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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

化学工学と化学工業(その発展と今後)

化学工業が誕生してから今日に至る発展の様子はエネルギー資源の変遷と密接な関係にあった。
18世紀に入って蒸気機関が発明され、石炭が燃料として大量に使用されるようになった。また石炭を乾留して作ったコークスを使うことで、その高い発熱量から製鉄法が格段の進歩を果たした。その後19世紀後半には、コークス製造の副産物であるコールタールから染料であるインジゴが合成出来るようになり染料工業はドイツを中心に発展した。
このように石炭化学工業が産声を上げてから半世紀に後には中近東を中心に発見された石油の時代に移り、それに伴って石油化学工業が誕生し、現在に至っている。

化学工業は石炭、石油、そして天然ガスとエネルギー資源の変遷と轍を同じに発展してきている。現在、化学基礎原料として使用されているエチレンの消費量は年間で約1億トンにも達している。また、肥料工業の基礎原料であるアンモニアも人口の増加に対応する形で、その世界中での消費量は1.5億トンに達している。

このように盛況を極めている化学工業であるが、ご存じのように「環境およびエネルギー問題」から大きく変わろうとしている。下図の世界全体における一次エネルギーの消費構成を見るとわかるように、化石燃料の占める割合は88%に達している。(出典:BP Statistical Review of World Energy June 2009




また、石油や天然ガスを原料として化学繊維、合成樹脂、合成洗剤、化学肥料などが製造され、その商品なしには生活できない状況になっている。エネルギーソースをバイオマスなどの再生可能エネルギーなどに転換しようとしているが、それでは不十分であり、化学繊維など合成物質の原料も石油などから別のソースに変えていかなければ、将来、エネルギーソースとマテリアルソースとのせめぎ合いになることは必至であろう。


そのためにも化学工学はマテリアルソースの転換を行い、長期的な展望に立って新しい化学体系を構築する必要がある。すでにエチレンはナフサベースから天然ガスを原料としたエタンベースに転換しようとしている。ただし、石油の採掘可能年数は42年、天然ガスが60年といわれており、残された時間は産業革命以来の年数(約170年)に比べると1/4~1/3と短い。

日本の化学工業

JICA 日本化学工業協会には日本国内の化学工業界に関する情報が集められています。特に「グラフで見る日本の化学工業」には2009年から2017年までの小冊子(PDF、日本語と英語)が用意されています。