Εισαγωγικά στοιχεία Χατζηαβραμίδης Δημθτρης Καιηγητθς ΕΜΠ Σχολθ Χημικών Μηχανικών, ΕΜΠ dhatz@chemeng.ntua.gr
Άδεια Χρήζης Σν παξφλ εθπαηδεπηηθφ πιηθφ ππφθεηηαη ζε άδεηεο ρξήζεο Creative Commons. Γηα εθπαηδεπηηθφ πιηθφ, φπσο εηθφλεο, πνπ ππφθεηηαη ζε άδεηα ρξήζεο άιινπ ηχπνπ, απηή πξέπεη λα αλαθέξεηαη ξεηψο.
Η ανάγκη για Στεδιαζμό Χημικών Προϊόνηων Η Υεκηθή Βηνκεραλία παξνπζηάδεη ζπλερή κεηαηφπηζε ζηελ παξαγσγή απφ βαζηθά ρεκηθά (commodities) ζε ρεκηθά πξντφληα Γηάθνξεο δηαθξίζεηο αλάινγα κε ην είδνο ηεο αγνξάο, π.ρ., θαηαλαισηηθά, απνδνηηθά, πξνζηηζέκελεο-αμίαο (consumer, performance, value-added products), ηεο δξάζεο, π.ρ., ζπλζεηηθά κφξηα θαη κεγαινκφξηα (ΑΡΙ, πνιπκεξή), ιεηηνπξγηθά (ιηπαληηθά), δνκεκέλα (structured κεκβξάλεο), κνξθνπνηεκέλα (formulated-δηζθία θαξκάθνπ), ή ηεο βηνκεραλίαο, π.ρ., αγξνρεκηθά (ιηπάζκαηα), θαξκαθεπηηθά, θαιιπληηθά θαη πξνζσπηθή πγηεηλή, δνκηθά (ηζηκέλην), ζπζθεπέο (αηζζεηήξεο) Γηα βηνκεραληθά ή βαζηθά ρεκηθά φπνπ ην θφζηνο είλαη θχξην κέιεκα, ε εξψηεζε πνπ πξέπεη λα απαληεζεί είλαη: «Πσο ζα ην παξάγνπκε;» ρεδηαζκφο Γηεξγαζηψλ (Process Design) Γηα ρεκηθά πξντφληα φπνπ ε ιεηηνπξγηθφηεηα είλαη θχξην κέιεκα, ε εξψηεζε «Ση ζα παξάγνπκε;» ρεδηαζκφο Πξντφλησλ (Product Design) πξνεγείηαη ηεο εξψηεζεο ηνπ «πψο ζα ην παξάγνπκε» 3
Η ανάγκη για Στεδιαζμό Χημικών Προϊόνηων Η εμέιημε ηεο ΥΒ θαζνξίδεη ηελ αγνξά εξγαζίαο θαη ηελ εθπαίδεπζε ηνπ Υεκηθνχ Μεραληθνχ Ποσ είναι οι εσκαιρίες εργαζίας ; 1975 2005 Commodities Products Consult Εικ. 1. Κατανομή ευκαιριών εργαςίασ 4
Η αγορά εργαζίας για ΧΗΜ ΜΗΧ ζηην Ελλάδα Η πιεηνλφηεηα ηεο βηνκεραλίαο ζηελ Διιάδα είλαη Πξσηνγελήο ή Υεκηθή Βηνκεραλία (Πξψηεο Ύιεο Γηεξγαζίεο Πξντφληα, π.ρ., θαχζηκα, ηζηκέληα, πιαζηηθά, ηξφθηκα) φρη πλαξκνιφγεζεο (π.ρ., απηνθίλεηα, κεραλέο, πινία, αεξνζθάθε) Θέζεηο πξφζιεςεο γηα εξγαζία (ηδησηηθφο + δεκφζηνο ηνκέαο) << Αξηζκφο αηφκσλ πνπ ςάρλνπλ γηα εξγαζία Αλάπηπμε;;; Παγθνζκηνπνίεζε αγνξάο αγαζψλ & ππεξεζηψλ Παγθνζκηνπνίεζε αγνξάο εξγαζίαο Γεκηνπξγία ζέζεσλ εξγαζίαο - Δπηρεηξείλ 5
Η ανάγκη για Στεδιαζμό Χημικών Προϊόνηων Ο ππξήλαο ηεο ΥΜ πξνζαξκφδεηαη ζηηο θαηλνχξγηεο αγνξέο εξγαζίαο Πξηλ ην 1925 Βηνκεραληθή Υεκεία (Industrial Chemistry) 1925 1950 Βαζηθέο Γηεξγαζίεο (Unit Operations) 1950 1975 Δπηζηήκε Υεκ. Μεραληθήο (Transport Phenomena) Μεηά ην 1975 Μεραληθή Υεκ. πζηεκάησλ (Chem. Systems Eng.) χζηεκα = Πξντφλ + Γηεξγαζία Διαηροθή Υγεία Ληπάζκαηα Σξφθηκα..... Χημικές Διεργαζίες Ηιεθηξνληθά Καχζηκα Φαξκαθεπηηθά Τιηθά Δπηθάιπςεο Πιαζηηθά Απνξξππαληηθά Επικοινωνία, Διαζκέδαζη Μεηαθορές Ένδσζη Οικιακά Εικ. 2. Σχηματική απεικόνιςη τησ ανάγκησ για ςχεδιαςμό χημικών προϊόντων 6
Η ανάγκη για Στεδιαζμό Χημικών Προϊόνηων Δθπαίδεπζε ΥΜ επηθεληξψλεηαη ζηηο βηνκεραληθέο δηεξγαζίεο κε ζθνπφ λα γίλεηαη παξαγσγή κε πςειή απνδνηηθφηεηα, ρακειφ θφζηνο, θαη κέξηκλα γηα ην πεξηβάιινλ θαη ηε δσή Βειηησκέλα θαη εληειψο λέα πξντφληα ρξεηάδνληαη γηα λα βειηηψλνπλ ηε δσή ησλ αλζξψπσλ θα λα αλαλεψλνπλ ηελ επηρείξεζε. ην παξειζφλ ε ΥΜ είρε επηηπρίεο κε ρεκηθά πξντφληα φπσο δειαηίλε, λάηινλ, πεληθηιίλε, ζπλζεηηθφ ιάζηηρν, Teflon, Kevlar Βειηησκέλα πξντφληα θαη λέα πξντφληα ρξεηάδνληαη ζρεδηαζκφ Καηλνηνκία : λέν πξντφλ, λέα δηεξγαζία, λέα ηδέα 7
Αλαγθαηφηεηα είλαη ε κεηέξα ηεο εθεχξεζεο»(necessity is the mother of invention) θαη ηεο θαηλνηνκίαο Καηλνηνκίεο γελληνχληαη είηε ζαλ απφθξηζε ζηελ αγνξά (market-pull), π.ρ., ηεηξα-αηζπιηνχρνο κφιπβδνο ζηε βελδίλε, είηε ζε αλαδήηεζε λέσλ αγνξψλ (technology-push), π.ρ., απηνθφιιεην ραξηάθη (slip sticker) Καηλνηνκίεο γελληνχληαη είηε απφ ηπραία (random), π.ρ., πεληθηιιίλε, ή πξνγξακκαηηζκέλε αλαδήηεζε (planned exploration),π.ρ., Freon o Πεληθηιιίλε Alexander Fleming παξαηήξεζε φηη απνηθίεο ηνπ βαθηεξίνπ Staphyloccus aureus πνπ ήξζαλ ηπραία ζε επαθή κε κνχρια (penicillium notatum) ζηακάηεζαλ λα αλαπηχζζνληαη (αλαζηνιή βαθηεξηαθψλ ελδχκσλ ππεχζπλσλ γηα ηε ζχλζεζε θπηηαξηθήο κεβξάλεο) o Freon (CFC) Aλαδήηεζε ςπθηηθνχ πνπ έρεη ζεκείν βξαζκνχ κεηαμχ 0 θαη -40 ν C, είλαη ζηαζεξφ, κε ηνμηθφ, κε εχθιεθην, θαη θζελφ. Bξέζεθε απφ ηνλ Thomas Midgley «Οη ιχζεηο ησλ πξνβιεκάησλ ηνπ ζήκεξα πνιιέο θνξέο θαηαιήγνπλ λα γίλνπλ πξνβιήκαηα ηνπ αχξην» ( Today s solutions are tomorrow s problems ), π.ρ., ηε δεθαεηία ηνπ 1970 αλαθαιχθζεθε φηη ν ηεηξααηζπιηνχρνο κφιπβδνο παξάγεη θαξθηλνγφλεο νπζίεο κε ηελ θαχζε ηεο βελδίλεοην 1980 αλαθαιχθζεθε φηη ην Freon θαηαζηξέθεη ην φδνλ Καηλνηνκία είλαη ε ρξήζε πιηθνχ ή πξντφληνο γηα ζθνπφ άιιν απφ απηφλ πνπ έρεη δεκηνπξγεζεί, π.ρ., botulin ζηα θαιιπληηθά 8
Βιβλιογραφία 1. E. L. Cussler and G. D. Moggridge, Chemical Product Design, ISBN 0-521- 79633-4 (Cambridge University Press, 2001) Πξνζέγγηζε Υεκηθήο Μεραληθήο 2. J. A. Wesselingh, S. Kiil, M. E. Vigild, Design & Development of Biological, Chemical, Food and Pharmaceutical Products, ISBN 978-0-470-06155-8 (Wiley, 2007) -- Πξνζέγγηζε Υεκηθήο Μεραληθήο 3. J. Wei, Product Engineering, Molecular Structure and Properties, ISBN 0-190-515917-9 (Oxford University Press, 2007) -- Μνξηαθή Μεραληθή 4. U. Bröckel, W. Meier, and G. Wagner (eds.), Product Design and Engineering: Best Practices (2 Volume Set), ISBN 978-3-527-31529-1 (Wiley, 2007) Μειέηε πεξηπηψζεσλ 5. K. M. Ng, R. Gani and K. Dam-Johansen (eds.), Chemical Product Design: Towards a Perspective through Case Studies, Computer Aided Chemical Engineering Series vol. 23, ISBN 978-0-444-52217-7 (Elsevier, 2007) -- Μειέηε πεξηπηψζεσλ 9
Νέο Προϊόν ρεδηαζκφο ΣΣ Γηεξγαζηψλ Αλάγθε Ιδέα ΙδεΙ ρεδηαζκφο Ω Πξντφληνο Αλάπηπμε Πξντφληνο Αλάγθε θαηαλαισηηθνχ θνηλνχ λα εμεηαζζεί ζε ζπλδπαζκφ κε ηελ επηρεηξεκαηηθή ζηξαηεγηθή ηεο αγνξάο (marketing) Iδέα: αλαδήηεζε θαη αλαθάιπςε (exploration and discovery) ηνπ λένπ πξντφληνο Πξντφληα o Βαζηθά Υεκηθά (commodities), π.ρ., ακκσλία o Μνξηαθά, π.ρ., θαξκαθεπηηθά ελεξγή νπζία o Γνκεκέλα, π.ρ., θάςνπια θαξκάθνπ o πζθεπέο, π.ρ., ζπζθεπή αηκνθάζαξζεο Βηνκεραληθή Παξαγσγή 10
Στεδιαζμός Χημικών Προϊόνηων Πξφηππν κε 4 βήκαηα 1. Αλάγθεο θαηαλαισηηθνχ θνηλνχ: λα εμεηαζζνχλ ζε ζπλδπαζκφ κε ηελ επηρεηξεκαηηθή ζηξαηεγηθή ηεο αγνξάο (marketing). Μεηαηξνπή αλαγθψλ ζε ζπγθεθξηκέλεο πξνδηαγξαθέο κε ρξήζε εξγαιείσλ απφ επηζηήκεο θαη κεραληθή 2. Iδέεο: αλαδήηεζε θαη αλαθάιπςε (exploration and discovery) λένπ/-σλ πξντφληνο/-σλ. ηελ αξρή, θαηαηγηζκφο ηδεψλ (brainstorming) ρσξίο λα απνθιείεηαη θακία κε βάζε νπνηνδήπνηε θξηηήξην. ην ηέινο, νη εθαηφ ηδέεο λα αμηνινγεζνχλ θαη λα επηιεγνχλ ην πνιχ ηέζζεξηο γηα πεξαηηέξσ αμηνιφγεζε 3. Δπηινγή: Απφ ηηο ηέζζεξεηο ηδέεο πνπ επηιέρζεθαλ ζην πξνεγνχκελν βεκάησλ λα επηιεγεί ε θαιχηεξε. Πξνυπνζέηεη πξνζεγγηζηηθφ ππνινγηζκφ ηδηνηήησλ 4. Αλάπηπμε & Βηνκεραληθή Παξαγσγή πξντφληνο: ρεδηαζκφο Πξντφληνο: κε πξνζνκνηψζεηο θαη κνληέια απφ Μεραληθή πλερείαο, π.ρ., κε ινγηζκηθφ γηα ηζνξξνπία θάζεσλ, ή Μνξηαθά κνληέια θαη πξνζνκνηψζεηο, π.ρ., κε ινγηζκηθφ charmm, gromacs, θιπ ρεδηαζκφο Γηεξγαζηψλ: κε ινγηζκηθφ ASPEN/HYSIS, SUPERPRO, 11 θιπ.
Χρημαηοδόηηζη Σν παξφλ εθπαηδεπηηθφ πιηθφ έρεη αλαπηπρζεί ζηα πιαίζηα ηνπ εθπαηδεπηηθνχ έξγνπ ηνπ δηδάζθνληα. Σν έξγν «Ανοικηά Ακαδημαϊκά Μαθήμαηα Ε.Μ.Π.» έρεη ρξεκαηνδνηήζεη κφλν ηε αλαδηακφξθσζε ηνπ εθπαηδεπηηθνχ πιηθνχ. Σν έξγν πινπνηείηαη ζην πιαίζην ηνπ Δπηρεηξεζηαθνχ Πξνγξάκκαηνο «Δθπαίδεπζε θαη Γηα Βίνπ Μάζεζε» θαη ζπγρξεκαηνδνηείηαη απφ ηελ Δπξσπατθή Έλσζε (Δπξσπατθφ Κνηλσληθφ Σακείν) θαη απφ εζληθνχο πφξνπο.