З 2000-го року під керівництвом професора Л. Л. Товажнянського на кафедрі розвивається напрямок наукових досліджень, пов’язаних зі вдосконаленням технології дифузійного карбідного поверхневого легування (ДКПЛ). Технологія ДКЛП розроблена на основі відкриття, зареєстрованого під № 368, одним із авторів якого була провідний науковий співробітник, кандидат технічних наук Інна Ісаківна Заєць, яка працювала на кафедрі до 2008-го року.

Надалі над розвитком технології ДКПЛ продовжили працювати старший науковий співробітник, кандидат технічних наук Л. О. Чуняєва, науковий співробітник, кандидат технічних наук О. М. Чуняєв, молодші наукові співробітники А. О. Биков та А. О. Асріян. Технологія ДКПЛ призначена для заміни об’ємно легованих (іржостійких) сталей, які працюють у агресивних середовищах хімічної та добувної промисловості, на поверхнево леговані. Карбідні покриття, нанесені за технологією ДКПЛ, є ефективними на вуглецевих сталях, конструкційних низьколегованих сталях, високоміцних низько- й середньолегованих сталях, практично на усіх видах інструментальних сталей, а також на сірому, ковкому та високоміцному чавуні. За технологією ДКПЛ можна виготовити основні комплектуючі для усіх галузей машинобудування: підшипники, шестірні, плунжерні пари, гальмові диски, різальний, штампувальний та рублячий інструмент, запірну арматуру, сопла, інжектори, робочі органи й патрубки насосів для агресивних середовищ, деталі для роботи у агресивних середовищах (металовироби, фітинги, насадки), напівфабрикати (листова сталь, труби) та ін. Теоретичні дослідження з цього наукового напрямку пов’язані з розробкою фізико-хімічних прийомів регулювання процесу утворення карбідної фази, а також з розробкою поверхнево-легованих сплавів з заданим градієнтом властивостей. Технологія ДКПЛ захищена 24 патентами США, Японії, Германії, Канади, Швеції, Франції.

У 2002-му році виконуючим обов’язки завідуючого кафедрою ЗХТ, ПА було призначено доктора технічних наук, професора Ведя Валерія Євгеновича. На початку першого десятиліття ХХI-го століття під його керівництвом розпочалися роботи зі створення керамічних нагрівників принципово нового типу. Використання розроблених контактних нагрівників дозволило реалізувати передачу тепла об’єктам, як нагріваються, за рахунок теплопровідності, тобто з мінімальним тепловим опором у системі, яка передає тепло. Також з’явилася можливість передавати тепло спрямованим та рівномірно розподіленим тепловим потоком з максимально розвиненою поверхнею заданої складної конфігурації, яка передає тепло. Це дозволило вперше створити електричний пластинчастий теплообмінник – нагрівник практично зі стовідсотковою передачею тепла середовищу, яке нагрівається (Л. Л. Товажнянський, В. Є. Ведь, Л. М. Ульєв). Подібний нагрівник рекомендовано використовувати для перекачування високов’язкої нафти у шлейфах та вже використано на підприємствах лакофарбової промисловості (наприклад, ВАТ «Червоний хімік» – загальна потужність семи нагрівників хімічних реакторів – 230 кВт), а також для обігрівання й гарячого водопостачання побутових та промислових приміщень (ВАТ завод «Кондиціонер», 30 кВт).

Використання керамічних нагрівників нового типу та організація прийомів спрямованої передачі тепла, наприклад, у хімічних реакторах, сушильному обладнанні, побутових приладах та ін. дозволяє досягти 20-40 % економії електроенергії. Розроблено й інфрачервоні нагрівники, які спрямовано генерують приблизно 90 % теплового потоку та дозволяють оцінити енергоефективність їх використання на рівні вище 70%.

З початку 2000-х років на кафедрі виконуються роботи, очолювані професором Л. Л. Товажнянським, зі створення нових типів перетворювачів шкідливих газових викидів промислових підприємств та транспортних засобів (професор В. Є. Ведь зі співробітниками). Роботи базуються на експериментальних та теоретичних дослідженнях, що дозволяють створювати моделі і алгоритми чисельного вирішення задач кінетики протікання процесів конверсії та змішування газів, які описують процес виділення тепла у реакторах проточного типу. Це дає можливість зробити прогноз полів температури, тиску та концентрації домішок у апаратах та розробити нові конструкції каталітичних нейтралізаторів, які використовуються, зокрема, на пересувних сміттєспалювальних комплексах ПСУ-150 і ПСУ-350, а також на пересувній установці для знешкодження пестицидів.

Кафедра ІТПА спільно з Центром енергозберігаючих інтегрованих технологій та АТ «Співдружність-Т» впроваджують свої наукові результати – нові пластинчасті теплообмінники та теплообмінні модулі – на різних підприємствах. Наприклад, тільки у Києві ці теплоагрегати було змонтовано у будинках Адміністрації президента України, Верховної Ради, Національного банку України, Міністерства спорту, Міністерства енергетики, Палацу мистецтва «Український дім», Генеральної дирекції іноземних представництв, в іноземних посольствах і ще на більш, ніж 500-х об’єктах. Усього в Україні теплообміні пункти змонтовано приблизно на 1000 об’єктів, а теплообмінники встановлено приблизно у 3000 установ та житлових будинках. Економічний ефект від впровадження такого теплообмінного обладнання еквівалентний 5 млн. дол. США на рік та збільшується з кожним роком.

Наукові співробітники та викладачі кафедри ІТПА регулярно беруть участь у міжнародних виставках та залучаються до виконання міжнародних проектів з енергозбереження та охорони навколишнього середовища. Високий рівень розробок та кваліфікації наших фахівців підтверджується участю у програмах TACIS, TALK, INTAS, INCO-COPERNICUS, REAP, SYNERGY, TEMPUS, TEMPUS-TACIS, а також у інших проектах шостої  та сьомої рамкових програм, підтримуваних і фінансованих Європейським союзом.

Співробітники кафедри підтримують тісні наукові зв’язки зі вченими Великобританії, Китаю, США, Франції, Іспанії, Італії, Греції, Польщі, Румунії, Швеції, Росії, Казахстану, Молдови. На кафедрі видається щоквартальний науково-практичний журнал «Інтегровані технології та енергозбереження» та щорічно проводиться міжнародна конференція «Інтегровані технології та енергозбереження». За підтримки Міністерства освіти і науки України та Європейської Комісії в галузі культури і освіти співробітники кафедри ІТПА та Центру енергозберігаючих інтегрованих технологій регулярно проводять школу-семінар з сучасних методів енергозбереження.

Кафедра ІТПА оснащена сучасним обладнанням: створені нові сучасні віртуальні лабораторні роботи; лабораторні роботи з дисципліни «Процеси і апарати» інтегруються з обчислювальною технікою для проведення вимірювань у реальному часі, діють різні комплекси для проведення вимірювання фізико-механічних, теплофізичних та структурних характеристик матеріалів і покриттів, вимірювань в області високотемпературного матеріалознавства, у тому числі, електронний мікроскоп SELMI ПЕС 125К, сучасний металографічний мікроскоп НДСЕ-10А, який дозволяє збільшувати об’єкти у 1200 разів, дериватографи типу Q-1500 та ін.

Співробітники кафедри ІТПА за матеріалами виконаних наукових досліджень у останні десять років підготували до видання та випустили у світ 12 монографій, понад 50 підручників та навчальних посібників, понад 40 методичних вказівок, 85 статей у зарубіжних виданнях та понад 400 статей у вітчизняних спеціалізованих виданнях, 5 дистанційних курсів; отримали 52 патенти України, США та РФ.

Вперше російською мовою опубліковано монографію, присвячену пінч-аналізу – «Основы интеграции тепловых процессов» (автори Р. Сміт, Й. Клемеш, Л. Л. Товажнянський, П. А. Капустенко, Л. М. Ульєв). Ця книга поклала початок глибоким науково-практичним дослідженням у країнах СНД як нового наукового напрямку.

У 2006-тому році була опублікована фундаментальна двотомна монографія професора Л. М. Ульєва «Ламінарні течії у співвісних конічних каналах», у якій були викладені основи теорії вимушеної ламінарної течії та теплообміну у співвісних конічних каналах. У 2005-тому році колектив авторів (професори А. П. Готлінська, В. О. Лещенко, І. А. Нечипоренко, І. С. Чернишов) під загальною редакцією професора Л. Л. Товажнянського видав підручник у двох частинах «Процессы и аппараты химической технологии». У 2007-му році підручник вийшов у світ українською мовою.

Напрямок інтеграції процесів, який розвивають професори П. О. Капустенко та Л. М. Ульєв зі співробітниками, дозволили обґрунтувати та запропонувати єдиний підхід, який можна застосовувати як до проектування виробництв, так і до реконструкції окремих технологічних процесів, а також промислових комплексів у цілому. Створена співробітниками кафедри ІТПА теорія та нові методи інтеграції теплових процесів запропоновані до застосування на підприємствах, які використовують як безперервні цикли виробництва, так і періодичні.

На кафедрі вперше розроблено унікальний пакет інтерактивного математичного забезпечення, який дозволяє проектувати технологічні схеми складних теплообмінних систем зі споживанням енергії, близьким до термодинамічно обґрунтованого мінімуму. Використання розроблених методів дозволяє також оцінити енергозберігаючий потенціал та можливість зменшення шкідливих викидів не тільки підприємств, але й великих виробничих комплексів.

Практичне використання розробленої теорії інтеграції теплових процесів відобразилося у проведенні аналізу енергоспоживання різних хімічних виробництв та систем теплопостачання в житлово-комунальному господарстві, на підприємствах нафтопереробної, коксохімічної, харчової, металургійної промисловості, виробництвах будівельних матеріалів та ін. Отримані дані показали, що енергозберігаючий потенціал обстежених підприємств становить 45-60% від їхньої споживаної енергії. Це свідчить про те, що створення, впровадження та розвиток енергозберігаючих інтегрованих технологій на підприємствах, які є кінцевими споживачами виробленої енергії, не тільки зменшить питоме енергоспоживання, але й дозволить значно знизити шкідливі викиди від утилітних об’єктів.

Використання відкритих фундаментальних закономірностей у рамках нового наукового напрямку дозволяє створити принципово нові технологічні методи. Їх упровадження на промислових підприємствах України, які застосовують хіміко-технологічні засоби виробництва й переробки продуктів, призводить до зниження питомих енергозатрат на 30-70%.

Створені методи також дозволяють проектувати енергоефективні системи промислових виробництв, оптимізовані до приведеної ціни. Дослідження, останнім часом проведені у рамках наукової школи, показали, що втілення заходів з використанням результатів, які отримані з розрахунків інтеграції процесів на підприємствах хіміко-технологічного циклу тільки чотирьох областей Північного Сходу України, дозволить зменшити енергоспоживання на 10-12 млн. тон умовного палива на рік. Це відповідає економії 8 млрд. доларів США у перерахунку на нафтовий еквівалент. При цьому викиди оксиду вуглецю до атмосфери повинні знизитися на 7,2 млн. тон на рік. Кількість відходів твердих речовин при цьому може бути зменшена на 30-40% від її сучасного рівня. Створені методи планується у подальшому поширювати на усі регіони України.

Подібні фундаментальні дослідження у світі зараз можуть виконувати тільки вчені підрозділів двох університетів, де створені, розвинені та безперервно удосконалюються методи інтеграції процесів. Це відобразилося й у назвах департаментів: у НТУ «ХПІ» – це кафедра «Інтегровані технології, процеси і апарати», а у UMIST (Інститут науки та технології Манчестерського університету) – кафедра «Інтеграції процесів».

Сьогодні основними науковими напрямками кафедри є:

• вдосконалення науково-практичних основ інтеграції процесів та використання її методів;
• дослідження процесів гідродинаміки та тепло- і масообміну у каналах пластинчатих теплообмінників;
• вивчення та моніторинг тенденцій комплексного використання сучасного високоефективного обладнання, яке дозволяє знизити енергоспоживання та зменшити кількість шкідливих викидів;
• високотемпературне матеріалознавство;
• дослідження та вдосконалення кінетичних процесів знешкодження шкідливих газів, процесів масообміну та аеродинаміки, які дозволяють розраховувати й створювати каталітичні нейтралізатори для різного теплоенергетичного обладнання;
• дифузійне карбідне поверхневе легування деталей на основі чорних металів;
• розробка спеціального програмного забезпечення для підвищення швидкості та якості інженерних розрахунків;
• консалтинг у галузі тепло- та масообміну, а також енерго- та ресурсоефективності;
• експертна, методична та дидактична підтримка навчального процесу.

Співробітники кафедри ІТПА впроваджують результати своїх наукових робіт та надають консультаційні послуги таким промисловим підприємствам:

• Кременчуцький МПЗ;
• Херсонський МПЗ;
• ВАТ «Запоріжсталь»;
• Маріупольский металургійний комбінат;
• Авдєєвський коксохімзавод;
• Маркохім;
• Сумихімпром;
• Запоріжський коксохімзавод;
• КП «Харківське конструкторське бюро двигунобудування»;
• ДП ЗМКБ «Прогрес» ім. академіка О. Г. Івченка;
• Щокіноазот;
• Середньоуральський мідноплавильний завод;
• ЗАТ «Південькабель»;
• Стерлітамацьке ВАТ «Сода»;
• Харківський плитковий завод;
• ЗАТ «Бісквіт-шоколад»;
• ВАТ «Червоний хімік» та ін.