0 مقابلات مع كبار المهندسين الكيميائين حول الطاقة Christianto

مع ارتفاع تكاليف الطاقة وزيادة الرقابة الحكومية من انبعاثات الغازات المسببة للاحتباس الحراري، والحد من استهلاك الطاقة هو موضوع رئيسي للمهندسين الكيميائيين. في حين المهندسين الكيميائيين التعلم عن تحقيق التوازن بين نقل الحرارة عبر عملية كيميائية، وتطبيق هذه المعرفة في وسيلة فعالة ليست دائما واضحة.

مع أكثر من 10 عاما من الخبرة للاستشارات على مشاريع التنمية العملية، Christianto يبوو لديه معرفة مباشرة من كيفية التعامل مع إدارة الطاقة في مصنع للمواد الكيميائية. وهو عضو بارز في AIChE، وتشارك بنشاط في الدرجة عملية التنمية. وهو حاصل على درجة البكالوريوس من معهد باندونغ للتكنولوجيا، وإندونيسيا، وعلى درجة الدكتوراه من جامعة ماساشوستس، أمهرست، سواء في الهندسة الكيميائية.

تكلم يبوو مؤخرا مع الهندسة الكيميائية التقدم "مساعد محرر، ميشيل Bryner، حول إدارة الطاقة ونهجه المقبلة حول هذا الموضوع في عام 2011 كيم عرض.

AIChE: ما هي التحديات التي تواجه المهندسين الكيميائيين عند وضع خطط إدارة الطاقة؟

Christianto يبوو: أساسا الجميع يحاول توفير الطاقة، حتى لو كانت تعمل لسنوات عديدة. ونحن نفعل الكثير من العمل الاستشاري في اليابان وكان هناك الكثير من الضغط في اليابان للحد من استهلاك الطاقة، وتوليد CO2، وهلم جرا. وأعتقد أنه ينطبق في كل مكان في العالم.

من أجل إدارة استهلاك الطاقة التي لا يمكن أن أقول، حسنا كيف يمكننا خفض استهلاك الطاقة دون أن تفعل أي شيء، دون إجراء أي تغييرات. علينا أن نعود وننظر في هذه العملية. هذا هو المكان الذي يتم من المهندسين الكيميائيين متورطة بشدة أو ينبغي أن تكون متورطة بشدة. علينا أن نخطط لطريقة أفضل للاستفادة من طاقات جميع أنحاء المصنع. على سبيل المثال، هل هناك أي جزء من هذه العملية، ربما المعدات أو ربما على العملية برمتها التي لا تستخدم الطاقة بكفاءة كما يجب أن تكون. الشيء الآخر هو، على الأرجح جزء واحد من العملية هو في الواقع المستهلكة للطاقة في بمعنى أنه يحتاج الى بعض النوع من التدفئة أو التبخر، ولكن بعد ذلك هناك ربما بعض العمليات الأخرى داخل المجمع نفسه حيث يحتاج النبات الطاقة المراد إزالتها من النظام . إذا كنت يمكن أن تتطابق بعض من تلك الاحتياجات من الطاقة والطاقة المتاحة للإفراج ثم يمكن أن يكون هناك وفورات في الطاقة المحتملة على الفور. هذا النوع من نمط أو هذا النوع من الحالات هو ما نعنيه حقا من خلال تطوير خطة إدارة الطاقة.

AIChE: أفهم من حيث المبدأ ما تعنيه، ولكن كيف يمكن لنهج مهندس كيميائي هذا النوع من المشاريع؟

CW: الفكرة العامة هو أن ننظر إلى الوضع الحالي أولا، ونسأل ما هو جزء من العمليات المستهلكة للطاقة، أي جزء من العمليات تتطلب الإزالة من الطاقة. ثم يمكنك إلقاء نظرة على ما يمكن القيام به لإجراء تعديلات من هذا القبيل أن الاستهلاك الكلي للطاقة يمكن التقليل. وهذا ينطبق أولا داخل مصنع واحد، ما إذا كان هناك تبادل الطاقة الداخلية التي يمكن القيام به، ولكن أيضا في بعض الأحيان نحن بحاجة الى ان ننظر في النباتات القريبة، حتى داخل نفس المجمع. بسبب قربها من الممكن لتثبيت المبادل الحراري الذي يذهب في منتصف أو شيء من هذا القبيل.

AIChE: ما في الوقت الخاص بك وسوف تعطي المهندسين الكيميائيين ما يحتاجونه لتطوير خطط إدارة الطاقة في محطات المعالجة الخاصة بهم؟

CW: أولا، نحن بصدد الحديث عن الفكرة الأساسية لتحليل قرصة. أنا متأكد من أن العديد من الناس على دراية تماما مع تحليل قرصة لكن التركيز والتشديد على ملعب يكون على كيفية النظر إلى عملية معينة وكيفية العثور على تلك المحتملة لخفض الطاقة.تحليل قرصة تبحث في الأساس الذي يتم تسخين جزء من عملية وتبريده ومن ثم ما إذا كان أو لم يكن الفرق في درجة الحرارة هو أن هذه التيارات يمكن تبادل الطاقة. دعنا نقول أن تيار واحد يحتاج إلى أن يكون ساخنا من 50 درجة مئوية إلى 100 درجة مئوية ويحتاج إلى تيار آخر أن تبرد من 150 درجة مئوية إلى 120 درجة مئوية، وهذا يمكن أن تكون مباراة المحتملة. ولكن إذا كنت ترغب في تسخين شيئا من 100 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية، وهناك تيار آخر إلى أن تبرد من 100 درجة مئوية إلى 50 درجة مئوية، ثم بالطبع لا يمكنك أن تفعل ذلك.

ثانيا، سوف نتحدث عن بعض الأمثلة على كيفية البحث عن هذه الأشياء، وكيف يجب أن ننظر في البدائل المحتملة لتعديل عملية لأن العديد من الناس ينظرون إلى تحليل قرصة كمسألة حسنا، كيف يمكنني إيجاد جميع تلك المباريات المحتملة و كيف يمكنني أن أجعل الشبكة الأكثر فعالية مبادل حراري ليكون الحد الأقصى تبادل لتعظيم الحد من الطاقة الكلية. ونحن نحاول أن يذهب خطوة أبعد. لنا يصبح السؤال: هل هناك أي جزء من العملية التي يمكن تغييرها مثل أن متطلبات الحرارية تتغير أيضا؟

نتأمل على سبيل المثال عمود التقطير التي تعمل تحت الضغط الجوي، ونواتج التقطير بخار تيار يتكثف أعمالها في 100 ° C. عند هذه الدرجة، يبين التحليل قرصة أن الإفراج عن الطاقة من التكثيف ليست كافية لتسخين تيار آخر داخل العملية إلى درجة حرارة هدفها. وبعض المهندسين تتوقف هنا، ونفترض أن عملهم هو القيام به. ولكن نظرة فاحصة يمكن أن تكشف عن أن تيار سيكون من المفيد إذا وقعت التكثيف عند درجة حرارة أعلى، ويقول، 125 ° C. ويمكن زيادة درجة حرارة التكثيف، على سبيل المثال، من خلال تشغيل العمود في الضغط العالي، أو عن طريق ضغط نواتج التقطير قبل التكثيف لزيادة الضغط (وبالتالي درجة الحرارة) من تيار نواتج التقطير.

AIChE: ما هو الوقت المناسب حول موضوع إدارة الطاقة؟

CW: إن أفضل إجابة لذلك هو ببساطة أن الجميع الآن يحاول الحد من الطاقة، وهناك وعي كبير أن موارد الطاقة هي اهتمامات محدودة والبيئية للحد من انبعاث CO2، وهلم جرا. فهذا يعني أن الضغط من القيام بهذا النوع من الشيء هو أعلى من أي وقت مضى.بسبب ذلك النوع من الحالات وبسبب ما يتم تدريب المهندسين الكيميائيين أن تفعل ذلك من المهم بالنسبة لهم لمعرفة المزيد عن إدارة الطاقة.

تابع القراءة

0 Top 10 Most Expensive Materials in the World

10. Rhodium

Helps protect the air we breathe –PRICE: $37/gram

Rhodium, with its ability to increase the hardness of various materials, is something of a wonder metal. It is valuable to glass manufacturers as well as in producing automobiles, where it is used extensively in catalytic converters to change harmful pollutants into nontoxic gases, such as nitrogen and carbon dioxide.

9. Platinum

Rare noble metal is a laboratory staple –PRICE: $51/gram

Every year, suppliers are able to extract just a few hundred tons of this rare and very useful precious metal. A noble metal, it is highly nonreactive, making it resistant to corrosion and many chemicals, even at high temperatures. Consequently, platinum is widely used as a catalyst, as well as to make laboratory, medical and dental equipment. (More about Platinum)

8. Gold

Investors’ safe haven – PRICE: $55/gram

In financial crises, the precious metal becomes a coveted investment, driving its already-lofty prices even higher. But it’s also used for industrial purposes and to make jewelry. More than 188,800 tons have been mined so far, leaving around 56,000 tons in the Earth. (Read Story of Gold)

7. Helium-3

Rare isotope stockpiles dwindling –PRICE: $2,000/gram

Helium-3 occurs when radioactive tritium decays. It is attractive to scientists for its potential use in developing clean nuclear-fusion energy, but unfortunately, helium-3 occurs naturally on Earth only rarely; since 1989, NASA has been exploring the possibility of extracting the gas from the moon’s surface, where it is deposited by solar wind. (Read Could Helium-3 really solve Earth’s energy problems?)

6. Red Beryl

Rare red crystal is made in America –PRICE: $10,000/gram

Red beryl is so rare that it has only been discovered in a few places in the world, primarily in mines in the states of Utah and New Mexico. The sturdy crystal, which is used in making jewelry, is slightly softer than diamond, but much rarer. The beryls are a group of minerals that are colorless in their pure form, but become tinted when they contain impurities. Though most tinting results in green or blue crystals — emeralds and aquamarines — the scarce red beryl owes its distinctive coloring to iron, chromium, calcium and manganese.

5. Plutonium

Has a silver lining – PRICE: $10,900/gram

Radioactive plutonium may have a bad reputation, but it is indispensable to scientists. It is notoriously used in fuel rods for nuclear reactors, but plutonium also provides fuel for satellites, which need an efficient energy source for the long distances that they travel. Plutonium batteries also are powering Voyager 1 – the space probe that has traveled the farthest through our solar system — and may keep it going until 2025.

4. Tritium

Explosive isotope makes watches hands glow – PRICE: $30,000/gram

If the hands on your watch glow In the dark, you own a tiny bit of the radioactive isotope tritium.  A superheavy type of hydrogen made in nuclear reactors, tritium is also a key component of hydrogen bombs. But there’s no need to get rid of your watch — because its beta rays are too weak to penetrate human skin by themselves, tritium is only a health hazard if it is inhaled or swallowed.

3. Diamonds

The hardest material on Earth – PRICE: $210,000/gram

The hardness of a mineral is measured by the Mohs scale; diamonds, with a score of 10, are at the top of the chart. Formed by tremendous pressure in the Earth’s interior, diamonds are the planet’s hardest material and are quite plentiful. Their durability makes them particularly useful for industrial applications, which is where some 70 percent of all diamonds end up each year, in tools like dentists drills and ultrafine saws. Diamonds are priced according to the “Four C’s”: color, clarity, cut and weight (in carats). Large, flawless diamonds are typically the most expensive, because they are much more rare. (Read 10 Facts About Diamonds You Should Know)

2. Californium

Radioactive element finds gold in space –PRICE: $27 million/gram

Californium (atomic number 98) is a man-made element created when scientists bombard the chemical element curium with alpha particles; the resulting element is a radioactive material. Ten known versions, or isotopes, exist and can be used to treat certain forms of cancer and to detect gold and silver in ore or oil at the bottom of a well. Although californium is artificially made on Earth, certain stars that explode as super-novae may produce it in space.

1. Antimatter

Particle accelerators make supermatter –PRICE: $100 trillion/gram

Antimatter — essentially a mirror image of existing matter — is very difficult to make: Physicists can create it only in the world’s largest particle accelerator, the Large Hadron Collider, near Geneva, Switzerland. So far, only about a billionth of a gram of the extremely rare material can be made per year. It is so scarce, in fact, that its potential uses are still largely unexplored. One field in which antimatter shows some possibility of practical application is in treating cancer. Researchers have found that antimatter directed at tumors is highly effective in destroying cancer cells, although clinical use is still a long way off

تابع القراءة

0 السدم والعناقيد النجمية Nebula & Star clusters

السدم والعناقيد النجمية

Nebula & Star clusters

قال تعالى :

{ ثُمَّ اسْتَوَى إِلَى السَّمَاء وَهِيَ دُخَانٌ فَقَالَ لَهَا وَلِلْأَرْضِ اِئْتِيَا طَوْعاً أَوْ كَرْهاً قَالَتَا أَتَيْنَا طَائِعِينَ }

♦ السديم ( Nebula ) :

يطلق اسم السديم على كل غبشة في السماء ، وهي الغازات أو الأغبرة الفلكية المظلمة أو اللامعة والتي تغطي مساحات واسعة بين نجوم السماء يمكن أن تصل عشرات أو مئات السنوات الضوئية ، ومعظمها يتكون من غاز الهيدروجين المادة الأولية للنجوم . وهذا السديم ربما كان رقيقاً جداً بحيث لا يظهر له أثر وقد يكون سميكاً يخفي ما خلفه أو بين هذا وذاك . وأصل معنى كلمة سديم هو الغيمة ، وهي كلمة محدثة لم يكن علماء العرب استخدموها ، فقد استخدم عبد الرحمن الصوفي في كتابه صور الكواكب كلمة ( اللُّطخة السحابية ) للتعبير عن نفس المفهوم وذلك عندما وصف ولأول مرة مجرة المرأة المسلسلة التي تبدو للعين المجردة كالسديم ، واستخدم البيروني لوصف السدم كلمة السحابيات .

♦ أنواع السدم :

أولاً : السديم المجري (Galactic Nebulae  ) :

نسبةً إلى المجرة ، وهي الغازات والأغبرة المنتشرة هنا وهناك في المجرة ، إضافة إلى أن بعضها يمكن أن يرى في المجرات القريبة الأخرى كمجرتي ماجلان . وهي على ثلاثة أنواع :

1. السدم المظلمة أو الامتصاصية ( Absorption Nebulae ) .

2. سدم الانعكاس ( Reflection Nebulae ) .

3. سدم الإشعاع ( Emission Nebulae ) .

السدم المظلمة ( الامتصاصية )

Absorption Nebulae

وهي عبارة عن كتل غازية ضخمة من الغاز والغبار الباردين ، تحجب كل شيء خلفها وتحتل بقاعاً كبيرة من القبة الفلكية ويمكن رؤية بعضها بالعين المجردة . ومنها ما هو الصغير الذي يدعى المتكورات ( Globules ) لشكل بعضها الكروي والتي لا تحتل سوى عشرات الوحدات الفلكية مساحة في السماء . وتشير بعض الدراسات إلى أن المراحل الأولى لتكوّن النجوم تحدث داخل هذه السدم .

وأشهر السدم المظلمة في المجرة سديم رأس الحصان في مجموعة الجبار والذي يسمى أيضاً الخليج المظلم . وهناك سدم يطلق عليها اسم أكياس الفحم (  Coal Sack) لشدة اسودادها .

سدم الإنعكاس

Reflection Nebulae

وهي سدم تتكون من أغبرة وغازات تعمل على تشتيت الضوء القادم من النجوم الموجودة خلف أو خلال السديم والتي ليس من الضروري أن تكون جميعها مرئية . من أمثلتها السديم الكبير في الجبار والذي يعد رأس الحصان جزء منه ، وسديم القاعدة ، وسديم الثريا تلك الغازات المحيطة بنجوم الثريا والتي تعكس الأشعة الصادرة عن نفس النجوم .

سدم الاشعاع

Emission Nebulae

وهي سدم مضيئة بذاتها ، وإضاءتها ناتجة عن تأين غازاتها التي تتوهج بسبب وجود نجوم خلفها أو فيها ، شديدة الحرارة تبعث أشعة فوق بنفسجية تستثير ذرات السديم فتؤدي إلى توهجها . والسدم الإشعاعية هي أماكن ولادة النجوم بسبب حرارتها الذاتية ولوجود كميات كبيرة من الغاز والغبار فيها .

ومن أهم الأمثلة على هذه السدم سديم الجبار M 42 الذي يبعد عنا مسافة 1500 سنة ضوئية وهو كبير جداً ، فقطره يصل قرابة الثلاثين سنة ضوئية ، فلو وضعت الشمس في طرفه لأمكن وضع نجم النسر الواقع في الطرف الآخر علماً بأن النسر الواقع يبعد عنا مسافة 27 سنة ضوئية فقط . لكن كثافة هذا السديم ضئيلة جداً لدرجة أنها تقارن بالفراغ الناتج عن آلة تفريغ الهواء في المختبر ، ومع ذلك فهو على تلك المسافة مرئي بالنسبة لنا ، ويعد متوهجاً بسبب وجود أربعة من نجوم الجبار شديدة الحرارة مغموسة فيه هي المسؤولة عن إضاءته وتدعى (Trapezium ) ، ويقدر عمرها بمليون سنة فقط .

ومن الأمثلة الأخرى على السدم الإشعاعية سديم البحيرة ( Lagoon Nebula ) في برج القوس والمعروف بـ ( M 8 ) ، وسديم الوردة ( Rosette Nebula ) في مجموعة وحيد القرن والتي تبعد عنا 5500 سنة ضوئية ويبلغ عرضها 130 سنة ضوئية . والسديم الثلاثي في القوس الذي يبلغ قطره أربعين سنة ضوئية وقد دفنت فيه مجموعة من النجوم الحارة التي تسبب إشعاعه ، وهو من أماكن ولادة النجوم . وسديم النسر المشهور ( M 16 ) والذي صوره تلسكوب الفضاء هابل كحواضن النجوم الوليدة ، وهو في حقيقته عنقود نجمي مغموس في كم هائل من الغازات . وكذلك السديم العظيم في مجموعة القاعدة ( Carina Nebula ) الذي هو عبارة عن هيدروجين مؤين بسبب النجم الغريب في وسطه ( نجم إيتا القاعدة ) ، ويحتل هذا السديم مساحة في السماء قطرها ثلاث درجات بما يعادل قرابة 400 سنة ضوئية ، أي أنه أكبر بكثير من سديم الجبار ، وسديم الرامي الشرقي قرب مركز المجرة .

ثانياً : السديم الكوكبي (Planetary Nebula  ) :

وهي حلقات أو كرات من الغاز اللامع تحيط بنجم في وسطها ضمن مراحل تطور النجم وهي مرحلة العملاق الأحمر في طريقه ليصبح قزماً أبيض . ويتمدد هذا الغلاف بسرعة تقارب العشرين كيلومتر في الثانية ، ويقدر العمر اللازم لهذا الغلاف حتى يصبح رقيقاً جداً غير مرئي لنا قرابة 35 ألف سنة . ولا علاقة لهذه السدم بالكواكب ، فقد أطلق عليها هذا الاسم خطاً وليام هيرشل ظناً منه أن هذا الشكل ربما يحوي نظاماً كوكبياً .

والسدم الكوكبية من أجمل المناظر السماوية ألواناً ، فالحلقات هي الغلاف الخارجي الذي انفجر عن النجم بعد تمدده ، ويضاء بسبب الأشعة فوق البنفسجية التي يبثها النجم المتكشف قلبه والذي يبلغ درجة حرارته أكثر من عشرين ألفاً . ومن أمثلتها ، سديم الأثقال ( M 27 Dumbbell Nebula ) في مجموعة الثعلب ، ويحتل مساحة في السماء قطرها ربع درجة ، وهو أول السدم الكوكبية اكتشافاً ، وهو مكون من غلافين على الأقل وفي وسطه نجم أبيض مزرقّ من القدر الرابع عشر يمثل تحدٍياً لهواة الفلك ، ويبعد عنا 3500 سنة ضوئية . والسديم الحلقي ( M 57 ) في مجموعة القيثارة ، فقطره يقدر بثلث سنة ضوئية وبعده 2000 سنة ضوئية ، ويقدر عمره بـ 5500 سنة لأن معدل سرعة تمدده 19 كيلومتر في الثانية . والسديم اللولبي ( Helix Nebula ) في مجموعة العقاب ، ويعدّ أقرب السدم الكوكبية منا إذ يبعد 400 سنة ضوئية فقط ، وقطره في السماء ربع درجة ، أي أنه أكبر السدم الكوكبية ظاهرياً في السماء . ويقطن مركزه قزم أبيض من القدر الثالث عشر تصل درجة حرارة سطحه إلى قرابة 50 ألف كلفن . ويعود سبب اللون الأزرق إلى ذرات الأكسجين المؤينة ، وأما اللون الأحمر فيعود إلى ذرات النيتروجين والأكسجين المؤينين .

وهناك سدم كوكبية أخرى كثيرة كسديم عين القط ( Cat’s Eye Nebula ) الذي في مركزه نجمان رئيسيان . وسديم زحل ( Saturn Nebula ) في العقاب ، وسديم البومة في الدب الأكبر . وسديم وجه المهرج ( Clown Face Nebula ) في التوأمين ، وسديم الإسكيمو ، والسديم الحلقي الجنوبي . وغيرها من السدم التي يربو عددها على 130 سديماً كوكبياً .

ثالثاً : بقايا الإنفجارات النجمية (Supernova Remnants  ) :

عند انتهاء حياة النجم وانفجاره على شكل سوبرنوفا مدوية ، ينتج عنها غالباً نجماً نيوترونياً أو ثقباً أسود ، والجزء المتطاير بعيداً عن النجم هو مرة أخرى غلافه الخارجي . كما يؤدي الانفجار إلى حدوث موجة صدمية عنيفة تسبق الأشلاء المتطايرة من النجم وتعمل على تسخينها وتكسيرها مما لا يبقي لها شكلاً دائرياً منتظماً كالسدم الكوكبية .

ومن أشهر سدم بقايا الانفجارات النجمية سديم السرطان في برج الثور والذي رصد انفجاره في عام 1054 العرب والصينيون ، لكن الأرصاد الصينية اشتهرت أكثر فدعي بنجم الصين الزائر ،ومنها سوبرنوفا ( 1987 A ) والتي حدثت في مجرة ماجلان السديم القريب لمجرتنا والتي يمكن مشاهدتها من النصف الجنوبي للكرة الأرضية . ومنها نوفا 2007 العقرب الذي ظهر في شهر حزيران .

♦ العناقيد والتجمعات النجمية ( Star clusters ) :

إذا تجمع عددٌ كبيرٌ من النجوم قرب بعضه البعض أو حول بعضه فإن الفلكيين يسمون هذا التجمع عنقوداً . ويشترط في العنقود أن ترتبط نجومه برباط جاذبي فيما بينها ، وإلا لأصبحت مجرد تجمع عادي يعيش فترة من الزمان ثم يتفرق .

♦ أنواع العناقيد :

أولاً : العناقيد المفتوحة أو المجرية ( Open Clusters ) :

موجودة داخل المجرة وتتحرك معاً في اتجاه واحد ، وتتراوح أعداد نجومها بين المئات والألوف فقط ، ويمكن التفريق بين نجومها بكل سهولة إذا ما زيد في قوة المنظار أو التلسكوب المستعمل . وكثيرٌ منها يرى بالعين المجردة . ولا يتجاوز قطر العنقود السنوات الضوئية القليلة . بالإضافة إلى أن نجومها حديثة وحارة ويمكن رؤية بقايا السديم الذي تكونت منه هذه النجوم . ومن الأمثلة عليها ، عنقود الثريا وعنقود الفراشة .

ثانياً : العناقيد الكروية ( Global Clusters ) :

وهي عناقيد نجمية أخذت اسمها من الكرة لأنها تتكون من نجوم متراصة تبدو للناظر إليها كجرم واحد وبالتلسكوبات تبدأ نجومها بالظهور على الأطراف . ويتكون العنقود الكروي من مئات الألوف وحتى الملايين من النجوم ، وتقع على أطراف المجرة والمجرات الأخرى وتحيط بها كهالة ، ولهذا فهي بعيدة جداً ولا ترى واضحة بالنسبة لنا . وتعد نجومها من أقدم النجوم المعروفة . ويعد أوميجا قنطورس أشهر العناقيد الكروية ففيه مليون نجم وفي المربع أكثر من 50 ألف نجم / صورة تلسكوب هابل . ومن الأمثلة أيضاً عنقود الجائي (M 13  ) .

وفي الختام لا نملك إلا أن نقول ( سبحان من خلق فأبدع ، سبحانه جل في علاه )

تابع القراءة