Главная цель развития химической технологии – повышение производительности труда, улучшение качества продукции и снижение себестоимости. Эта цель может быть достигнута путем совершенствования техники и технологии в следующих основных взаимосвязанных направлениях: увеличение мощности производства; комплексное использование сырья; разработка энергосберегающих производств; создание безотходных производств; внедрение механизации трудоемких работ; автоматизации и автоматических систем управления технологическими процессами; замена периодических процессов непрерывными.

1. Увеличение мощности производств осуществляется тремя путями: использованием параллельных технологических линий; увеличение размеров аппаратов и интенсификация работы аппаратов.

Использованием параллельных технологических линий, т.е. установка нескольких однотипных аппаратов параллельно, позволяет осуществлять монтажные работы, пуск в эксплуатацию, а также последующий ремонт оборудования без остановки всего производства.

Увеличение размеров аппаратов повышает их производительность, а следовательно, и производительность труда, а также снижает себестоимость продукции. Например, замена двухнебольших аппаратов на один большого размера уменьшает удельный расход конструкционного материала и сокращает удельные производственные площади, занимаемые оборудованием. Однако рост мощности производства путем увеличения размеров аппаратов имеет свои ограничения.

Интенсификация работы аппаратов позволяет повысить их производительность без увеличения размеров. Достигается она двумя путями: улучшением конструкции аппаратов и усовершенствованием технологических процессов в аппаратах данного типа. За последние годы значительна возросла единичная мощность аппаратов. Так, в производстве серной кислоты и аммиака – в 30 раз, что позволяет получать до 450 тыс.т/год продукции с одной технологической линии.

2. Комплексное использование сырья. Это направление имеет существенное значение для экономии сырья, снижения себестоимости продукции и решения экологических проблем.

3. Разработка энергосберегающих производств дает возможность экономить природные энергоресурсы (уголь, нефть, природный газ) и ведет к снижению себестоимости продукции. С этой целью в химической технологии широко используют теплоту экзотермических реакций для подогрева исходных веществ или для получения водяного пара.

4. Создание безотходных производств – важный фактор в решении экологических проблем и снижения себестоимости продукции. Существует несколько путей создания безотходных производств:

· организация производств по замкнутому циклу (циркуляционных),

сущность которых состоит в многократном возвращении непрореагировавших веществ в один и тот же аппарат до полного их превращения в конечный продукт. Пример, производство аммиака, метанола.

· кооперирование химических производств с другими (например, металлургическим) позволяет использовать выбрасываемые ранее отходы в качестве сырья для других отраслей промышленности.

· Применение методов очистки отходящих газов и сточных вод с использованием специальных очистных аппаратов.

5. Механизация трудоемких работ – замена физического труда человека машинным.

Автоматизация – применение приборов, позволяющих осуществлять производственные процессы без участия человека, а лишь под его контролем. Приборы автоматического контроля дают возможность поддерживать на заданном уровне параметры технологических процессов.

6. Замена периодических процессов непрерывными интенсифицирует процессы, способствует увеличению производительности труда, улучшает качество продукции и условия труда.

Периодические процессы характеризуются тем, что порция сырья загружается в аппарат, в течение определенного времени проходит в нем ряд стадий обработки и после этого полученный продукт выгружается. Недостатки процесса: параметры изменяются во времени, что приводит к ухудшению качества продукции; продолжительность всего процесса больше, чем непрерывного; энергетические затраты выше. В непрерывных процессах поступление сырья и выгрузка продукта происходят непрерывно. В этих процессах отсутствуют недостатки, характерные для периодических процессов.

Интенсификация и совершенствование ХТП возможны с применением новых физических и физико-химических методов, многие из которых пока еще находятся в стадии становления. Фотохимические, радиационно-химические и биохимические процессы сходны с каталитическими по механизму ускорения химических реакций, которые с участием соответствующих возбудителей идут по иному пути, чем в их отсутствие. Возбудителями служат световые излучения (фотохимические процессы), ионизирующие излучения высокой энергии (радиационно-химические), и биохимические катализаторы – ферменты микроорганизмов. В результате удачного применения физических методов интенсификации сокращаются продолжительность протекания лимитирующих стадий процессов и энергозатраты, улучшаются технико-экономические показатели производства.

Из физических методов интенсификации наибольшее применение имеют акустические, электромагнитные, оптические, радиационные.

Применение биохимических процессов в химической технологии имеет особенно большое будущее. В живой природе под действием высокоактивных биологических катализаторов – ферментов и гормонов – происходят всевозможные биохимические и каталитические реакции; они происходят в атмосферных условиях с высоким выходом.

Биотехнология – использование живых организмов и биологических процессов в производстве. Биотехнология использует достижения биохимии, микробиологии, молекулярной биологии и генетики, иммунологии, биоорганической химии. Она широко применяется в ферментном производстве, пищевой, фармацевтической, горнорудной и химической промышленности, процессах биологической очистки сточных вод и др.

Главная особенность биотехнологии состоит в том, что ее процессы протекают при температуре и давлении, близких к нормальным, не требуют высоких энергетических затрат. Благодаря этим особенностям биотехнология имеет высокую экономическую эффективность, приобретает все большее значение среди новейших направлений научно-технического прогресса.

Современная биотехнология – комплексная многопрофильная отрасль, включающая такие разделы как микробиологический синтез, генетическая и клеточная инженерия, инженерная энзимология.

Биотехнология находит широкое применение в агропромышленном, химико-лесном и металлургическом комплексах. Существенно возрастает значение биотехнологии в широком использовании биомассы как возобновляемом источнике энергии и сырья. Активно развивается техническая биоэнергетика (биоэнергетика – совокупность процессов преобразования энергии в биологических системах), базирующаяся на процессах био- и термохимической конверсии различных видов биомассы в газообразное, жидкое и твердое топливо. Во многих странах стало традиционным получение биогаза анаэробной микробиологической конверсией отходов пищевой промышленности, животноводческих ферм, активного ила очистных сооружений и коммунальных отходов.

Значительные потенциальные возможности имеет получение этанола из биомассы путем ее ферментации.

Установлено, что с помощью бактерий возможно уменьшение содержания метана в атмосфере угольных шахт. Для этой цели используют бактерии, интенсивно окисляющие метан до диоксида углерода и способные развиваться на весьма простых питательных средах. В условия угольной шахты такие микроорганизмы за 2-4 недели окисляют до 70% метана.

Биотехнология позволяет вовлечь в переработку огромные запасы бедных и сложных по составу руд и отходов, обеспечивает комплексное и более полное, по сравнению с классическими методами добычи металлов, использование минерального сырья. В целом же проблему переработки сложных комплексных руд можно решить только комбинированными методами, использующими микробиологические и химические процессы.