طراحی فرآیند چیست؟ (کاملترین مرجع مهندسی طراحی فرآیند)
- توانایی های فارغ التحصیلان مهندسی فرآیند
- دروس اصلی مهندسی فرآیند
- نرم افزارهای طراحی فرآیند
- نقشه های مرجع در طراحی فرآیند
- انواع نقشه ها در طراحی فرآیند
- نقشهBFD یا Block flow diagram
- نقشه PFD یا Process flow diagram
- نقشهP&ID یا Piping and instrumentation diagram
- شبیه سازی فرآیند (Process simulation)
- شبیه سازی فرآیند (Process simulation)
- شبیه سازی فرآیند (Process simulation)
- مراحل شبیه سازی فرآیند
- نرم افزارهای پرکاربرد در مهندسی فرآیند
- بازار کار رشته مهندسی شیمی گرایش طراحی فرآیند
مهندسی شیمی که خود برگرفته از مهندسی مکانیک است در مقطع کارشناسی ارشد دارای حداقل شش گرایش است. در مقطع کارشناسی‌ارشد (فوق لیسانس) دروس مشترک زیادی با مهندسی مکانیک سیالات دارد.
طراحی فرآیند (Process design) یکی از زیرشاخه‌ها و گرایش‌های مهندسی شیمی است که در زمینه تبدیل مواد شیمیایی، واکنش‌های شیمیایی، فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی می‌پردازد. این گرایش جزو محبوب ترین گرایش های این رشته هست که بین مهندسان شیمی طرفدار بسیار زیادی دارد.
در گرایش طراحی فرآیند مواد اولیه خام و کم ارزش را به محصولات با ارزش افزوده بالا تبدیل می‌کنیم. مهندس فرآیند به کسی گفته می‌شود که این مراحل را انجام دهد.
دانشجویان این گرایش در دانشگاه با اصول طراحی واکنش‌های شیمیایی (Basic Design)، مدلسازی و شبیه‌سازی واکنش‌ها (Simulation) آشنا شده و هدف این است که پس از فارغ التحصیلی بتوانند این فرایند خاص را طراحی کنند.
توانایی های فارغ التحصیلان مهندسی فرآیند
به طور کلی این گرایش نقش اساسی در طراحی یک واحد صنعتی نظیر پالایشگاه و پتروشیمی و صنایع مشابه را دارد. تولید و توسعه نقشه های P&ID، طراحی مبدل حرارتی (Heat Exchanger)، طراحی برج های تقطیر (Distillation Tower)، طراحی پمپ (Pump)، خنک کننده (Cooling Tower) و طراحی راکتور (Reactor) و … همه در حیطه مهندس فرآیند است.
بهینه‌سازی واکنش‌ها (Optimization)، هزینه (Capital Cost) و مسائل اقتصادی واکنش های شیمیایی نیز بخش دیگر کار مهندس فرآیند هست.
دروس اصلی مهندسی فرآیند
دروس این رشته در دانشگاه دارای 32 واحد درسی، 2 واحد سمینار و 6 واحد پایان نامه می باشد که از میان آن ها درس های زیر جزو مهم ترین ها هستند.
- دروس انتقال حرارت
- طراحی راکتور
- عملیات واحد سینتیک
- انتقال جرم
نرم افزارهای طراحی فرآیند
مهندسان طراحی فرآیند باید به نرم افزارهای Aspen Hysys و Aspen Plus و همینطور COMSOL و PDMS، تسلط خیلی خوبی داشته باشند تا بتوانند شانس خود را در آگهی‌های استخدامی بالاتر ببرند.
نقشه های مرجع در طراحی فرآیند
یک مهندس طراحی فرآیند می‌بایست به انواع نقشه‌های فرآیندی که زیر مجموعه طراحی پایه (Basic Design) و طراحی تفصیلی (Detailed Design) هستند تسلط کافی داشته باشد.
انواع نقشه ها در طراحی فرآیند
در ادامه با سه تا از مهم ترین نقشه های مهندسی فرآیند آشنا خواهیم شد.
نقشهBFD یا Block flow diagram
این سند مجموعه ای از نمودارهای بسیار ساده است و متشکل از تعدادی مستطیل و خط است که مواد اصلی و جریان های انرژی را نشان می دهد.
نقشه BFD اولین نقشه واحدهای فرآیندی محسوب می شود که تمام فرآیند را در نمودارهای بلوکی متشکل از تعدادی مستطیل نشان می دهد. این نقشه ها جزو ساده ترین و گویاترین نقشه ها هستند. در این نقشه ها ورودی مواد خام اولیه از واحدهای مختلف فرآیندی به همراه ظرفیت اسمی هر یک ارائه می شود. نقشه های BFD زیر بنای اصلی سایر نقشه های فرآیندی محسوب می گردد. در زیر بخشی از یک نقشه BFD ارائه شده است.
نقشه PFD یا Process flow diagram
نقشه های PFD شامل خطوط جریان (Stream Line) و واحدهای عملیاتی اصلی هستند. واحدهای عملیاتی غیر اصلی در نقشه های دیگری ارائه می گردد. در اسناد PFD موازنه ماده و انرژی را در جدول Heat & Material Balance ارائه می شود. در زیر یک بخشی از یک نمونه نقشه PFD ارائه شده است.
در این اسناد معمولا موازنه ماده و گاهی اوقات موازنه انرژی هم آورده می شود.
نقشهP&ID یا Piping and instrumentation diagram
در نقشه های P&ID تمام لاین ها و خطوط لوله از بین هر تجهیز به همراه یک مشخصه واحد که به آن کلاس لوله (Pipe Class) گفته می شود نشان داده می شود. اندازه قطر لوله ها، نوع عایق استفاده شده، تجهیزات ابزاردقیق نصب شده در مسیر، و تمام اطلاعات اصلی که یک واحد فرآیندی به آن نیاز دارد را در این مدرک می توان مشاهده نمود. در زیر یک نمونه نقشه P&ID در مهندسی فرآیند را نشان دادیم.
شبیه سازی فرآیند (Process simulation)
مهندسان طراحی فرآیند می توانند با استفاده از مدلسازی یک فرآیند، ایرادات و نقاط ضعف طراحی را مشخص کرده و اصلاحات مورد نیاز را انجام دهند. بهینه‌سازی فرآیند از دیگر اقداماتی است که مهندسان فرآیند با استفاده از شبیه‌سازی فرآیند انجام می دهند.
نمودارهای جریان یا Flow Diagram ها می توانند فرآیندهای مختلف را به ما نشان دهند. با استفاده از نرم افزارهای شبیه‌ساز فرآیند می توان موازنه ی انرژی و ماده را انجام داد
شبیه سازی فرآیند (Process simulation)
مهندسان طراحی فرآیند می توانند با استفاده از مدلسازی یک فرآیند، ایرادات و نقاط ضعف طراحی را مشخص کرده و اصلاحات مورد نیاز را انجام دهند. بهینه‌سازی فرآیند از دیگر اقداماتی است که مهندسان فرآیند با استفاده از شبیه‌سازی فرآیند انجام می دهند.
نمودارهای جریان یا Flow Diagram ها می توانند فرآیندهای مختلف را به ما نشان دهند. با استفاده از نرم افزارهای شبیه‌ساز فرآیند می توان موازنه ی انرژی و ماده را انجام داد
شبیه سازی فرآیند (Process simulation)
مهندسان طراحی فرآیند می توانند با استفاده از مدلسازی یک فرآیند، ایرادات و نقاط ضعف طراحی را مشخص کرده و اصلاحات مورد نیاز را انجام دهند. بهینه‌سازی فرآیند از دیگر اقداماتی است که مهندسان فرآیند با استفاده از شبیه‌سازی فرآیند انجام می دهند.
نمودارهای جریان یا Flow Diagram ها می توانند فرآیندهای مختلف را به ما نشان دهند. با استفاده از نرم افزارهای شبیه‌ساز فرآیند می توان موازنه ی انرژی و ماده را انجام داد
مراحل شبیه سازی فرآیند
شبیه سازی فرآیند به دو حالت انجام می‌شود.
- شبیه سازی پایا Steady State
در شبیه‌سازی پایا و به طور کلی شرایط Steady State فرآیند وابسته به زمان نیست و در تمامی معادلات تغییرات نسبت به زمان برابر با صفر است.
- شبیه سازی دینامیک (Unsteady State)
در حالت دینامیک ابتدا شرایط مساله را پایا در نظر گرفته و سپس پارامترهای حالت دینامیک را به آن اضافه می نماییم و در نهایت مساله را برای حالت دینامیک حل می‌کنیم. در این حالت نرم افزارها برای اجرای محاسبات ریاضی به زمان بیش‌تری نیاز دارند.
نمودارهای جریان یا Flow Diagram ها می توانند فرآیندهای مختلف را به ما نشان دهند. با استفاده از نرم افزارهای شبیه‌ساز فرآیند می توان موازنه ی انرژی و ماده را انجام داد
نرم افزارهای پرکاربرد در مهندسی فرآیند
نرم افزارهای زیر جزو پرکاربردترین نرم افزارهای این رشته در صنایع پالایشگاهی و پتروشیمی محسوب می‌گردند.
- Aspen HYSYS
- AspenPlus
- COMSOL Multiphysics
- Aspen B-JAC
- aspen HTFS
- aspen adsim
- Apros
- Petrosim
- aspen HTFS
- ProMax
- PDMS
- ProMax
- ProSimPlus
- …
بازار کار رشته مهندسی شیمی گرایش طراحی فرآیند
معمولا فارغ التحصیلان رشته مهندسی شیمی و تمام گرایش‌های آن همانند دیگر رشته های مهندسی، می بایست قبل از دوران فارغ التحصیلی و در حین دوران تحصیل در دانشگاه، تمامی مهارت‌های لازم برای ورود به بازار کار را کسب نمایند. همانطور که میدانید متاسفانه تمامی آموزش‌هایی که در دوران تحصیل در دانشگاه به دانشجویان ارائه می‌گردد جوابگوی بازار کار متناسب با آن فعالیت نیست. بنابراین دانشجویان این رشته ها ناگزیر به گذراندن مهارت‌های لازم از موسسات دیگر و اساتیدی که از نزدیک در صنایع فعالیت دارند می‌شوند.
مهندسان فارغ التحصیل رشته مهندسی فرآیند می‌توانند در صنایع زیر مشغول به فعالیت شوند.
- صنایع پالایشی
- صنایع پتروشیمی
- صنایع غذایی
- صنایع نفت، گاز و …
