Chapitre 1 : Génie chimique
Le génie chimique est un sous-domaine du génie qui se concentre sur l'étude du fonctionnement et de la conception des installations chimiques, ainsi que sur les stratégies qui peuvent être utilisées pour améliorer la production. Afin de transformer les matières premières en produits bénéfiques, les ingénieurs chimistes conçoivent des procédures commerciales à la fois rentables et efficaces. Les principes de la chimie, de la physique, des mathématiques, de la biologie et de l'économie sont utilisés dans le domaine du génie chimique afin d'utiliser, de fabriquer, de concevoir, de transporter et de transformer efficacement l'énergie et les matériaux. Les ingénieurs chimistes sont responsables d'une grande variété de tâches, y compris l'application de la nanotechnologie et des nanomatériaux en laboratoire, ainsi que le développement de processus industriels à grande échelle qui transforment l'énergie, les matières premières, les cellules vivantes et les microbes en formes et produits utiles. Les ingénieurs chimistes sont impliqués dans de nombreux aspects de la conception et de l'exploitation des installations. Certains de ces aspects comprennent l'évaluation de la sécurité et des risques, la conception et l'analyse des processus, la modélisation, l'ingénierie de contrôle, l'ingénierie des réactions chimiques, l'ingénierie nucléaire, l'ingénierie biologique, les spécifications de construction et les instructions d'utilisation.
La plupart du temps, les ingénieurs chimistes ont un diplôme en génie chimique ou en génie des procédés à leur nom. Les ingénieurs qui travaillent activement dans le domaine peuvent détenir des certifications professionnelles et être membres d'un organisme professionnel accrédité. Des institutions telles que l'American Institute of Chemical Engineers (AIChE) et l'Institution of Chemical Engineers (IChemE) sont des exemples de telles organisations. Un diplôme en génie chimique est directement lié à tous les autres domaines de l'ingénierie, à des degrés divers, et ce lien est extrêmement fort.
James F. Donnelly est cité dans un article de 1996 pour avoir cité une référence au génie chimique de 1839 qui a été faite à propos de la fabrication de l'acide sulfurique. En revanche, le mot a été attribué à George E. Davis, un consultant anglais, dans le même rapport. Davis a été crédité d'avoir utilisé le terme pour la première fois. Une Société de génie chimique était une autre organisation que Davis a tenté de créer ; néanmoins, elle a finalement été rebaptisée Society of Chemical Industry (1881), et Davis en a été le premier secrétaire. Une encyclopédie cite l'année 1890 comme l'époque à laquelle l'expression a été utilisée pour la première fois dans l'histoire de la science aux États-Unis. Après l'année 1850, le terme « génie chimique » en ce qui concerne l'utilisation d'appareils mécaniques dans l'industrie chimique est devenu un terme de vocabulaire répandu en Angleterre. En 1910, le terme « ingénieur chimiste » était déjà largement utilisé aux États-Unis et au Royaume-Uni.
Dans les années 1940, il est devenu très évident que le développement de réacteurs chimiques ne pouvait pas être accompli uniquement par l'utilisation d'opérations unitaires. Malgré le fait que les opérations unitaires ont continué à être le sujet le plus fréquemment abordé dans les cours de génie chimique aux États-Unis et au Royaume-Uni jusque dans les années 1960, une attention croissante a commencé à être accordée aux phénomènes de transport. Parallèlement à la définition d'autres idées nouvelles, telles que l'ingénierie des systèmes de processus (PSE), un « deuxième paradigme » a également été proposé. En génie chimique, les phénomènes de transport ont fourni une approche analytique, tandis que l'ingénierie des sciences des procédés (PSE) s'est concentrée sur les composants synthétiques du domaine, tels que ceux d'un système de contrôle et de la conception des procédés. Bien que le secteur pétrochimique ait été le principal moteur des progrès du génie chimique qui ont eu lieu avant et après la Seconde Guerre mondiale, d'autres domaines ont également fait des progrès significatifs dans leurs propres domaines. Dans les années 1940, par exemple, les développements de l'ingénierie biochimique ont trouvé des applications dans le secteur pharmaceutique. Ces progrès ont permis de fabriquer une grande variété d'antibiotiques en grandes quantités, notamment la pénicilline et la streptomycine. Pendant ce temps, les développements de la science des polymères au cours des années 1950 ont ouvert la voie au début de « l'ère des plastiques ».
C'est également au cours de cette période que des préoccupations ont été soulevées quant à la sécurité des usines de fabrication de produits chimiques à grande échelle ainsi qu'à leur influence sur l'environnement. Les lecteurs ont été sensibilisés aux conséquences potentiellement dangereuses du DDT, un puissant insecticide, lorsque le livre Printemps silencieux a été publié pour la première fois en 1962. L'accident survenu à Flixborough, au Royaume-Uni, en 1974, a causé la mort de 28 personnes et des dommages à une usine chimique ainsi qu'à trois communautés situées à proximité. Près de quatre mille personnes ont perdu la vie à la suite de la tragédie de Bhopal qui s'est produite en Inde en 1984. En raison de l'accent mis sur la sécurité industrielle et la protection de l'environnement, la réputation du commerce a été négativement affectée par ces événements ainsi que par d'autres incidents survenus dans l'industrie. En réaction, le Conseil international des ingénieurs chimistes a exigé que la sécurité soit intégrée dans chacun des programmes d'études qu'il a accrédités après l'année 1982. Un certain nombre de pays, dont les États-Unis d'Amérique, la France et l'Allemagne, avaient déjà mis en place des réglementations et des organismes de surveillance au moment où les années 1970 sont arrivées. Au fil du temps, l'application méthodique des principes de sécurité aux installations chimiques et autres installations de traitement a été reconnue comme un domaine d'étude distinct, généralement appelé sécurité des procédés.
Le développement de l'informatique a conduit à la création de programmes qui facilitent le processus de planification et d'entretien des installations. Ces applications simplifient les calculs et les dessins qui étaient auparavant effectués manuellement. De plus, l'achèvement du projet du génome humain est considéré comme une avancée importante, car il contribue non seulement à l'avancement du génie chimique, mais aussi du génie génétique et de la génomique. Des quantités de séquences d'ADN ont été fabriquées en utilisant l'application de principes issus du domaine du génie chimique.
La pratique du génie chimique nécessite l'application d'un certain nombre de principes différents. Les concepts essentiels sont décrits ci-dessous.
La conception en génie chimique fait référence au processus d'élaboration de conceptions, de spécifications et d'évaluations économiques pour des usines pilotes, de nouvelles usines ou des modifications d'installations existantes par des ingénieurs chimistes. Dans de nombreux cas, les ingénieurs de conception sont employés dans des capacités de conseil, concevant des installations pour répondre aux exigences des clients. Un certain nombre d'éléments, tels que le financement, les règles gouvernementales et les exigences de sécurité, contribuent tous aux contraintes auxquelles le design est confronté. Le choix du processus, des matériaux et de l'équipement à utiliser dans une usine est déterminé par ces limites.
L'ampleur de l'investissement dépend de la question de savoir si les ingénieurs ou les chefs de projet sont responsables de la coordination du développement de l'usine. Il est possible pour un ingénieur chimiste de travailler en tant qu'ingénieur de projet à temps plein ou à temps partiel, ce qui nécessite une formation et des capacités supplémentaires pour le travail. De plus, un ingénieur chimiste peut également servir de consultant au groupe de projet. L'enseignement de l'ingénierie de projet n'est généralement pas mis en avant dans l'éducation des diplômés en génie chimique qui ont obtenu leur diplôme à l'issue de programmes de baccalauréat accrédités par l'American Board of Education and Training (ABET). La formation en ingénierie de projet peut être obtenue par le biais de formations spécialisées, de cours optionnels ou de programmes d'études supérieures. Les emplois en ingénierie de projet sont parmi les types d'opportunités d'emploi les plus courants pour les ingénieurs chimistes.
Dans le domaine du génie chimique, une opération unitaire est une étape physique qui se produit dans le cadre d'un processus individuel. La préparation des réactifs, la purification et la séparation de leurs produits, le recyclage des réactifs non utilisés et la gestion du transfert d'énergie dans les réacteurs sont tous réalisés grâce à l'utilisation d'opérations unitaires. Ces processus comprennent la cristallisation, la filtration, le séchage et l'élimination de l'eau. D'autre part, un processus unitaire est l'équivalent chimique d'une opération unitaire. Un processus unitaire est une opération unitaire. Les processus unitaires sont inclus dans la définition d'une opération de processus, au même titre que les opérations unitaires. La transformation des matériaux par des procédés biochimiques, thermochimiques et autres fait partie intégrante des processus unitaires....
