రసాయన శాస్త్రం సాంకేతిక

కెమికల్ ఇంజనీరింగ్ (Chemical engineering) అనేది ఇంజనీరింగ్ లో ఒక ముఖ్యమైన విభాగం. దీని తెలుగు అనువాదం  రసాయన శాస్త్ర సాంకేతికత అని చెప్పవచ్చు. ఈ విభాగం ప్రధానంగా రసాయన కర్మాగారాలను ఎలా నిర్మించాలి, వాటిని ఎలా విజయవంతంగా నడపాలి అనే అంశాల గురించి చర్చిస్తుంది. ఉత్పత్తిని మెరుగుపరచడానికి కొత్త మార్గాలను కూడా ఇది అన్వేషిస్తుంది.

రసాయన ఇంజనీర్లు ముడి పదార్థాలను (Raw materials) మనకు ఉపయోగపడే ఉత్పత్తులుగా మార్చడానికి మార్గాలను కనుగొంటారు. ఉదాహరణకు, భూమి నుండి తీసిన ముడి చమురును పెట్రోల్, డీజిల్, ప్లాస్టిక్ వంటి పదార్థాలుగా మార్చడంలో వీరి పాత్ర చాలా కీలకం. ఈ ప్రక్రియలు సురక్షితంగా ఉండేలా చూడటం, తక్కువ ఖర్చుతో ఎక్కువ లాభం వచ్చేలా ప్రణాళికలు వేయడం వీరి ప్రధాన బాధ్యత.

కెమికల్ ఇంజనీరింగ్ అనేక రకాల శాస్త్రాల కలయికతో పనిచేస్తుంది. ఇందులో రసాయన శాస్త్రం, భౌతిక శాస్త్రం, జీవశాస్త్రం వంటి ప్రాథమిక విజ్ఞాన శాస్త్రాలు ఉంటాయి. వీటితో పాటు గణితం, అర్థశాస్త్రం (Economics) కూడా చాలా అవసరం. శక్తిని, పదార్థాలను ఒక రూపం నుండి మరొక రూపానికి మార్చడానికి ఇంజనీర్లు ఈ విద్యను ఉపయోగిస్తారు. వీరి పని చాలా చిన్న స్థాయిలో, అంటే నానో టెక్నాలజీ (అతి సూక్ష్మమైన అణువుల స్థాయి) నుండి, పరిశ్రమలలోని భారీ యంత్రాల వరకు విస్తరించి ఉంటుంది. ఈ కర్మాగారాలు రసాయనాలను, జీవ కణాలను మనం ప్రతిరోజూ వాడే వస్తువులుగా మారుస్తాయి.

ఈ ఇంజనీర్లు అనేక రకాల పనులను చేస్తారు. ప్రమాదాలు జరగకుండా భద్రతను పర్యవేక్షిస్తారు. ఫ్యాక్టరీల అమరిక (Layout) ఎలా ఉండాలో డిజైన్ చేస్తారు. ఫ్యాక్టరీని నిర్మించకముందే అది ఎలా పనిచేస్తుందో తెలుసుకోవడానికి కంప్యూటర్ నమూనాలను (Computer models) ఉపయోగిస్తారు. చాలా మంది కెమికల్ ఇంజనీర్లు కెమికల్ ఇంజనీరింగ్‌లో లేదా ప్రాసెస్ ఇంజనీరింగ్‌లో డిగ్రీ పొందుతారు. వీరు తరచుగా American Institute of Chemical Engineers (AIChE) వంటి అంతర్జాతీయ సంస్థలలో సభ్యులుగా ఉంటారు.

 పేరు వెనుక చరిత్ర (Etymology) 
"కెమికల్ ఇంజనీరింగ్" అనే పేరు చాలా కాలం నుండి వాడుకలో ఉంది. 1839వ సంవత్సరంలో, సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లం తయారీ గురించి రాసిన ఒక పత్రంలో ఈ పేరు మొదటిసారిగా కనిపించింది. అయినప్పటికీ, ఈ విభాగాన్ని ఒక ప్రత్యేక రంగంగా మార్చిన వ్యక్తి George E. Davis (జార్జ్ ఇ. డేవిస్) అని చాలా మంది నమ్ముతారు. ఆయన ఇంగ్లాండ్‌కు చెందిన ఒక నిపుణుడు.

డేవిస్ 1881లో కెమికల్ ఇంజనీర్ల కోసం ఒక ప్రత్యేక సమూహాన్ని ప్రారంభించాలని ప్రయత్నించారు. కానీ అది అప్పట్లో Society of Chemical Industry అనే పేరుతో ఏర్పడింది. ఆ సంస్థకు ఆయనే మొదటి కార్యదర్శిగా పనిచేశారు. 1850 నాటికి, ఇంగ్లాండ్‌లో రసాయన కర్మాగారాల్లో వాడే పనిముట్లను వివరించడానికి ఈ పదాన్ని ఉపయోగించేవారు. 1890 నాటికి అమెరికాలో కూడా ఈ పేరు బాగా ప్రాచుర్యం పొందింది. 1910 నాటికి బ్రిటన్, అమెరికా దేశాలలో "కెమికల్ ఇంజనీర్" అనేది ఒక అధికారిక వృత్తిగా గుర్తింపు పొందింది.

 చరిత్ర 

కెమికల్ ఇంజనీరింగ్ చరిత్ర అనేక దశలను దాటుకుంటూ వచ్చింది. మొదట్లో ఇది కేవలం సాధారణ రసాయన శాస్త్రం, ప్రాథమిక యంత్రాల కలయికగా ఉండేది. కాలక్రమేణా ఇది చాలా ఆధునికమైనదిగా మారింది.

 కొత్త ఆలోచనలు, మార్పులు 
1940వ దశకంలో, ఇంజనీర్లు కేవలం "యూనిట్ ఆపరేషన్స్" (Unit operations) మాత్రమే సరిపోవని గుర్తించారు. యూనిట్ ఆపరేషన్స్ అంటే వడపోత (Filtering) లేదా వేడి చేయడం (Heating) వంటి చిన్న చిన్న పనులు. దీనికి బదులుగా వారు ట్రాన్స్‌పోర్ట్ ఫినామినా అనే అంశాన్ని అధ్యయనం చేయడం ప్రారంభించారు. ఇది వేడి, ద్రవ్యరాశి (Mass), శక్తి ఒక చోటు నుండి మరొక చోటుకి ఎలా ప్రయాణిస్తాయో వివరిస్తుంది. ఈ అవగాహన వల్ల రసాయన రియాక్టర్లను మరింత మెరుగ్గా తయారు చేయడం సాధ్యపడింది.


రెండవ ప్రపంచ యుద్ధం తర్వాత, పెట్రోకెమికల్ పరిశ్రమ చాలా వేగంగా అభివృద్ధి చెందింది. ఈ పరిశ్రమ ముడి చమురు, సహజ వాయువు నుండి రకరకాల ఉత్పత్తులను తయారు చేస్తుంది. ఇదే సమయంలో బయోకెమికల్ ఇంజనీరింగ్ రంగంలో కూడా పెద్ద మార్పులు వచ్చాయి. దీనివల్ల ఔషధ పరిశ్రమ పెన్సిలిన్ వంటి యాంటీబయాటిక్స్ను భారీ స్థాయిలో తయారు చేయగలిగింది. 1950లలో పాలిమర్లను తయారు చేసే కొత్త పద్ధతులు రావడంతో "ప్లాస్టిక్ యుగం" మొదలైంది.

 భద్రత 
పరిశ్రమలు పెద్దవిగా మారుతున్న కొద్దీ, భద్రత గురించి ప్రజల్లో ఆందోళన పెరిగింది. 1962లో Silent Spring అనే పుస్తకం విడుదలైంది. పురుగుల మందుగా వాడే DDT వల్ల కలిగే నష్టాల గురించి ఈ పుస్తకం హెచ్చరించింది. రసాయనాలు పర్యావరణాన్ని ఎలా దెబ్బతీస్తాయో ఈ పుస్తకం ద్వారా ప్రపంచానికి తెలిసింది.

చరిత్రలో కొన్ని భయంకరమైన ప్రమాదాలు కూడా జరిగాయి. 1974లో యునైటెడ్ కింగ్‌డమ్‌లో ఫ్లిక్స్‌బరో ప్రమాదం జరిగింది, ఇందులో 28 మంది చనిపోయారు. 1984లో భారతదేశంలో జరిగిన భోపాల్ గ్యాస్ దుర్ఘటన అత్యంత విషాదకరమైనది. ఈ ప్రమాదంలో కనీసం 4,000 మందికి పైగా ప్రాణాలు కోల్పోయారు. ఈ సంఘటనలు కెమికల్ ఇంజనీరింగ్ తీరును మార్చివేశాయి. ఇప్పుడు పారిశ్రామిక భద్రత అనేది ఈ రంగంలో అత్యంత ముఖ్యమైన భాగం. ఇలాంటి ప్రమాదాలు జరగకుండా ఇంజనీర్లు ప్రాసెస్ సేఫ్టీపై ప్రత్యేక దృష్టి పెడుతున్నారు.

 ఆధునిక పురోగతి 
నేటి కాలంలో ఇంజనీర్లకు కంప్యూటర్ సైన్స్ చాలా అవసరం. కష్టమైన లెక్కలు చేయడానికి, ఫ్యాక్టరీలను డిజైన్ చేయడానికి Aspen HYSYS వంటి సాఫ్ట్‌వేర్ ప్రోగ్రామ్‌లను వాడుతున్నారు. ఫ్యాక్టరీ పటాలను గీయడానికి, ఒక ప్లాంట్ ఎలా నడుస్తుందో పర్యవేక్షించడానికి కంప్యూటర్లు ఎంతో సహాయపడుతున్నాయి.

మరో పెద్ద మార్పు హ్యూమన్ జీనోమ్ ప్రాజెక్ట్ ద్వారా వచ్చింది. కెమికల్ ఇంజనీరింగ్ సూత్రాలను ఉపయోగించి శాస్త్రవేత్తలు చాలా ఎక్కువ సంఖ్యలో DNA సీక్వెన్స్‌లను తయారు చేయగలిగారు. దీనివల్ల కెమికల్ ఇంజనీరింగ్ కు జెనెటిక్ ఇంజనీరింగ్, జెనోమిక్స్ రంగాలతో సంబంధం ఏర్పడింది.

 ప్రధాన అంశాలు  

కెమికల్ ఇంజనీరింగ్ కొన్ని ముఖ్యమైన పునాదులపై ఆధారపడి ఉంటుంది. ఇవి ఇంజనీర్లకు సమర్థవంతమైన వ్యవస్థలను నిర్మించడానికి తోడ్పడతాయి.

 కర్మాగారాల నిర్మాణం-రూపకల్పన 
ఒక ఫ్యాక్టరీని డిజైన్ చేయడం అంటే ప్లాన్లు వేయడం, అయ్యే ఖర్చులను అంచనా వేయడం. ఇంజనీర్లు మొదట పైలట్ ప్లాంట్లను పరిశీలిస్తారు. ఇవి అసలు ఫ్యాక్టరీకి చిన్న నమూనాలు. పెద్ద ఫ్యాక్టరీని కట్టేముందు, ఆ ఆలోచన నిజంగా పనిచేస్తుందో లేదో తెలుసుకోవడానికి ఇవి ఉపయోగపడతాయి.

డిజైన్ చేసేటప్పుడు డబ్బు, చట్టాలు, భద్రతా నియమాలను దృష్టిలో పెట్టుకోవాలి. యంత్రాలు విరిగిపోకుండా లేదా తుప్పు పట్టకుండా ఉండటానికి ఇంజనీర్లు సరైన పదార్థాలను (Materials) ఎంచుకోవాలి. ప్రాజెక్ట్ ఇంజనీర్లు ఫ్యాక్టరీ నిర్మాణాన్ని పర్యవేక్షిస్తారు. అంతా అనుకున్న సమయానికి, సరైన పద్ధతిలో జరుగుతుందో లేదో వీరు చూస్తారు.

 విశ్లేషణ 
ఒక రసాయన ప్రక్రియ అనేక చిన్న దశల కలయికగా ఉంటుంది.

యూనిట్ ఆపరేషన్స్ (Unit operations): ఇవి భౌతిక మార్పులు. ఉదాహరణకు:
 వడపోత (Filtration)
 ఎండబెట్టడం (Drying)
 ఆవిరి చేయడం (Evaporation)

యూనిట్ ప్రాసెస్ (Unit processes): ఇవి రసాయన మార్పులు. ఉదాహరణకు:
 ఆక్సీకరణం (Oxidation)
 పదార్థాలను మార్చడానికి బ్యాక్టీరియాను ఉపయోగించడం.

ఇంజనీర్లు Process Flow Diagram (PFD) ను ఉపయోగిస్తారు. ఇది ఫ్యాక్టరీకి ఒక మ్యాప్ వంటిది. పైపులు ఎక్కడికి వెళ్తున్నాయి, ప్రతి యంత్రం ఏం చేస్తుంది అనేది ఇది చూపిస్తుంది. ఫ్యాక్టరీ ఎంత సమర్థవంతంగా పనిచేస్తుందో తెలుసుకోవడానికి ఇది సహాయపడుతుంది.

 ట్రాన్స్‌పోర్ట్ ఫినామినా (Transport phenomena) 
ఇది వృత్తిలో సాంకేతికంగా చాలా కష్టమైన భాగం. ఇందులో మూడు ప్రధాన అంశాలు ఉంటాయి:

ఫ్లూయిడ్ డైనమిక్స్: ద్రవాలు, వాయువులు ఎలా ప్రయాణిస్తాయో వివరిస్తుంది.
హీట్ ట్రాన్స్‌ఫర్: వస్తువులు ఎలా వేడెక్కుతాయో లేదా చల్లారుతాయో వివరిస్తుంది.
మాస్ ట్రాన్స్‌ఫర్: రసాయనాలు ఇతర పదార్థాల ద్వారా ఎలా కదులుతాయో వివరిస్తుంది.
ఇంజనీర్లు ఈ కదలికలను అర్థం చేసుకోవడానికి గణితాన్ని ఉపయోగిస్తారు. ఇది మెరుగైన రియాక్టర్లను నిర్మించడానికి సహాయపడుతుంది.

  అభ్యాసం 
రసాయన ఇంజనీర్లు రకరకాల ప్రదేశాలలో పనిచేస్తారు. మనకు నిత్యం అవసరమైన వస్తువులను తయారు చేయడంలో వారు తోడ్పడతారు.

 పారిశ్రామిక పని 
ఫ్యాక్టరీలలో, వీరు ముడి చమురును గ్యాసోలిన్ (పెట్రోల్) గా మారుస్తారు. మొక్కల నుండి ఆహారం లేదా మందులను తయారు చేస్తారు. ప్రపంచాన్ని శుభ్రంగా ఉంచడానికి వ్యర్థాల నిర్వహణపై కూడా పనిచేస్తారు. స్వయంచాలక వ్యవస్థలను (Automated systems) పర్యవేక్షించడానికి కంప్యూటర్లను ఉపయోగిస్తారు. ఈ వ్యవస్థల ద్వారా ఒకే గది నుండి మొత్తం ఫ్యాక్టరీని నడపవచ్చు.

 పరిశోధన-అభివృద్ధి 
కొంతమంది ఇంజనీర్లు ప్రయోగశాలలలో (Labs) పనిచేస్తారు. వారు కొత్త రసాయన చర్యలను కనుగొనడానికి ప్రయత్నిస్తారు. టెస్ట్ ట్యూబ్‌లో జరిగే చిన్న ప్రక్రియను పెద్ద ఎత్తున ఎలా చేయాలో ఆలోచిస్తారు. దీనినే "స్కేల్ అప్" (Scale up) అంటారు. పర్యావరణానికి కాలుష్యం కలిగించని, సురక్షితమైన పద్ధతులను కనుగొనడమే వీరి లక్ష్యం.

 నిర్వహణ 
అనుభవం ఉన్న ఇంజనీర్లు సలహాదారులుగా (Consultants) పనిచేస్తారు. కంపెనీలకు డబ్బు ఎలా ఆదా చేయాలో వీరు సూచిస్తారు. ఏదైనా సమస్య వచ్చినప్పుడు దాన్ని పరిష్కరిస్తారు. ఒక యంత్రం పనిచేయకపోయినా లేదా తయారైన వస్తువు సరిగ్గా లేకపోయినా, కెమికల్ ఇంజనీర్ కారణాన్ని వెతికి దాన్ని సరిచేస్తారు.

 ఉద్యోగ అవకాశాలు (Occupational outlook) 
కెమికల్ ఇంజనీర్లకు ఉద్యోగ మార్కెట్ నిలకడగా పెరుగుతోంది. అమెరికాలోని Bureau of Labor Statistics ప్రకారం, 2024 నుండి 2034 వరకు ఈ రంగం 3% పెరుగుతుందని అంచనా. ఇది ఒక స్థిరమైన వృద్ధి రేటు. భవిష్యత్తులో గ్రీన్ ఎనర్జీ (Green energy) మరియు బయోటెక్నాలజీ (Biotechnology) రంగాలలో చాలా కొత్త ఉద్యోగాలు వచ్చే అవకాశం ఉంది.

 ఇవి కూడా చూడండి 
విష విజ్ఞాన శాస్త్రం

ఆమ్ల–క్షార చర్య

విశ్లేషణాత్మక రసాయన శాస్త్రం

ఖగోళ రసాయన శాస్త్రం

 మూలాలు  

 గ్రంథ సూచిక 

Cohen, Clive (1996). "The Early History of Chemical Engineering: A Reassessment". British Journal for the History of Science.

Garner, Geraldine O. (2003). Careers in engineering. McGraw-Hill.

Kim, Irene (2002). "Chemical engineering: A rich and diverse history". Chemical Engineering Progress.

McCabe, W. L., Smith, J. C., & Hariott, P. (1993). Unit Operations of Chemical Engineering. McGraw-Hill.

Perkins, J.D. (2003). "Chemical Engineering — the First 100 Years". Chemical Engineering: Visions of the World.

Reynolds, Terry S. (2001). "Engineering, Chemical". History of Science in United States: An Encyclopedia.

Towler, Gavin & Sinnott, Ray (2008). Chemical engineering design: principles, practice and economics of plant and process design. Elsevier.