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化学工学はプロセス設計の基本となる工学で、原料から製品を作るためのものの流れ(狭義のプロセス)を具象化するために考えられた工学です。

化学工学を確立することで、以下の作業が可能となりました。

  1. 原料から製品を作るための手順(工程)を策定する。
  2. 工程に必要な機能を明らかにする。
  3. 機能を有する装置や機器を開発あるいは選択する。

工業的に生産されている化学物質は約10万種類あり、それぞれの生産プロセスに必要な装置や機器を1から設計することは限られた時間と経済的な面からあり得ないことです。

そこで化学プラントに共通する機能を抽出し、機能に係わる基礎理論と対応する装置の設計手法を決めました。それが化学工学の基本科目と応用科目です。

基本科目では化学や物理化学などの基本理論や現象を学習し、応用科目では化学機械の設計方法やプラント建設に係わる経済性評価を学習します。

化学工学の基礎と応用化学工学の基礎と応用
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化学工学とは何か

化学工学の特徴

化学工学は化学工業の発展を目的に形成された学問で、当初から実利的な学問であった。そのために”単位操作”という概念を導入して、現在ではエンジニアリングをより実務的かつ効率的なものに可能ならしめることに成功している。

この単位操作とは化学プロセスを構成する処置や操作を整理分類し、共通と見られる機能を一まとめにしたもので、例えば、「反応」とか「蒸留」などである。勿論、化学工学には「化学熱力学」や「流体工学」「伝熱工学」(機械工学と共通)などの基本的な工学体系があるが、それらの応用分野として先ほどの「反応」や「蒸留」以外に以下のような多くの”単位操作”が用意されている。その多さが故に”化学工学は難しい”と思わせている要因の一つになっている。

  1. 流動、混合、伝熱、加熱炉
  2. 蒸発、晶析、吸収、蒸留、抽出、沈降、圧搾、膜分離、吸着、イオン交換
  3. 反応。撹拌
  4. 調湿、乾燥、集塵

これら単位操作は上記の順番に従って「熱伝達と流体輸送:熱流動」、「分離」、「変換」と「その他」に分類しておく。

化学工学は社会が欲する物質を開発し製造することで、人類の生活をより豊かにしてきた。(勿論、火薬や毒薬など、人類の生存を脅かすような負の側面もあるが・・・)

例えば、マサチューセッツ工科大学化学工学科(Massachusetts Institute of Technology, Department of Chemical EngineeringWelcome)のホームページには以下のように記載されていました。(現在、MITのホームページからは削除されています)

Learn how we're transforminglives and changing the world.


意訳すると、

化学工学を学ぶことで、人類の生活を一変させ、世界を変えられるのだ。


また、以下のようにも書かれており、化学工学の将来性を示しています。(現在、MITのホームページからは削除されています)

Chemical engineering occupies a unique position at the interface between molecular sciences and engineering.

化学工学とは分子科学と工学を橋渡しできる唯一の立場を占めている。


つまり、既存の物質から新しい物質を創製し、その製造システム(プロセス)を経済原則に則って商業化することが化学工学の目的の一つである。

分子科学

分子科学とは、分子がその姿を変化させる化学反応の詳細や分子間の相互作用の本質を明らかにする学問である。この定義は分子科学研究所のホームページから引用したものです。