Un processo chimico è qualsiasi attività di laboratorio o industriale in cui i prodotti vengono fatti reagire chimicamente tra loro per formare nuovi prodotti. Le reazioni cambiano la struttura delle molecole del prodotto, piuttosto che sommarle insieme in un processo di miscelazione. Le miscele possono derivare da queste attività, ma si è verificato un cambiamento chimico in uno o più dei materiali reagiti.
I progetti di processo spesso implicano la costruzione di molecole più grandi da molecole più piccole presenti nelle materie prime. Alcune reazioni possono rompere molecole più grandi e riorganizzarle in modi diversi per produrre un prodotto finale. Possono essere necessarie reazioni multiple per produrre una molecola desiderata e possono includere materie prime aggiuntive o cambiamenti di temperatura o pressione per causare la formazione di prodotti diversi. Un processo può essere una singola fase di reazione o un’operazione industriale che crea prodotti chimici finiti su larga scala.
I prodotti chimici vengono prima prodotti in apparecchiature su scala di laboratorio, sia per confermare i passaggi necessari sia per mettere a punto le temperature e le pressioni di reazione spesso necessarie affinché le reazioni si verifichino. Molti processi chimici industriali avvengono ad alte temperature e/o pressioni, ma meno frequentemente le reazioni possono avvenire a pressioni molto basse o sotto vuoto, oppure a temperature molto basse.
I catalizzatori possono essere utilizzati per aiutare la reazione chimica durante la progettazione di un processo chimico. Questi sono prodotti che accelerano o accelerano la reazione, producono più del prodotto finale desiderato rispetto ad altri sottoprodotti, o in alcuni casi consentono che le reazioni avvengano a temperature o pressioni più basse per ridurre i costi. I recipienti di reazione ad alta pressione o temperatura possono essere costosi da produrre, quindi un catalizzatore può essere importante quando si progettano impianti chimici.
I test in impianti pilota, o operazioni su piccola scala, possono essere il passo successivo nella progettazione del processo. Tempi di reazione, temperature e pressioni devono essere rivisti e ottimizzati per produrre i prodotti chimici corretti e ridurre i materiali di scarto. I prodotti devono essere separati e purificati in passaggi aggiuntivi e potrebbero essere necessarie ulteriori reazioni prima di realizzare un prodotto finale. I materiali di scarto devono essere determinati e trovare modi per neutralizzarli o smaltirli per ridurre al minimo i problemi ambientali. Il test dell’impianto pilota è importante, perché alcuni test di laboratorio non funzionano correttamente quando vengono eseguiti in apparecchiature più grandi e potrebbero essere necessarie modifiche nella progettazione prima della costruzione di un impianto su vasta scala.
Un processo chimico industriale su vasta scala può richiedere anni per essere costruito con grandi spese, quindi si ha cura di verificare tutte le attrezzature e i requisiti di controllo del processo prima dell’inizio della costruzione. Gli impianti chimici richiedono l’approvvigionamento delle materie prime tramite treno o camion, utilizzando serbatoi per liquidi, bombole o recipienti ad alta pressione per gas e spazio di magazzino per sacchi o fusti. I serbatoi o le torri di reazione sono necessari per produrre i prodotti finiti grezzi o non purificati e tutte le tubazioni, l’elettricità e la strumentazione devono essere progettate per collegare tutte le parti del processo. I progetti di processi chimici includono metodi per separare e riciclare le materie prime inutilizzate nella parte anteriore del processo per ridurre gli sprechi e i costi operativi.
Quando i prodotti finiti sono stati purificati e separati dal flusso del processo chimico, potrebbe essere necessario lo stoccaggio fino a quando non vengono spediti ai clienti. Ciò può includere serbatoi aggiuntivi per liquidi, bombole per gas e stoccaggio per fusti o sacchi e alcuni prodotti possono avere temperature o condizioni di conservazione specifiche per mantenere la qualità ed evitare problemi di sicurezza. Un produttore può avere camion o autocisterne disponibili per spedire grandi quantità ai clienti e queste flotte possono essere di proprietà o in leasing.
Ogni reazione in un processo chimico è un passaggio e molti possono essere combinati in una complessa catena di eventi chiamata impianto chimico. Gli ingegneri dei processi chimici e i progettisti di impianti considerano attentamente l’interazione di tutte le fasi per creare un’operazione efficiente. La qualità del prodotto, l’efficienza energetica e la riduzione al minimo dei rifiuti sono tutti attentamente considerati nella progettazione del processo e sono fondamentali per produrre un’operazione chimica redditizia.