, men brukes ikke nødvendigvis i alle bioteknologiske applikasjoner. Et viktig område innen bioteknologi er prosessingeniør, som implementerer prosesser i en forsknings- eller produksjonsskala. Dette inkluderer generell planlegging og implementering av en prosess, utvikling av prosesskontroll og forberedelsesmetoder for produktene, kontroll av produksjonsprosesser og deres løpende optimalisering.

Fordeler og ulemper

Bioteknologiske prosesser kan ha forskjellige fordeler og ulemper sammenlignet med kjemiske prosesser:

• Noen ganger krever kjemiske prosesser ekstreme forhold (f.eks. Høyt trykk og / eller temperaturer) og giftige kjemikalier. Biologiske prosesser foregår under mindre ekstreme forhold og kan erstatte forskjellige kjemiske prosesser på grunn av økonomiske og økologiske fordeler.
• Noen forbindelser kan ikke syntetiseres ved kjemiske metoder, men kan produseres bioteknologisk.
• Spesielt i farmasøytiske applikasjoner kan det være nødvendig å bruke bare en variant av kirale forbindelser. Når det gjelder bioteknologisk produksjon er det bare en variant, mens det for kjemisk produksjon vanligvis er begge deler.
• Siden biologiske prosesser ikke kan finne sted ved vilkårlig høye temperaturer, er reaksjonshastigheten også begrenset. Reaktorer trenger derfor ofte større volumer her enn i ikke-biologiske prosesser.

Bruksområder

Bioteknologiske applikasjoner er veldig forskjellige og er derfor delt inn i forskjellige områder. I tillegg til bioprosessingeniør for produksjon av visse forbindelser, kan disse individuelle områdene også omfatte andre felt:

• Hvit bioteknologi (industriell bioteknologi) kan erstatte og utfylle kjemiske prosesser som bruker ikke-enzymkatalysatorer . Det er z. B. fine og grunnleggende kjemikalier , enzymer og annet produsert.
• Rød bioteknologi ( medisinsk bioteknologi) har forskjellige oppgaver, inkludert bioteknologisk produksjon av aktive ingredienser , diagnostikk og vaksiner .
• Grønn bioteknologi er først og fremst opptatt av optimalisering av avlinger. Bioprosessteknikk spiller en underordnet rolle her
• Den grå bioteknologien (miljøbioteknologi) bruker enzymer og mikroorganismer for behandling av drikkevann, kloakk, avtrekksluft, avfall, avgasser og andre ting.
• Blå bioteknologi (marin bioteknologi) bruker marine mikroorganismer.
• Gul bioteknologi (mest definert som matbioteknologi) brukes i næringsmiddelindustrien, f.eks. B. for produksjon av øl ved bruk av gjær , yoghurt og surkål ved bruk av melkesyrebakterier, etc.

Mens begrepene hvit, rød og grønn bioteknologi er etablert, har de andre fargeoppgavene så langt vært mindre vanlige. ^[3]

Prosedyre typer

De mange mulige applikasjonene har resultert i forskjellige prosesser som kan variere mye. Bioreaktorer (gjærere) brukes ofte. Fermentorene inneholder vanligvis omrørere for homogenisering, enheter for temperaturinnstilling og annen teknologi for overvåking og kontroll av viktige parametere.

• Spesielt i hvit og rød bioteknologi brukes steriliserbare fermentorer der parametrene (temperatur, oksygeninnhold, pH -verdi, etc.) kan kontrolleres nøyaktig. ^[4]
• Ulike bioreaktorer brukes i grå bioteknologi, som f.eks B. Fordøyelsestårn i kloakkrenseanlegg , gjærere i biogassproduksjon og biofiltre i avtrekksluftrensing.
• I matteknologi (gul bioteknologi) z. B. brukt i gjæringstanker for ølproduksjon som bioreaktorer.
• Andre bioreaktorer er z. B. algereaktorer , fotobioreaktorer , hydrogenbioreaktorer etc.

Produktene er laget i henhold til forskjellige prinsipper:

• Enzymer kan sikre at et stoff blir omdannet.
• Ofte dyrkes mikroorganismer hvis metabolske produkter representerer produktet (f.eks. Etanol , butanol , sitrat ).
• Lagringsstoffer av den dyrkede typen, som f.eks. B. den mikrobielle karbohydratlagringen polyhydroksy -smørsyre kan være produktet.
• Genmodifisering kan forårsake overuttrykk i artene som skal dyrkes, eller en ny metabolsk vei kan overføres til arten slik at det ønskede produktet blir produsert med et høyt utbytte.

Etter produksjon ( gjæring ) er nedstrøms behandling vanligvis nødvendig. Avhengig av prosessen kan dette være veldig komplekst og inkludere trinn som celleforstyrrelse , filtrering , kromatografi og andre. Dette området er også tildelt bioprosessingeniør. ^[4]

System prosess engineering

Systemprosessingeniør som en del av ingeniørsystemteorien har til oppgave å modellere den dynamiske oppførselen til prosessingeniørsystemer, optimalisere systemstrukturen og designe delsystemene som kreves for å mestre materialkonverteringsprosessene.

Nanoteknologi

Nanoteknologi eller nanoteknologi er fortsatt et ungt felt, som kombinerer svært tverrfaglige områder fra fysikk , kjemi , biologi og prosessingeniør. Den omhandler stoffer og systemer som på grunn av størrelsen bare kan bestå av noen få molekyler . Nanopartikkelteknologi er spesielt viktig for prosessingeniør. På grunn av de små geometriske dimensjonene til nanopartikler, har de spesielle optiske og elektroniske egenskaper, som krever spesielle målemetoder, men kan også føre til nye applikasjoner. Et eksempel på disse partiklene er karbon -nanorør , som oppfører seg veldig annerledes enn z. B. grafittpartikler .

Se også

• Prosessindustri
• Separasjonsprosess (prosessingeniør)
• Prosessteknikk (tidsskrift)

litteratur

• Peter Grassmann: Fysiske grunnleggende om kjemisk ingeniørteknologi . Sauerlander, Frankfurt am Main 1961.
• Eckhart Blaß: VDI-Gesellschaft prosessingeniør og kjemiteknikk GVC-i går-i dag-i morgen . Saur, Düsseldorf 1984.
• Horst Chmiel (red.): Bioprozesstechnik . 2. utgave. Spektrum, München 2006, ISBN 3-8274-1607-8 .
• Hans Günther Hirschberg: Håndbok for prosessingeniør og anleggskonstruksjon. Kjemi, teknologi, økonomi . Springer, Berlin og Heidelberg 1999, ISBN 3-540-60623-8 .
• Georg Maybaum, Petra Mieth, Wolfgang Oltmanns, Rainer Vahland: Prosessteknikk og anleggsvirksomhet innen grunnteknikk og spesiell sivilingeniør. Vieweg og Teubner, 2. utgave 2011, 454 s.; ISBN 978-3-8348-1614-6 .

weblenker

• 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 bevis

1. ^ Kögl, Moser: Fundamentals of Process Engineering , Springer, 1981, s. 1.
2. ^ Electrochemistry Encyclopedia ( Memento av originalen fra 14. mai 2011 i Internettarkivet ) Info: Arkivkoblingen ble satt inn automatisk og er ikke kontrollert ennå. Vennligst sjekk originalen og arkivkoblingen i henhold til instruksjonene, og fjern deretter denne merknaden. @ 1 @ 2 Mal: Webachiv / IABot / electrochem.cwru.edu .
3. ^ "Regnbuens farger i bioteknologi" ( Memento av originalen fra 8. juni 2009 i Internettarkivet ) Info: Arkivkoblingen ble satt inn automatisk og er ikke kontrollert ennå. Vennligst sjekk originalen og arkivkoblingen i henhold til instruksjonene, og fjern deretter denne merknaden. @ 1 @ 2 Mal: Webachiv / IABot / www.chemie.de Artikkel på informasjonsnettstedet "chemie.de", (åpnet 3. desember 2009).
4. ↑ ^{a b} Applied Microbiology, Garabed Antranikian, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2006.