Технологическая инженерия — это понимание и применение фундаментальных принципов и законов природы , которые позволяют людям преобразовывать сырье и энергию в продукты , полезные для общества, на промышленном уровне . [1] Используя движущие силы природы, такие как градиенты давления , температуры и концентрации , а также закон сохранения массы , инженеры-технологи могут разрабатывать методы синтеза и очистки больших количеств желаемых химических продуктов. [1] Технологическая инженерия фокусируется на проектировании, эксплуатации, контроле, оптимизации и интенсификации химических, физических и биологических процессов. Их работа включает анализ химического состава различных ингредиентов и определение того, как они могут реагировать друг с другом. Инженер-технолог может специализироваться в ряде областей, включая следующие:
-Переработка сельскохозяйственной продукции -Производство продуктов питания и молочных продуктов -Производство пива и виски -Производство косметики -Производство фармацевтической продукции -Нефтехимическое производство -Переработка полезных ископаемых -Производство печатных плат
Технологическая инженерия подразумевает использование множества инструментов и методов. В зависимости от точной природы системы процессы необходимо моделировать и моделировать с использованием математики и компьютерной науки. Процессы, в которых важны фазовые изменения и фазовые равновесия, требуют анализа с использованием принципов и законов термодинамики для количественной оценки изменений энергии и эффективности. Напротив, процессы, которые фокусируются на потоке материала и энергии по мере приближения к равновесию, лучше всего анализируются с использованием дисциплин механики жидкости и явлений переноса. Дисциплины в области механики необходимо применять в присутствии жидкостей или пористых и дисперсных сред. Принципы материаловедения также необходимо применять, когда это уместно. [1]
Производство в области технологического проектирования включает в себя реализацию этапов синтеза процесса. [2] Независимо от точных требуемых инструментов, технологическое проектирование затем форматируется с использованием схемы технологического процесса (PFD), где указаны пути движения материалов , оборудование для хранения (такое как резервуары и силосы), преобразования (такие как ректификационные колонны , приемные/напорные резервуары, смешивание, разделение, перекачка и т. д.) и скорости потока , а также список всех труб и конвейеров и их содержимого, свойства материалов, такие как плотность , вязкость , распределение размеров частиц , скорости потока, давления, температуры и материалы конструкции для трубопроводов и операций установки . [1]
Затем схема технологического процесса используется для разработки схемы трубопроводов и приборов (P&ID), которая графически отображает фактический происходящий процесс. P&ID должны быть более сложными и конкретными, чем PFD. [3] Они представляют собой менее запутанный подход к проектированию. Затем P&ID используется в качестве основы для разработки «руководства по эксплуатации системы» или « спецификации функционального проектирования », которая описывает работу процесса. [4] Она направляет процесс посредством работы оборудования, безопасности при проектировании, программирования и эффективной коммуникации между инженерами. [5]
На основе P&ID можно показать предлагаемую компоновку (общую компоновку) процесса сверху ( план участка ) и сбоку (фасад), а также привлечь других инженеров-специалистов, таких как инженеры-строители для работ на площадке (земляные работы), проектирование фундамента, проектирование бетонных плит, металлоконструкций для поддержки оборудования и т. д. Вся предыдущая работа направлена на определение объема проекта, затем на разработку сметы расходов для установки конструкции и графика для информирования о временных потребностях для проектирования, закупки, изготовления, установки, ввода в эксплуатацию, запуска и текущего производства процесса.
В зависимости от необходимой точности оценки стоимости и требуемого графика, несколько итераций проектов обычно предоставляются клиентам или заинтересованным сторонам, которые возвращают свои требования. Инженер-технолог включает эти дополнительные инструкции (изменения объема) в общий проект и дополнительные оценки стоимости, а графики разрабатываются для утверждения финансирования. После утверждения финансирования проект выполняется через управление проектами . [6]
Деятельность по технологическому проектированию можно разделить на следующие дисциплины: [7]
Различные химические методы использовались в промышленных процессах с незапамятных времен. Однако только с появлением термодинамики и закона сохранения массы в 1780-х годах технологическая инженерия была должным образом разработана и внедрена как отдельная дисциплина. Набор знаний, который сейчас известен как технологическая инженерия, был выкован методом проб и ошибок на протяжении всей промышленной революции. [1]
Термин процесс , как он относится к промышленности и производству, восходит к 18 веку. В этот период времени спрос на различные продукты начал резко расти, и инженерам-технологам требовалось оптимизировать процесс, в котором эти продукты создавались. [1]
К 1980 году концепция технологического проектирования возникла из того факта, что методы и практики химической инженерии использовались в различных отраслях промышленности. К этому времени технологическое проектирование было определено как «набор знаний, необходимых для проектирования, анализа, разработки, построения и эксплуатации оптимальным образом процессов, в которых материал изменяется». [1] К концу 20-го века технологическое проектирование расширилось от технологий, основанных на химической инженерии, до других приложений, включая металлургическое машиностроение , сельскохозяйственное машиностроение и проектирование продуктов .