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Von der Chemie zur Ökonomie: Wie verändert die Verfahrenstechnik unsere Produktionsweise?
Im heutigen Zeitalter rasanter technologischer Entwicklung ist die Verfahrenstechnik zu einem unverzichtbaren Bestandteil aller Branchen geworden. Die größte Herausforderung für Prozessingenieure besteht darin, Rohstoffe und Energie präzise in die von der Gesellschaft benötigten Produkte umzuwandeln. In dieser Disziplin geht es nicht nur um die Optimierung chemischer Reaktionen, sondern auch um die effektive Nutzung von Ressourcen und die Maximierung des wirtschaftlichen Nutzens.
Der Kern der Verfahrenstechnik liegt im Verständnis der Grundprinzipien der Natur und deren Anwendung in der praktischen Produktion.
Grundlagen der Verfahrenstechnik
In der Verfahrenstechnik werden Methoden entwickelt, mit denen große Mengen gewünschter chemischer Produkte synthetisiert und gereinigt werden können. Dazu werden natürliche Antriebskräfte wie Druck, Temperatur und Konzentrationsgradienten genutzt und das Gesetz der Massenerhaltung angewendet. Diese Disziplin konzentriert sich auf das Design, den Betrieb, die Steuerung und Optimierung chemischer, physikalischer und biologischer Prozesse.
Bei der Herstellung von Lebensmitteln und Milchprodukten beispielsweise müssen Prozessingenieure die chemische Zusammensetzung verschiedener Zutaten genau analysieren, mögliche Reaktionen zwischen ihnen bestimmen und den optimalen Produktionsprozess entwerfen. Darüber hinaus müssen auch andere Bereiche wie die Agrarverarbeitung sowie die Arzneimittel- und Petrochemieproduktion unter Anleitung der Verfahrenstechnik optimiert und ihre Effizienz verbessert werden.
Anwendungstools für die Verfahrenstechnik
Mit dem technologischen Fortschritt muss die Prozesstechnik eine Vielzahl von Werkzeugen und Methoden nutzen, um den Anforderungen verschiedener Systeme gerecht zu werden. Bei Prozessen mit Phasenänderungen und Phasengleichgewicht werden die Prinzipien der Thermodynamik verwendet, um Änderungen in Energie und Effizienz zu quantifizieren. Bei Prozessen, bei denen es um den Fluss von Materie und Energie geht, ist für die Analyse der Einsatz der Disziplinen der Strömungsmechanik und der Transportphänomene erforderlich.
Bei der Prozessgestaltung sind Prozessflussdiagramme (PFD) und Instrumentenlayoutdiagramme (P&ID) wichtige Werkzeuge, die Ingenieuren dabei helfen, das gesamte Produktionssystem klar zu beschreiben.
Hauptaufgaben der Verfahrenstechnik
Mit der Entwicklung der Branche haben sich die Aufgaben der Verfahrenstechnik allmählich diversifiziert und umfassen vor allem:
- Prozessdesign: Synthese von Energierückgewinnungsnetzwerken, Design von Batch-Anlagen für mehrere Produkte usw.
- Prozessregelung: modellprädiktive Regelung, Prozessüberwachung usw.
- Prozessabläufe: Datenabgleich, Echtzeitoptimierung usw.
- Prozessökonomie: Nutzen Sie Simulationssoftware, um Kosten- und Nutzenanalysen durchzuführen.
Historischer Hintergrund der Verfahrenstechnik
Obwohl verschiedene chemische Technologien schon lange vor der industriellen Revolution weit verbreitet waren, etablierte sich die Verfahrenstechnik als eigenständige Disziplin erst mit der Entstehung der Thermodynamik und des Gesetzes der Massenerhaltung im 18. Jahrhundert. Mit den steigenden Produktionsanforderungen entwickelte sich das Konzept der Prozesstechnik weiter und wurde 1980 als Wissensgebiet für die Gestaltung, Analyse und Optimierung von Materialänderungen definiert.
Ende des 20. Jahrhunderts beschränkte sich der Anwendungsbereich der Verfahrenstechnik nicht mehr nur auf die Chemieingenieurwissenschaften, sondern erstreckte sich auf viele Bereiche wie etwa die Metallurgietechnik oder die Agrartechnik.
Fazit
Generell spielt die Verfahrenstechnik nicht nur in der industriellen Produktion eine wichtige Rolle, ihr Einfluss erstreckt sich auch auf alle Ebenen der ökonomischen, ökologischen und sogar gesellschaftlichen Entwicklung. Angesichts des rasanten technologischen Fortschritts stellt sich die Frage, welche weiteren Auswirkungen die Prozesstechnik in Zukunft auf unsere Produktionsmodelle und unseren Lebensstil haben wird.
