Χημική διαδικασία είναι οποιαδήποτε εργαστηριακή ή βιομηχανική δραστηριότητα όπου τα προϊόντα αντιδρούν χημικά μεταξύ τους για να σχηματίσουν νέα προϊόντα. Οι αντιδράσεις αλλάζουν τη δομή των μορίων του προϊόντος, αντί να τα προσθέτουν μαζί σε μια διαδικασία ανάμειξης. Μείγματα μπορεί να προκύψουν από αυτές τις δραστηριότητες, αλλά έχει συμβεί μια χημική αλλαγή σε ένα ή περισσότερα από τα αντιδρώντα υλικά.
Τα σχέδια διεργασιών συχνά περιλαμβάνουν την κατασκευή μεγαλύτερων μορίων από μικρότερα μόρια που βρίσκονται στις πρώτες ύλες. Ορισμένες αντιδράσεις μπορούν να σπάσουν μεγαλύτερα μόρια και να τα αναδιατάξουν με διαφορετικούς τρόπους για να παραχθεί ένα τελικό προϊόν. Μπορεί να απαιτούνται πολλαπλές αντιδράσεις για την παραγωγή ενός επιθυμητού μορίου και μπορεί να περιλαμβάνουν πρόσθετες πρώτες ύλες ή αλλαγές στη θερμοκρασία ή την πίεση για να προκαλέσουν το σχηματισμό διαφορετικών προϊόντων. Μια διαδικασία μπορεί να είναι ένα μόνο βήμα αντίδρασης ή μια βιομηχανική λειτουργία που δημιουργεί τελικά χημικά προϊόντα σε μεγάλη κλίμακα.
Τα χημικά παράγονται αρχικά σε εξοπλισμό εργαστηριακής κλίμακας, τόσο για την επιβεβαίωση των απαραίτητων βημάτων όσο και για την ακριβή ρύθμιση των θερμοκρασιών και των πιέσεων της αντίδρασης που απαιτούνται συχνά για την πραγματοποίηση των αντιδράσεων. Πολλές βιομηχανικές χημικές διεργασίες συμβαίνουν σε υψηλές θερμοκρασίες και/ή πιέσεις, αλλά λιγότερο συχνά, οι αντιδράσεις μπορούν να συμβούν σε πολύ χαμηλές πιέσεις ή σε κενό ή σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες.
Οι καταλύτες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να βοηθήσουν τη χημική αντίδραση κατά το σχεδιασμό μιας χημικής διεργασίας. Αυτά είναι προϊόντα που επιταχύνουν ή επιταχύνουν την αντίδραση, παράγουν περισσότερο από το επιθυμητό τελικό προϊόν έναντι άλλων παραπροϊόντων ή σε ορισμένες περιπτώσεις επιτρέπουν στις αντιδράσεις να συμβούν σε χαμηλότερες θερμοκρασίες ή πιέσεις για μείωση του κόστους. Τα δοχεία αντίδρασης υψηλής πίεσης ή θερμοκρασίας μπορεί να είναι ακριβά στην κατασκευή, επομένως ένας καταλύτης μπορεί να είναι σημαντικός κατά το σχεδιασμό χημικών εγκαταστάσεων.
Οι δοκιμές σε πιλοτικές εγκαταστάσεις ή λειτουργίες μικρής κλίμακας μπορεί να είναι το επόμενο βήμα στο σχεδιασμό της διαδικασίας. Οι χρόνοι αντίδρασης, οι θερμοκρασίες και οι πιέσεις πρέπει να επανεξεταστούν και να βελτιστοποιηθούν για την παραγωγή των σωστών χημικών ουσιών και τη μείωση των απορριμμάτων. Τα προϊόντα πρέπει να διαχωριστούν και να καθαριστούν σε επιπρόσθετα στάδια και μπορεί να χρειαστούν πρόσθετες αντιδράσεις προτού παραχθεί ένα τελικό προϊόν. Τα απόβλητα υλικά πρέπει να προσδιοριστούν και να βρεθούν τρόποι εξουδετέρωσης ή απόρριψής τους ώστε να ελαχιστοποιηθούν τα περιβαλλοντικά ζητήματα. Οι δοκιμές πιλοτικών εγκαταστάσεων είναι σημαντικές, επειδή ορισμένες εργαστηριακές δοκιμές δεν λειτουργούν σωστά όταν εκτελούνται σε μεγαλύτερο εξοπλισμό και ενδέχεται να χρειαστούν αλλαγές στο σχεδιασμό πριν κατασκευαστεί μια μονάδα πλήρους κλίμακας.
Μια πλήρους κλίμακας βιομηχανική χημική διεργασία μπορεί να διαρκέσει χρόνια για να κατασκευαστεί με μεγάλο κόστος, επομένως λαμβάνεται μέριμνα για την επαλήθευση όλων των απαιτήσεων ελέγχου εξοπλισμού και διεργασιών πριν από την έναρξη της κατασκευής. Τα χημικά εργοστάσια απαιτούν προμήθεια πρώτων υλών με τρένο ή φορτηγό, χρησιμοποιώντας δεξαμενές για υγρά, κυλίνδρους ή δοχεία υψηλής πίεσης για αέρια και χώρο αποθήκης για σακούλες ή τύμπανα. Οι δεξαμενές αντίδρασης ή οι πύργοι χρειάζονται για την παραγωγή των ακατέργαστων ή μη καθαρισμένων τελικών προϊόντων και όλες οι σωληνώσεις, τα ηλεκτρικά και τα όργανα πρέπει να είναι σχεδιασμένα για να συνδέουν όλα τα μέρη της διαδικασίας. Τα σχέδια χημικών διεργασιών περιλαμβάνουν μεθόδους διαχωρισμού και ανακύκλωσης αχρησιμοποίητων πρώτων υλών πίσω στο μπροστινό μέρος της διαδικασίας για μείωση των αποβλήτων και του λειτουργικού κόστους.
Όταν τα τελικά προϊόντα έχουν καθαριστεί και διαχωριστεί από το ρεύμα χημικής διεργασίας, μπορεί να χρειαστεί αποθήκευση έως ότου αποσταλούν στους πελάτες. Αυτό μπορεί να περιλαμβάνει πρόσθετες δεξαμενές για υγρά, φιάλες για αέρια και αποθήκευση για τύμπανα ή σακούλες, ενώ ορισμένα προϊόντα ενδέχεται να έχουν συγκεκριμένες θερμοκρασίες ή συνθήκες αποθήκευσης για τη διατήρηση της ποιότητας και την αποφυγή προβλημάτων ασφάλειας. Ένας κατασκευαστής μπορεί να έχει διαθέσιμα φορτηγά ή βυτιοφόρα για να αποστέλλει χύδην ποσότητες σε πελάτες και αυτοί οι στόλοι μπορεί να είναι ιδιόκτητοι ή μισθωμένοι.
Κάθε αντίδραση σε μια χημική διαδικασία είναι ένα βήμα και πολλές μπορεί να συνδυαστούν σε μια σύνθετη αλυσίδα γεγονότων που ονομάζεται χημική μονάδα. Οι μηχανικοί χημικών διεργασιών και οι σχεδιαστές εγκαταστάσεων εξετάζουν προσεκτικά την αλληλεπίδραση όλων των βημάτων για να δημιουργήσουν μια αποτελεσματική λειτουργία. Η ποιότητα των προϊόντων, η ενεργειακή απόδοση και η ελαχιστοποίηση των αποβλήτων εξετάζονται προσεκτικά στο σχεδιασμό της διαδικασίας και είναι ζωτικής σημασίας για την παραγωγή μιας κερδοφόρας χημικής λειτουργίας.