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Das Geheimnis der industriellen Transformation: Wie kann man die Gesetze der Natur nutzen, um aus Rohstoffen nützliche Produkte zu machen?
In der heutigen Industriegesellschaft ist die Prozesstechnik der Schlüssel zur Förderung von Produkttransformation und Innovation. Auf diesem Gebiet machen sich Experten Naturgesetze wie Druck-, Temperatur- und Konzentrationsgradienten zunutze, um Rohstoffe und Energie in für die Gesellschaft nützliche Produkte umzuwandeln. Verfahrenstechniker nutzen ihr Verständnis dieser Grundprinzipien sowie des Gesetzes der Massenerhaltung, um großtechnische Produktionsmethoden für die Synthese und Reinigung chemischer Zielprodukte zu entwickeln.
Zu den zentralen Anliegen der Verfahrenstechnik gehören die Gestaltung, Durchführung, Steuerung, Optimierung und Intensivierung chemischer, physikalischer und biologischer Prozesse.
Die Aufgaben der Prozessingenieure sind vielfältig. Ihr Fachwissen reicht von der landwirtschaftlichen Verarbeitung über die Lebensmittel- und Milchproduktion, die Bier- und Whiskeyherstellung, Kosmetik, Biopharmaka, die petrochemische Produktion, die Mineralverarbeitung bis hin zur Herstellung von Leiterplatten. . Mit diesen Berufen leisten Verfahrensingenieure einen wichtigen Beitrag für die Gesellschaft, indem sie Rohstoffe in eine breite Palette nutzbarer Produkte umwandeln.
Grundprozess der Verfahrenstechnik
In der Verfahrenstechnik werden vielfältige Werkzeuge und Methoden eingesetzt, um eine effiziente Produktion zu erreichen. Abhängig von der genauen Art des Systems muss der Prozess mithilfe von Mathematik und Informatik simuliert und modelliert werden. So erfordern etwa Prozesse, die Phasenwechsel und Phasengleichgewicht beinhalten, eine Analyse der Energie- und Wirkungsgradänderungen auf der Grundlage thermodynamischer Prinzipien, während Prozesse, bei denen es um Material- und Energieflüsse geht, üblicherweise mithilfe von Disziplinen wie der Strömungsmechanik analysiert werden.
Ein Prozessflussdiagramm (PFD) dient zur Darstellung des Materialflussweges, der Lagereinrichtungen und der Umwandlungsschritte. Durch dieses Diagramm können die wichtigsten Informationen des Prozesses verdeutlicht werden.
Am Anfang des Prozesses steht die Erstellung eines PFD, gefolgt vom Rohrleitungs- und Instrumentierungsdiagramm (P&ID), das einen tieferen Einblick in den eigentlichen Prozess bietet. P&ID kann die Funktionsweise jeder Anlage klar darstellen und spielt daher eine wichtige Leitfunktion bei der Planung. Darüber hinaus sind weitere Ingenieurdisziplinen beteiligt, wie etwa Bauingenieure, die die Fundamentplanung und Erdarbeiten durchführen.
Schwerpunkte der Verfahrenstechnik
Verfahrenstechnische Tätigkeiten lassen sich in verschiedene Bereiche unterteilen, darunter:
- Prozessdesign: Netzwerke zur Rückgewinnung synthetischer Energie, Destillationssysteme usw.
- Prozesskontrolle: modellprädiktive Regelung, statistische Prozesskontrolle usw.
- Prozessabläufe: Datenabgleich, Echtzeitoptimierung usw.
- Prozessökonomie: Nutzen Sie Simulationssoftware zur Analyse der Wirtschaftlichkeit von Industrieanlagen.
- Prozessdatenanalyse: Wenden Sie maschinelles Lernen an, um Fertigungsprobleme zu lösen.
Das Wesen der Verfahrenstechnik besteht darin, Effizienz zu gewährleisten, gleichzeitig die natürlichen Ressourcen rational zu nutzen und wirtschaftliche Vorteile zu schaffen.
Die Geschichte der Verfahrenstechnik
Verfahrenstechniken werden in industriellen Prozessen bereits seit Tausenden von Jahren eingesetzt, ihre wahre Entwicklung begann jedoch erst in den 1780er Jahren mit der Entstehung der Thermodynamik und des Gesetzes der Massenerhaltung. Mit dem Fortschreiten der industriellen Revolution nahm diese Disziplin allmählich Gestalt an und wuchs und entwickelte sich im Laufe der Jahrzehnte. In den 1980er Jahren wurde Verfahrenstechnik definiert als „das Wissen über Entwurf, Analyse, Entwicklung, Konstruktion und Anwendung von Strategien zur Erzielung optimaler Effizienz bei der Umwandlung von Materie.“
Im 21. Jahrhundert beschränkt sich der Anwendungsbereich der Verfahrenstechnik nicht mehr nur auf die chemische Verfahrenstechnik, sondern erstreckt sich auch auf viele Bereiche wie die Metallurgietechnik, Agrartechnik und Produkttechnik und zeigt so ihr breites Anwendungspotenzial.
Blick in die Zukunft der Verfahrenstechnik
Mit dem Fortschritt von Wissenschaft und Technologie wird die Frage, wie die Verfahrenstechnik auf die sich ständig ändernden gesellschaftlichen Bedürfnisse reagiert, eine wichtige Richtung künftiger Forschung sein. Angesichts zunehmender Umweltauflagen und begrenzter Ressourcen müssen Prozessingenieure innovative Wege finden, um das Wissen aus verschiedenen Disziplinen zu kombinieren und danach zu streben, die Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit des Prozesses zu verbessern.
Können uns all diese Veränderungen eine bessere Zukunft bringen?
