Un processus chimique est tout laboratoire ou activité industrielle où les produits réagissent chimiquement les uns avec les autres pour former de nouveaux produits. Les réactions modifient la structure des molécules du produit, plutôt que de les ajouter ensemble dans un processus de mélange. Des mélanges peuvent résulter de ces activités, mais un changement chimique s’est produit dans un ou plusieurs des matériaux ayant réagi.
Les conceptions de processus impliquent souvent la construction de molécules plus grosses à partir de molécules plus petites trouvées dans les matières premières. Certaines réactions peuvent casser des molécules plus grosses et les réarranger de différentes manières pour produire un produit final. De multiples réactions peuvent être nécessaires pour produire une molécule souhaitée, et peuvent inclure des matières premières supplémentaires ou des changements de température ou de pression pour provoquer la formation de différents produits. Un processus peut être une seule étape de réaction ou une opération industrielle créant des produits chimiques finis à grande échelle.
Les produits chimiques sont d’abord produits dans des équipements de laboratoire, à la fois pour confirmer les étapes nécessaires et pour affiner les températures et les pressions de réaction souvent requises pour que les réactions se produisent. De nombreux processus chimiques industriels se produisent à des températures et/ou des pressions élevées, mais moins souvent, les réactions peuvent se produire à de très basses pressions ou sous vide, ou à très basses températures.
Des catalyseurs peuvent être utilisés pour faciliter la réaction chimique lors de la conception d’un processus chimique. Ce sont des produits qui accélèrent ou accélèrent la réaction, font plus du produit final souhaité par rapport à d’autres sous-produits, ou dans certains cas permettent aux réactions de se produire à des températures ou des pressions plus basses pour réduire les coûts. Les réacteurs à haute pression ou température peuvent être coûteux à fabriquer, un catalyseur peut donc être important lors de la conception d’usines chimiques.
Les tests dans une usine pilote ou des opérations à petite échelle peuvent être la prochaine étape de la conception du processus. Les temps de réaction, les températures et les pressions doivent être revus et optimisés pour produire les bons produits chimiques et réduire les déchets. Les produits doivent être séparés et purifiés au cours d’étapes supplémentaires, et des réactions supplémentaires peuvent être nécessaires avant qu’un produit final ne soit fabriqué. Les déchets doivent être déterminés et trouver des moyens de les neutraliser ou de les éliminer afin de minimiser les problèmes environnementaux. Les tests en usine pilote sont importants, car certains tests en laboratoire ne fonctionnent pas correctement lorsqu’ils sont exécutés dans des équipements plus gros, et des modifications peuvent être nécessaires dans la conception avant la construction d’une usine à grande échelle.
Un processus chimique industriel à grande échelle peut prendre des années à construire à grands frais, c’est pourquoi nous prenons soin de vérifier tous les équipements et les exigences de contrôle des processus avant le début de la construction. Les usines chimiques nécessitent un approvisionnement en matières premières par train ou par camion, en utilisant des réservoirs pour les liquides, des bouteilles ou des récipients à haute pression pour les gaz, et un espace d’entreposage pour les sacs ou les fûts. Des réservoirs ou des tours de réaction sont nécessaires pour produire les produits finis bruts ou non purifiés, et toute la tuyauterie, l’électricité et l’instrumentation doivent être conçues pour connecter toutes les parties du processus. Les conceptions de processus chimiques incluent des méthodes pour séparer et recycler les matières premières inutilisées en amont du processus afin de réduire les déchets et les coûts d’exploitation.
Lorsque les produits finis ont été purifiés et séparés du flux de traitement chimique, un stockage peut être nécessaire jusqu’à ce qu’ils soient expédiés aux clients. Cela peut inclure des réservoirs supplémentaires pour les liquides, des bouteilles pour les gaz et un entreposage pour les fûts ou les sacs, et certains produits peuvent avoir des températures ou des conditions de stockage spécifiques pour maintenir la qualité et éviter les problèmes de sécurité. Un fabricant peut disposer de camions ou de wagons-citernes pour expédier des quantités en vrac aux clients, et ces flottes peuvent être détenues ou louées.
Chaque réaction dans un processus chimique est une étape, et nombre d’entre elles peuvent être combinées dans une chaîne complexe d’événements appelée usine chimique. Les ingénieurs de procédés chimiques et les concepteurs d’usines examinent attentivement l’interaction de toutes les étapes pour créer une opération efficace. La qualité des produits, l’efficacité énergétique et la minimisation des déchets sont tous soigneusement pris en compte dans la conception du processus et sont essentiels pour produire une opération chimique rentable.