Kimyo muhandisligi tarixi

Dunyo moddalardan tashkil topgan, ularni o‘rganishning asosiy yo‘llaridan biri esa —kimyo. Kimyoviy bilimlardan qanday foydalanishimiz bizni kimyo muhandisligiga olib keladi. Kimyo muhandisligi nafaqat kimyoviy moddalarni o‘rganish, balki ularni ishlab chiqarish uchun zarur bo‘lgan zavodlar va jarayonlarni loyihalash bilan ham shug‘ullanuvchi muhandislik yo‘nalishidir. Tasavvur qiling, siz yangi mahsulot ixtiro qildingiz — masalan, shaxsiy suv tozalagich, uzoq muddatli kosmetika vositasi yoki inqilobiy kiyim materiali. Bu mahsulotni ishlab chiqarish uchun avvalo kimyo muhandisligi jarayonlaridan o‘tish zarur bo‘ladi. Shu nuqtada, bu sohaning tarixini bilish foydali bo‘lishi mumkin. Kimyo muhandisligi oddiygina “kimyoni muhandislikda qo‘llash” emas. Bu soha kimyoviy moddalardan qanday foydalanish mumkinligi, ularni qanday ishlab chiqarish mumkinligi, qayerdan boshlash kerakligi va kelgusida qanday imkoniyatlar mavjudligi kabi savollarga javob izlash orqali rivojlanadi.

Kimyo muhandisligi o‘zining dastlabki shaklini Amerika Mustaqillik urushi davrida oldi. Urush sababli Amerika va Yevropa o‘rtasidagi savdo to‘xtadi, bu esa Fransiyani katta qiyinchilikka duchor qildi. Ayniqsa, Fransiya Amerikadan oladigan natriy karbonatini — soda ashi — yetkazib bera olmadi. Soda ashi ko‘plab sohalarda — pishirish, shisha va qog‘oz ishlab chiqarish, sovun tayyorlashda keng qo‘llanilardi. 1775-yilda Fransuz Qirollik Akademiyasi oddiy tuzdan natriy karbonatini olish yo‘lini topgan kishiga mukofot va’da qildi. Nihoyat, 1789-yilda kimyogar va shifokor Nikola Leblank bu usulni ishlab chiqdi. Uning “Leblank jarayoni” zamonaviy kimyo sanoatining asosiga aylandi. Ushbu jarayonda natriy xlorid oltingugurt kislotasi bilan reaksiyaga kirishib natriy sulfat hosil qiladi. Bu esa ohaktosh va ko‘mir bilan qizdirilganda natriy karbonatga aylanadi. Yakuniy bosqichda bu aralashma suv bilan yuvilib, natriy karbonat ajratib olinadi. Bu bosqich “liksiviatsiya” deb ataladi.

Leblank 1791-yilda Sen-Denida zavod ochib, sanoat miqyosida soda ashi ishlab chiqarishni boshladi. Ammo Fransuz inqilobi davrida uning zavodi tortib olindi va usul sir saqlanmay qoldi. Jarayon samarali bo‘lgan bo‘lsa-da, ekologik jihatdan zararli edi. Juda ko‘p yoqimsiz hidli chiqindilar hosil qilardi. Bu holat ekologik muammolarni keltirib chiqargani sababli hukumatlar katta shaharlarda yoki suv manbalariga yaqin joylarda ekologik qonunlar qabul qila boshladi. Ingliz hukumati bu masalaga javoban “Alkali qonuni”ni qabul qildi. Bu qonun Leblank jarayoni sabab yuzaga keladigan xlorid kislotaning atmosferaga chiqishini kamaytirishni talab qilardi. Britaniyalik kimyogar Jorj Devis ushbu qonunning ijrosini nazorat qiluvchi inspektor bo‘lib ishlagan. 1887-yilda u Manchester Texnologiya Maktabida o‘qigan ma’ruzalari asosida “Kimyo muhandisligi qo‘llanmasi” nomli ikki jildlik kitob yozdi. Bu kitob kimyo muhandisligini tizimli fan sifatida asoslab bergan birinchi asar hisoblanadi. Unda suyuqlik va gazlarni tashish, distillatsiya kabi umumiy jarayonlar qamrab olingan edi.

Devisning ishlari AQShda yangi yondashuvlar paydo bo‘lishiga sabab bo‘ldi va ko‘plab universitetlarda kimyo muhandisligi yo‘nalishi tashkil etildi. 20-asr boshlarida avtomobil sanoatining kengayishi bilan bu sohaga bo‘lgan ehtiyoj yanada oshdi. Benzin ishlab chiqarish uchun xom neftni qayta ishlash zarur edi. Neftni burg‘ulash mumkin bo‘lsa-da, bu hali benzin emas edi. Kimyo muhandislari “kraking” va “polimerizatsiya” kabi usullarni ishlab chiqib, ishlab chiqarishni takomillashtirdilar. Natijada benzin arzonlashdi va avtomobil egalik qilish kengroq ommaga imkoniyat bo‘lib qoldi.

Kimyo ishlab chiqarish zavodlari murakkab rejalashtirishni talab qilgani sababli bu sohada “unit operations” yoki “birlik amaliyotlar” konsepsiyasi paydo bo‘ldi. Bu yondashuv 1915-yilda amerikalik Artur D. Littl tomonidan joriy qilingan. Zavoddagi har bir bosqich alohida birlik sifatida ko‘riladi. Kimyo moddalarini tashish uchun quvurlar, modda oqimini harakatlantirish uchun nasoslar, reaksiya uchun reaktorlar, aralashtirish uchun aralashtirgichlar, ajratish uchun distillatsiya ustunlari yoki osmos membranalari kerak bo‘ladi. Bularning barchasi kimyo muhandisligining nazariy asoslariga — moment transferi, issiqlik almashinuvi va modda almashinuvi kabi fizik prinsiplariga asoslanadi. Muhandislar bu birlik operatsiyalarning nazariy asoslarini tushunib yetgach, mavjud uskunalardan yangi usullar bilan foydalanish yo‘llarini topa boshladilar. Shu tarzda kimyo muhandisligi eng keng qamrovli muhandislik yo‘nalishiga aylandi.

1970-yillarda bu soha hozirgidek keng emas edi. O‘sha davrda kimyo muhandisligini bitirganlarning qariyb 80 foizi kimyoviy sanoat yoki davlat idoralarida ishlagan. 2000-yillarga kelib bu ko‘rsatkich 50 foizgacha tushdi. Buning asosiy sababi — biotexnologiya sohasining tez rivojlanishidir. Biotexnologiya — biologik tizimlar va tirik organizmlarga texnologik yondashuvni o‘z ichiga oladi. Biologik jarayonlarni chuqur tushunib, ularni o‘zgartirish, boshqarish va yangi mahsulotlarga aylantirish mumkin. Bu yo‘nalish farmatsevtika va sog‘liqni saqlash sohalariga ham katta ta’sir ko‘rsatdi. Har kuni yangi dorilar ishlab chiqiladi va takomillashtiriladi. Kimyo muhandislari bu dorilarning organizmga qanday samarali yetkazilishini o‘rganadilar. Masalan, insulin yoki epipen kabi dorilar in’ektsiya shaklida beriladi, boshqalari esa inhalator tarzida samaraliroq bo‘ladi.

Kimyo muhandisligi oziq-ovqat sanoatida ham katta rol o‘ynaydi. Makkajo‘xoridan sirop olish, sun’iy shirinliklar yaratish, sut o‘rnini bosuvchi mahsulotlar va go‘shtga o‘xshash vegan mahsulotlar ishlab chiqarish imkonini berdi. Bu esa ovqatlanish cheklovlariga ega odamlar uchun katta yengillik yaratdi. Bugungi kunda kimyo muhandisligida atrof-muhit va barqaror energiyaga bo‘lgan qiziqish ortib bormoqda. Insoniyat tugamaydigan energiya manbalarini izlamoqda. Shunday manbalardan biri — biomassa, ya’ni o‘simlik va hayvonlardan olingan qayta tiklanuvchi organik material. Biomassaga yog‘och, qishloq xo‘jaligi chiqindilari, axlat va hayvon go‘ngi kiradi. 2016-yilga kelib AQShda energiyaning taxminan 5 foizi biomassa yoqilg‘ilaridan olingan. Kimyo muhandislari esa qaysi materiallar biomassa sifatida ishlatilishi va ulardan energiyani qanday samarali ajratib olish mumkinligini tadqiq qilishda davom etmoqda.

Kimyo muhandisligi sohasidagi barcha bu yutuqlar bizga har qanday innovatsion mahsulotni yaratishda kerak bo‘ladigan bilimlarni beradi. Biz mavjud narsalarni yanada mukammallashtirishimiz yoki butunlay yangi, inqilobiy mahsulotlar yaratishimiz mumkin. Yaratishga qiziqqan har bir inson uchun kimyo muhandisligi — cheksiz imkoniyatlar maydonidir.