Ein chemischer Prozess ist jede Labor- oder Industrieaktivität, bei der Produkte chemisch miteinander umgesetzt werden, um neue Produkte zu bilden. Die Reaktionen verändern die Struktur der Produktmoleküle, anstatt sie in einem Mischprozess zusammenzufügen. Bei diesen Aktivitäten können Gemische entstehen, aber in einem oder mehreren der reagierten Materialien ist eine chemische Veränderung aufgetreten.
Prozessdesigns beinhalten oft den Aufbau größerer Moleküle aus kleineren Molekülen, die in Rohstoffen vorkommen. Einige Reaktionen können größere Moleküle aufbrechen und auf unterschiedliche Weise neu anordnen, um ein Endprodukt zu erzeugen. Mehrere Reaktionen können erforderlich sein, um ein gewünschtes Molekül herzustellen, und können zusätzliche Rohmaterialien oder Änderungen der Temperatur oder des Drucks umfassen, um die Bildung verschiedener Produkte zu bewirken. Ein Prozess kann ein einzelner Reaktionsschritt oder ein industrieller Vorgang sein, der fertige chemische Produkte in großem Maßstab erzeugt.
Chemikalien werden zunächst in Geräten im Labormaßstab hergestellt, um sowohl die notwendigen Schritte zu bestätigen als auch die Reaktionstemperaturen und -drücke, die häufig für die Durchführung der Reaktionen erforderlich sind, fein abzustimmen. Viele industrielle chemische Prozesse laufen bei hohen Temperaturen und/oder Drücken ab, aber seltener können die Reaktionen bei sehr niedrigen Drücken oder im Vakuum oder bei sehr niedrigen Temperaturen ablaufen.
Katalysatoren können verwendet werden, um die chemische Reaktion beim Entwerfen eines chemischen Prozesses zu unterstützen. Dies sind Produkte, die die Reaktion beschleunigen oder beschleunigen, mehr aus dem gewünschten Endprodukt im Vergleich zu anderen Nebenprodukten machen oder in einigen Fällen ermöglichen, dass die Reaktionen bei niedrigeren Temperaturen oder Drücken ablaufen, um die Kosten zu senken. Die Herstellung von Hochdruck- oder Temperaturreaktionsbehältern kann teuer sein, daher kann ein Katalysator bei der Konstruktion von Chemieanlagen wichtig sein.
Das Testen in Pilotanlagen oder im kleinen Maßstab kann der nächste Schritt im Prozessdesign sein. Reaktionszeiten, Temperaturen und Drücke müssen überprüft und optimiert werden, um die richtigen Chemikalien herzustellen und Abfallstoffe zu reduzieren. Produkte müssen in zusätzlichen Schritten getrennt und gereinigt werden, und zusätzliche Reaktionen können erforderlich sein, bevor ein Endprodukt hergestellt wird. Abfallmaterialien müssen bestimmt und Wege gefunden werden, sie zu neutralisieren oder zu entsorgen, um Umweltprobleme zu minimieren. Pilotanlagentests sind wichtig, da einige Labortests nicht richtig funktionieren, wenn sie in größeren Geräten ausgeführt werden, und Änderungen in der Konstruktion erforderlich sein können, bevor eine vollständige Anlage gebaut wird.
Es kann Jahre dauern, bis ein groß angelegter industrieller chemischer Prozess mit großem Aufwand erstellt wird. Daher wird sorgfältig darauf geachtet, alle Anforderungen an die Ausrüstung und die Prozesssteuerung zu überprüfen, bevor mit dem Bau begonnen wird. Chemieanlagen benötigen die Rohstoffversorgung per Bahn oder Lkw, mit Tanks für Flüssigkeiten, Flaschen oder Hochdruckbehältern für Gase und Lagerflächen für Säcke oder Fässer. Zur Herstellung der rohen oder ungereinigten Endprodukte werden Reaktionstanks oder -türme benötigt, und alle Rohrleitungen, Elektro- und Instrumentenausrüstungen müssen so ausgelegt sein, dass sie alle Teile des Prozesses verbinden. Chemische Prozessdesigns umfassen Methoden zum Trennen und Recyceln ungenutzter Rohstoffe zurück zum Anfang des Prozesses, um Abfall- und Betriebskosten zu reduzieren.
Wenn die fertigen Produkte gereinigt und vom chemischen Prozessstrom getrennt wurden, kann eine Lagerung bis zum Versand an die Kunden erforderlich sein. Dies kann zusätzliche Tanks für Flüssigkeiten, Flaschen für Gase und Lager für Fässer oder Säcke umfassen, und einige Produkte können bestimmte Temperaturen oder Lagerbedingungen haben, um die Qualität zu erhalten und Sicherheitsprobleme zu vermeiden. Ein Hersteller kann LKWs oder Tankwagen zur Verfügung haben, um Massenmengen an Kunden zu versenden, und diese Flotten können Eigentum sein oder geleast werden.
Jede Reaktion in einem chemischen Prozess ist ein Schritt, und viele können in einer komplexen Kette von Ereignissen kombiniert werden, die als Chemiewerk bezeichnet wird. Chemische Verfahrenstechniker und Anlagenplaner berücksichtigen sorgfältig das Zusammenspiel aller Schritte, um einen effizienten Betrieb zu schaffen. Produktqualität, Energieeffizienz und Abfallminimierung werden bei der Prozessgestaltung sorgfältig berücksichtigt und sind entscheidend für einen rentablen chemischen Betrieb.