Химическая технология
Хими́ческая техноло́гия, наука о рациональных, экономически и экологически обоснованных процессах, методах и средствах массовой химической переработки сырья, полуфабрикатов и промышленных отходов в продукты потребления и промежуточные продукты, применяемые в различных отраслях материального производства. Методологию химической технологии используют не только в химической, но и во многих других отраслях промышленности: нефтехимической, металлургической, строительных материалов, стекольной, текстильной, целлюлозно-бумажной, фармацевтической, пищевой, энергетической и др. Химическая технология, используя достижения естественных и технических наук, изучает и разрабатывает совокупность физических и химических процессов, машин и аппаратов, оптимальные пути управления ими при промышленном химическом производстве различных веществ, продуктов, материалов и изделий.
История химической технологии неотделима от истории развития химической промышленности. Вначале химическая технология, возникшая с появлением первых химических промыслов, была исключительно описательным разделом прикладной химии. Выделение химической технологии как отдельной области знаний и научной дисциплины началось во 2-й половине 18 в. Впервые термин «технология» (от греч. τέχνη – искусство или ремесло, λόγος – наука) употребил профессор Гёттингенского университета И. Бекман в 1772 г., и он же издал первые труды по технике многих химических производств, явившиеся, по сути, и первыми учебниками по химической технологии. В 1803 г. в Петербургской АН учреждена кафедра химической технологии, с 1804 г. в Санкт-Петербурге стал издаваться «Технологический журнал, или Собрание сочинений и известий, относящихся до технологии и приложения учинённых в науках открытий к практическому употреблению». В эти же годы начинается и преподавание химической технологии в высших учебных заведениях России. В 1807–1808 гг. издаётся первый русский учебник по химической технологии профессора Московского университета И. А. Двигубского «Начальные основания технологии, или Краткое показание работ, на заводах и фабриках производимых».
Современная химическая технология развивается по многим научным и учебным направлениям, к которым относятся физико-химическая, физико-математическая, инженерно-техническая, экологическая и экономическая отрасли знаний. Основная задача химической технологии – сочетание в единой технологической системе разнообразных химических превращений с физико-химическими и механическими процессами: измельчение и сортировка твёрдых материалов, образование и разделение гетерогенных систем, массо- и теплообмен, фазовые превращения, сжатие газов, создание и использование для интенсификации высоких и низких температур, электрических, магнитных и ультразвуковых полей и т. д. К химической технологии относятся также транспортировка, складирование и хранение сырья, полуфабрикатов и готовых продуктов, контроль и автоматизация производственных процессов, выбор конструкционных материалов для промышленной аппаратуры, а также типов и единичных мощностей аппаратов.
Направления развития химической технологии как науки многоплановы. К ним можно отнести: определение теоретически возможных пределов достижения химических превращений; интенсивности всех процессов переноса энергии, вещества, импульса и заряда в заданных условиях на основе законов физики, химии и физической химии; использование метода математического моделирования и осуществление выбора рациональных режимов, целесообразного приближения к предельным условиям на всех масштабных уровнях и разработку пути оптимального синтеза; описание и объяснение, на основе математических моделей, молекулярного уровня наблюдаемых явлений и зависимостей на макроуровне, изучение на молекулярном уровне законов образования веществ с заданной структурой и свойствами; описание динамики химико-технологического процесса на всех масштабных уровнях организации и определение значения и места самоорганизованных, хаотических и кооперативных явлений; осуществление масштабного перехода от результатов лабораторных исследований к промышленным условиям, преодоление трудностей, связанных с отсутствием физических аналогов, и определение рациональных конструкций и размеров химической аппаратуры, прежде всего химических реакторов; разработка оптимальной технологической схемы и выбор оптимальных условий её функционирования.
Все процессы химической технологии разделяют в зависимости от общих кинетических закономерностей их протекания на 5 основных групп: гидромеханические (фильтрование, псевдоожижение и другие гидромеханические процессы); тепловые (выпаривание, испарение, конденсация и др.); массообменные, или диффузионные (ректификация, адсорбция и др. процессы массообмена); химические (многочисленность этих процессов обусловлена широкой номенклатурой веществ и материалов, производимых на основе различных химических реакций); механические (измельчение, грохочение, гранулирование, дозирование сыпучих материалов и др.). По организационно-технической структуре процессы в химической технологии классифицируют на непрерывные и периодические.
Химическая технология – комплекс технологий, основанных на процессах неорганической и органической химии. Неорганическая химическая технология включает: производство основных химических веществ (кислоты, щёлочи, соли, удобрения и др.); производство особо чистых неорганических продуктов (реактивы, редкие элементы, полупроводники, фармацевтические препараты и др.); электрохимические производства (хлор, щёлочи, кислород, водород и др.); металлургию (чёрная, цветная, металлургия благородных металлов и др.); производство силикатов (стекло, цемент, керамика и др.); производство минеральных красок и пигментов.
В органической химической технологии можно выделить: основной органический синтез (спирты, кислоты, эфиры, переработка СО, Н2, СН4, С2Н4 и др.); производство полукрасителей и красителей; тонкий органический синтез (фармацевтические препараты, кинофотореактивы и др.); производство высокомолекулярных соединений (пластические массы, искусственные и синтетические волокна, каучук и др.); переработку горючих материалов (нефть, уголь, сланцы и др.); производство пищевых продуктов (сахар, жиры и др.).
Современная химическая технология характеризуется созданием агрегатов большой единичной мощности, освоением процессов, в которых используются сверхвысокие и сверхнизкие температуры и давления, применением высокоэффективных катализаторов, развитием тонкого органического, неорганического и элементоорганического синтеза с целью создания новых веществ и материалов, получением веществ с необычными ценными свойствами (наноматериалов, особо чистых, сверхтвёрдых, жаростойких и жаропрочных материалов и др.).
Развитие химической технологии идёт по пути комплексного использования высококачественного сырья и рациональных затрат энергии; создания новых процессов углублённой и комплексной химической переработки минерального сырья, нефти, газа и твёрдых горючих ископаемых; создания новых химических источников тока и систем преобразования энергии; конструирования высокопроизводительной аппаратуры из химически стойких материалов; разработки непрерывных и замкнутых (малоотходных) процессов, минимизирующих загрязнение воздушного и водного бассейнов вредными промышленными отходами; развития систем автоматизации, контрольно-измерительной техники и т. п. Перспективы развития химической технологии связаны с развитием исследований в области химического и биохимического синтеза, с изучением природы химической и биологической активности, углублением знаний в области гетерогенного и гомогенного катализа, а также многих других.