Химийн инженерийн процессыг оновчлох үндсэн зарчим нь үр ашгийг, гарц, зардлын үр ашигтай байдлыг дээд зэрэг хэмнэхэд оршино. Эдгээр элементүүдийг сайжруулах замаар химийн инженерүүд үйлдвэрлэлийн бүтээлийг огцом сайжруулах, орчин тойрны нөлөөллийг болон нөөцийн хэрэглээг бууруулах боломжтой. Реакцийн кинетик, термодинамик, массын шилжилтийн зарчим шиг аргууд процессыг оновчлохөд түлхэц өгдөг. Реакцийн кинетик нь химийн урвалын хурд болон үр дүнг ойлгоход тусалдаг бол термодинамик нь химийн процессын энерги хувиргах тухай мэдээлэл өгнө. Массын шилжилтийн зарчим нь процессын доторх материалуудын түгэлтийг үр ашигтай хийхэд тусалж, урвалын оновчтой нөхцлийг бүрдүүлдэг.
Олон тохиолдлын судалгааны нотолгоо нь үйлдвэрт эдгээр оновчлолтын стратегийг амжилттай нэвтрүүлснийг харуулж байна. Жишээлбэл, термодинамикийн дэвшилтэт загваруудыг нэвтрүүлсэн нэг петрохимийн үйлдвэрийн судалгаа нь хаягдлыг бууруулж, нөөцийн удирдлагыг сайжруулсныг харуулжээ. Эдгээр сайжруулалтууд нь бүтээлч ажиллагааг нэмэгдүүлэхээс гадна урт хугацаанд үйлдвэрийн байгаль орчныг хамгаалах практикийг дэмждэг. Ийм судалгаанууд нь үйлдвэрлэлийн системд оновчлолтын стратегийг нэвтрүүлэх чухал байдлыг баталж, эдийн засгийн үр ашиг, байгаль орчныг хамгаалахад эерэг нөлөө үзүүлдэг.
Этиленгликоль болон полипропилен химийн үйлдвэрт эрчимтэй хэрэглэгддэг нөөцүүдийн нэг юм. Этиленгликоль нь үндсэндээ антифриз үйлдвэрлэхэд, мөн полиэстер эдлэлийн ширэг, смолын өмнөх бодис болгон ашигладаг. Энэ нь эдлэлийн болон пластмассын үйлдвэрт чухал ач холбогдолтой. Нөгөө талаар, полипропилен нь хэрэглээний хүрээ өргөн полимер бөгөөд баглаа боодлын материал, автомашины хэсгүүдээс эхлэн олон төрлийн пластмассыг үйлдвэрлэхэд ашигладаг. Хөнгөн бөгөөд бат бөх чанараараа олон төрлийн хэрэглээнд тохиромжтой бөгөөд орчин үеийн үйлдвэрлэлийн технологид ихээхэн хувь нэмэр оруулдаг.
Этиленгликолийг үйлдвэрлэхэд этиленийн катализын исэлдэлтийг хэрэглэдэг бол полипропилен нь тодорхой нөхцөлд пропилены полимержих процессоор үйлдвэрлэгддэг. Эдгээр химийн процессууд нь чанар, үр ашгийг баталгаажуулахын тулд нарийн урвал ба орчны параметрүүдийн хяналт шаарддаг. Зах зээлийн хандлага ёсоор эдгээр хоёр бодисын эрэлт өсөж байгаа бөгөөд автомобиль үйлдвэрлэлийн салбарын өргөжилтөөс шалтгаалан этиленгликолийн хэрэглээ нэмэгдэх боломжтой байна. Мөн полипропиленгийн эрэлт нь хог хаягдлыг дахин боловсруулах салбарын өсөлтөөр дэмигдэж байна. Полипропиленгийн жилийн дундаж өсөлтийн хувь өндөр байх нь түүний олон салбар дахь чухал үүргээс шалтгаалан тогтвортой байх боломжтой байна. Эдгээр хандлагууд нь үйлдвэрлэлийн технологийг дэвшүүлэхэд этиленгликоль, полипропилен нь маш чухал ач холбогдолтойг харуулж байна.
Хиймэл оюун ухаан (ХОУ) нь химийн үйлдвэрлэлийн процессыг оновчтой болгох ажлыг үндсээр нь хувьсгаж байна. Энэ нь урьдчилан сэргийлэх техникийн үйлчилгээг сайжруулах, мөн бодит цагийн мэдээллийн шинжилгээг хийх боломжийг олгодог. Процессын удирдлагад хиймэл оюун ухааны хэрэглээ нь нөөцийг үр ашиглах, хаягдлыг ихээр бууруулахад хүргэдэг. Жишээлбэл, ХОУ-ын алгоритмууд температурыг нарийн тохируулж, энерги ихээр хэрэглэхгүй байхыг хангаж, үйл ажиллагааны үр ашигтай байдалыг сайжруулах, зогсолтын цагийг бууруулах боломжийг олгодог. Дэлхийн эдийн засгийн форумын судалгаагаар ХОУ-д суурилсан дэвшлийн нөлөөгөөр химийн болон дэвшилтэт материалын салбарын ойролцоогоор 44% ажилчид дахин сургах боломжтой гэж таамаглаж байна. Мөн BASF зэрэг компаниуд үйлдвэрлэлийн үр ашигт чанарыг ХОУ-ын тусламжтай сайжруулж, энерги хэрэглээ болон үйл ажиллагааны зардлыг бууруулж чадсанаа мэдэгдсэн. Энэ төрлийн сайжруулалт нь процессыг оновчтой болгох, нөөцийг удирдах асуудалд ХОУ-ын тогтоосон чухал үүргийг харуулж байна.
Интернет зүйлс (IoT) нь химийн үйлдвэрлэлд, тухайн шугамын оюунлаг полимер үйлдвэрлэлийг дэвшүүлэхэд бүтэн нэвтэрсэн байна. Үүний давуу талд ажлын бодит цагийн хяналт тавих, өгөгдлийг бүхэлд нь интеграцлах, энэ бүгд нийлж ажиллагааны үр ашигтай байдлыг сайжруулдаг. IoT систем нь үйлдвэрлэгчдэд процессуудыг хялбарчилан зохицуулах, полимер үйлдвэрлэлийн тогтвортой чанар, чанарыг сайжруулах боломжийг олгодог. Evonik ба AMSilk гэх мэт компаниуд IoT-ийн боломжуудыг ашиглан өөрчлөлт оруулж байгаа бөгөөд энэ нь үйлдвэрлэлийн хурдны нэмэгдэлт, үйлдвэрлэлийн зардлын бууралт гэх мэт үр дүнгүүдийг харуулж байна. Жишээлбэл, AMSilk нь IoT-ийн тусламжтай сайжруулалтын дүнд үйлдвэрлэлийн процессын зардлыг 40% хэмжээгээр бууруулж чадсан байна. Эдгээр жишээнүүд нь IoT-ийн үр дүнтэй байдлыг харуулж байгаа бөгөөд уламжлалт үйлдвэрлэлийн аргуудыг илүү хөгжимтэй, үр ашигтай, зардал багатай полимер үйлдвэрлэлийн шийдлүүрүү хувиргаж байна.
Био-түүвэрлэгдсэн поливинил ацетат нь уламжлалт нефть эх сурвалжтай наалдамхай бодисоос илүү тэгш хэмт солбисон шилжилт хийхэд томоохон үүрэг гүйцэтгэдэг. Био-түүвэрлэгдсэн поливинил ацетатын гол давуу тал нь сэргээгдэх эх үүсвэрийг эхний материал болгон ашиглах замаар орчин үеийн нөлөөллийг бууруулдаг. Эдгээр шийдлүүд нь хурдатгалын түлшний хэрэглээг багасгахаас гадна цаг агаарын өөрчлөлтөнд нөлөөлөх ялгаруулалтыг бууруулдаг. Энэ бүтээгдэхүүнийг үйлдвэрлэхэд ихэвчлэн ургамлын гаралтай полимерийн эх үүсвэр ашигладаг бөгөөд энэ нь байгалийн нүүрстөрөгчийн нэгдлүүдийг ашиглахад чиглэсэн байдаг. Био-түүвэрлэгдсэн шийдлүүдийг ашиглан аж үйлдвэр нь нүүрстөрөгчийн хэмжээг бууруулах, экосистемийг сайжруулах чиглэлээр дэлхийн тэгш хэмийн зорилгуудтай тааруулан ажилладаг.
Био-түүхий эдэд суурилсан поливинил ацетатын үйлдвэрлэлийн процесс нь сэргээгдэх түүхий эдийн эх үүсвэрээс эхэлдэг бөгөөд энэ нь ерөнхийдөө байгалийн ширхэг эсвэл биополимерийг багтаадаг. Эдгээр түүхий эдийг полимержүүлэх процессын дагуу хувиргадаг бөгөөд энэ үед биополимерийн чанарыг хадгалах, энерги хэрэглээг багасгахыг зорьдог. Ийм материалыг хөгжүүлэх нь молекулын бүтцийг судалж, түүхий тосонд суурилсан түгээмэл хувилбаруудын ажиллагааг давах эсвэл тэнцүүлэхэд чиглэсэн инновацийн талаар судалж хөгжүүлдэг.
Барилга болон боомжийн салбаруудад био-түүхий эд дээр суурилсан поливинил ацетатыг амжилттай нэвтрүүлснээр экологийн үр дүнг сайжруулж байгаа нь тогтоогдсон. Энэ нь түүхий эдүүд нь адгезийн ижил чанарыг олгох бөгөөд уулзалтын бат бөх байдлыг алдагдуулалгүйгээр тээвэрлэх боломжийг олгодог. Харьцуулах шинжилгээнүүд нь эдгээр материалыг уламжит поливинил ацетаттай харьцуулахад ижил зэргийн наалдамтгай чанар, бат бөх байдлыг харуулж байгаа тул эко-нөхөн орж буй солилт болон хувьсгалын чухал алхам гэж үзэж болно.
Химийн үйлдвэрлэлд формальдегидийг ашигласнаар эрүүл мэнд болон орчин тойронд ихээхэн аюул учруулах болсон бөгөөд үйлдвэрлэлийн салбарууд формальдегидийг багасгах арга хэмжээнүүдийг нэвтрүүлэх шаардлагатай болсон. Формальдегид нь амьсгалын замын болон арьсны үрэвслийг үүсгэх, агаарыг бохирдуулах зэрэг аюултай шинж чанараараа онцлогддог. Хяналтын стандартууд эрхэлсэн тогтоосны дагуу үйлдвэрлэгчид формальдегидийн ялгаралтыг болон хэрэглээг багасгах зорилтот арга хэмжээнүүдийг хэрэгжүүлэхэд илүү их дарамтанд орж байна.
Формальдегидийг багасгах арга замуудын хэд хэдэн шинэлэг хандлага гарч ирсэн. Эдгээрт формальдегидийн оронд өөр химийн бодисуудыг ашиглах, үйлдвэрлэлийн процессыг сайжруулах замаар формальдегидийн ялгаралтыг бууруулах аргуудыг хэрэглэх нь багтдаг. Цэвэр үйлдвэрлэлийн технологийг дэмжих нь маш чухал бөгөөд жишээлбэл, үйлдвэрлэлийн үед формальдегидийн ялгаралтыг үр дүнтэй задлахын тулд хөгжүүлэн бүтээгдсэн өндөр нарийн катализаторын конвертерүүдийг ашиглах боломжтой.
Байгаль орчны байгууллагууд болон судалгааны ажлууд нь формальдегидийг бууруулах арга хэмжээнд онцгой анхаарал тавьж ирсэн. Эдгээр байгууллагын статистикууд нийтлэгдэг арга хэмжээний хэрэгжилт нь агаарын бохирдол болон мэргэжлийн эрүүл мэндийн эрсдлийг бууруулах эерэг нөлөөг харуулж байна. Ийм арга хэмжээнд дэмжлэг үзүүлэн мэргэжилтнүүд нь үйлдвэрлэлийн орчинд формальдегидийн агууламжийг эрс бууруулахад орчин үеийн вентиляци, орчин үеийн байгаль орчинд ээлтэй орлуулгыг нэвтрүүлэхийг зөвлөж байна. Эдгээр арга хэмжээг хэрэгжүүлэх нь эрүүл ахуйн дүрэм журмын шаардлагыг хангахад туслах нь эсгүй, илүү байгаль орчинд ээлтэй үйлдвэрлэлийн орчныг бий болгоход чиглэгдэнэ.
Микрореакторын системүүд нь этиленгликолийн нийлэгжилд тухайлбал чухал байр суурь эзэлдэг урсгалын хими технологийн шинэлэг хөгжил юм. Эдгээр бага хэмжээтэй, маш үр ашигтай төхөөрөмжүүд нь урвалын үр ашиг, аюулгүй байдал, үйлдвэрлэлийн масштаблах боломж зэргээр олон давуу талуудыг олгож байна. Оптималь урвалын нөхцөлийг бий болгох замаар микрореакторууд этиленгликолийн нийлэгжилтийн гарц болон сонгомол чанарыг нэмэгдүүлэх, аюултай хажуугийн бүтээгдэхүүнүүдийг хамгийн ихээр бууруулах боломжтой. Микрореакторуудын удирдамжтай орчин нь урвалын кинетик болон аюулгүй байдлыг сайжруулдаг бөгөөд экзотерм урвалуудыг хянах боломжийг хангах замаар традицион төвөөнд хийгддэг урвалын үед гарч болох дэлбэрэлтийн эрсдлийг бууруулдаг.
Техникийн хувьд микро урвалын системүүдийг үйлдвэрлэлийн гарц болон үр ашгийг дээшлүүлэхийн тулд үйл ажиллагааны параметрүүдийг сайжруулан бүтээсэн байдаг. Эдгээр системүүд температур, даралт, урвалын бодисын урсгалын хурдныг нарийн хянах боломжийг олгодог. Энэ нарийн тохируулга нь илүү нарийн урвалыг хангаж, иймээс үйлдвэрлэлийн нийт үр ашгийг дээшлүүлдэг бөгөөд энэ нь их хэмжээний тоног төхөөрөмж шаарддаг том партийн үйлдвэрлэлийг томруулах шаардлагагүй болгодог. Ийм масштаблах чадвар нь хөгжлийн хугацааг богиносгох, үйл эксплуатацийн зардлыг бууруулахад хүргэдэг.
Этиленгликолийн үйлдвэрлэлд микро-реакторын системийн давуу талыг судалгаа нягт баталжээ. Гадаргуугийн талбайн эзэлхүүнд ноогдох харьцаа өндөр байдаг учраас дулаан ба массын шилжилтийн үр ашигтай байдлыг олшруулдаг. Үйлдвэрлэлийн процессынхаа ажиллагаа, аюулгүй байдалд микро-реакторын системийг нэвтрүүлсэн компаниуд энэ талаарх тайлангаар дамжуулан илүү сайн үр дүнг тэмдэглэсэн гэж мэдээлж байна. Жишээлбэл, химийн компани BASF нь этиленгликоль үйлдвэрлэхэд эдгээр системийг амжилттай нэвтрүүлсэн байдаг.
Хэмжээний тасралтгүй боловсруулах загварууд нь химийн үйлдвэрлэлийн салбарт томоохон өөрчлөлт оруулж байгаа бөгөөд үйлдвэрлэлийн хугацаа болон үр ашгийг огцом сайжруулж байна. Химийн урвалыг тасралтгүй ажиллуулах боломжийг олгож байгаагаар энэ загварууд нь тасалгаат процессын хязгаарлалтуудыг арилгаж, эхлэлт болон дуусгавтын үед их хэмжээний цаг хугацаа зарцуулах шаардлагыг багасгаж, илүү их бүтээмж болон зардал хэмнэлтэнд хүрэх боломжийг олгодог. Систем дээрх материалын тасралтгүй урсгал нь зогсолтын цагийг бууруулж, урвалын нөхцөлийг илүү сайн удирдах боломжийг олгож, илүү өндөр гарц болон бүтээгдэхүүний нэгдмэл чанарыг хангаж байна.
Тасралтгүй боловсруулалтын салбарт инноваци нь бодит цагийн шинжилгээ, автомата хяналт тавих, уялдаа харилцах хяналтын систем гэх мэт дэвшлилд оршдог. Эдгээр технологиуд нь үйлдвэрлэл явагдаж байх үед мөгц мэдээлэл дамжуулж, тохируулгыг хийх боломжийг олгож, нөхцлийг оновчтой болгоход тусдаг бөгөөд хамгийн өндөр үр ашиг, бүтээгдэхүүний чанарыг хангана. Санли Тех Интернэшнл зэрэг компаниуд химийн технологи, инженерийн үйлчилгээний салбарт ахчин байр эзэлдэг бөгөөд эдгээр тасралтгүй боловсруулалтын системийг ашиглан олон салбарын үйл ажиллагааны үр ашгийг сайжруулдаг.
Олон салбарт масштаблах чадвартай тасралтгүй боловсруулалтын загварыг амжилттай нэвтрүүлсэн жишээнүүд нь бодит ертөнцөд тодорхой байна. Эмийн салбарт энэ загварыг ашигласнаар үйлдвэрлэлийн хугацаа болон зардал ач холбогдолтойгоор буурч, бүтээгдэхүүний цэвэр байдал болон тогтвортой байдлыг сайжруулсан байна. Үнэндээ, Давхацын эдийн засгийн форумын тайлангийн мэдээлснээр масштаблах чадвартай тасралтгүй боловсруулалтын загварыг ашигладаг салбрууд үйлдвэрлэлийн мөчлөгийн хугацааг 50%-иар бууруулж чадаж байгаа болон өндөр чанарыг хангаж байна.
Полимер үйлдвэрлэлийн бүтцийг дахин ашиглах эдийн засаг нь хаягдлыг бууруулах, нөөцийг үр ашигтай ашиглах зорилготой томоохон шилжилт юм. Энэ нь полимерийн амьдралын мөчлийг хувьсгалын үндсэн чиглэлээр өөрчлөхөд чиглэгдсэн бөгөөд энэ салбарт урт хугацааны тогтвортой байдалд чухал хувь нэмэр оруулдаг. Шинэ дэвшлийн чиг хандлага нь полипропилен болон бусад полимерийг дахин ашиглах боломжийг олгож буй дэвшилтэт дахин боловсруулах технологи, мөн ашиглсны дараа байгалийн орчинд задрах чадвартай полимерийн шинэ технологийг багтаадаг. Эдгээр шинэ бүтээлүүд нь зөвхөн хог хаягдлыг бууруулахгүй, харин полимерийг дахин ашиглах замаар нөөцийг хэмнэдэг. 2025 он гэхэд эдгээр арга хэмжээнүүд нь хаягдлыг бууруулах, нөөцийн үр ашигт чанарыг нэмэгдүүлэх замаар полимерийн салбарт томоохон нөлөө үзүүлэх боломжтой гэж таамаглаж байна (эх сурвалж шаардлагатай).
Нанотехнологийн хувьд химийн үйлдвэрт катализийн процессыг сайжруулахад хувь хүндэлт оруулдаг. Наноматериалын онцгой шинж чанарыг ашиглан урвалыг илүү үр дүнтэй болгох, хурд болон сонголтыг оновчтой болгодог. Жишээлбэл, платины нано ширхэгийг катализатор болгон ашигласнаар урвалын хурдыг хамгийн түгээмэл арга барилаас хамаагүй ихээр нэмэгдүүлдэг. Графен шиг тодорхой наноматериалуудыг дулаан дамжуулах чадварыг сайжруулах, илүү бага энерги зарцуулж катализийн урвал явуулахад ашигладаг. Нанотехнологийн аргаар явагдаж буй процессын үр дүнгээр үйлдвэрлэлийн үр ашгийг нэмэгдүүлэх, зардлыг бууруулах зэрэг олон судалгаа нь үйлдвэрлэлийн хэрэглээнд томоохон дэвшлийг хүргэдэг. Үйлдвэрлэлийн хэрэглээнд эдгээр дэвшлийг катализаторын урвалд энерги хэмнэлттэй, үр ашгийг сайжруулснаар баталгаажуулсан (эх сурвалж шаардлагатай).
EN