Ο σχεδιασμός της μονάδας διεργασίας περιλαμβάνει τον προγραμματισμό διαφόρων διαδικασιών που απαιτούνται για την επίτευξη ενός φυσικού ή χημικού μετασχηματισμού ορισμένων τύπων υλικών. Ο σχεδιασμός της μονάδας διεργασίας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για το σχεδιασμό μιας νέας εγκατάστασης ή για την επέκταση ή τροποποίηση μιας υπάρχουσας εγκατάστασης. Αν και συνήθως ξεκινά σε εννοιολογικό επίπεδο, ο σχεδιασμός της μονάδας διεργασίας συνήθως τελειώνει με τη δημιουργία κάποιου τύπου κατασκευής ή σχεδίων κατασκευής. Οι σχεδιαστές μιας εγκατάστασης χημικών διεργασιών συνήθως γράφουν διάφορους τύπους εγχειριδίων λειτουργίας που περιγράφουν λεπτομερώς τις διαδικασίες που απαιτούνται για την εκκίνηση, τη λειτουργία και τον τερματισμό της εγκατάστασης. Αυτά τα έγγραφα μπορεί επίσης να χρειαστούν για μελλοντικές τροποποιήσεις στην εγκατάσταση.
Πριν ξεκινήσουν ένα σύνθετο έργο, οι σχεδιαστές εγκαταστάσεων επεξεργασίας συνήθως συλλέγουν δεδομένα από μικρές πιλοτικές μονάδες καθώς και από άλλες μεγαλύτερες εγκαταστάσεις που λειτουργούν αυτήν τη στιγμή. Ο σχεδιασμός της μονάδας διεργασίας απαιτεί επίσης εκτεταμένα δεδομένα που συγκεντρώνονται από διάφορες άλλες πηγές, όπως εργαστήρια δοκιμών και κατασκευαστές εξοπλισμού. Ο σχεδιασμός μιας εγκατάστασης μονάδας επεξεργασίας δεν πρέπει μόνο να επιτύχει τους επιθυμητούς στόχους παραγωγής. πρέπει επίσης να παραμείνει εντός των ορίων ορισμένων άλλων περιορισμών επίσης. Αυτοί οι περιορισμοί συνήθως περιλαμβάνουν πράγματα όπως η διαθεσιμότητα χώρου, οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις και θέματα ασφάλειας, καθώς και το κόστος κεφαλαίου, λειτουργίας και συντήρησης.
Πριν από την υποβολή μιας πρότασης για μια νέα εγκατάσταση διεργασίας, οι ερευνητές συχνά δοκιμάζουν πρώτα τη διαδικασία σε πολύ μικρή κλίμακα. Τα αποτελέσματα από αυτές τις μικρές δοκιμές χρησιμοποιούνται στη συνέχεια για να καθοριστεί η σκοπιμότητα της διαδικασίας σε πολύ μεγαλύτερη κλίμακα. Για το σκοπό αυτό συνήθως κατασκευάζεται μια μικρή πιλοτική μονάδα. Μετά τη συλλογή των απαραίτητων δεδομένων από το πιλοτικό εργοστάσιο, οι ερευνητές συνήθως σχηματίζουν μια ομάδα σχεδιασμού μονάδας διεργασίας που αποτελείται από επιστήμονες και μηχανικούς προκειμένου να καταρτίσουν τα σχέδια κατασκευής για τη νέα εγκατάσταση. Αυτή η ομάδα πρέπει επίσης να γράψει μια ποικιλία διαφορετικών εγχειριδίων λειτουργίας.
Μια μεγάλη ποικιλία παραγόντων πρέπει να λαμβάνεται υπόψη στο σχεδιασμό μιας τυπικής εγκατάστασης μονάδας επεξεργασίας. Πρέπει να καθοριστούν οι διαστάσεις, τα μήκη και οι παράμετροι λειτουργίας διαφόρων αντλιών και σωλήνων καθώς και η διαθεσιμότητα νερού και ηλεκτρισμού. Πρόσθετες αντλίες και σωληνώσεις που απαιτούνται για τις διαδικασίες εκκίνησης και διακοπής λειτουργίας της εγκατάστασης πρέπει επίσης να περιλαμβάνονται στο σχεδιασμό. Οι σχεδιαστές πρέπει επίσης να σχεδιάσουν μεθόδους για τη λήψη δειγμάτων προϊόντων όταν είναι απαραίτητο. Αφού σχεδιαστεί ολόκληρη η εγκατάσταση επεξεργασίας, οι μηχανικοί θα χρησιμοποιούν συνήθως προσομοιώσεις υπολογιστή για να αναλύσουν παραμέτρους όπως ο ρυθμός ροής, οι πιέσεις εργασίας και οι θερμοκρασίες σε μια προσπάθεια να διασφαλίσουν ότι ολόκληρη η διαδικασία θα εκτελεστεί με ασφάλεια και αποτελεσματικότητα.