Hoy en día, los aspectos fundamentales del diseño de plantas químicas son realizados por ingenieros químicos . Históricamente, este no fue siempre el caso y muchas plantas químicas se construyeron de forma fortuita antes de que se estableciera la disciplina de la ingeniería química. La ingeniería química se estableció por primera vez como una profesión en el Reino Unido cuando George E. Davis impartió el primer curso de ingeniería química en la Universidad de Mánchester en 1887 en forma de doce conferencias sobre diversos aspectos de la práctica química industrial.[5] Como consecuencia, George E. Davis es considerado como el primer ingeniero químico del mundo. Hoy en día, la Ingeniería Química es una profesión y aquellos Ingenieros Químicos Profesionales con experiencia pueden obtener el estatus de Ingeniero "Autorizado" a través de la Institución de Ingenieros Químicos .
En el diseño de plantas, normalmente menos del 1 por ciento de las ideas para nuevos diseños alguna vez se comercializan. Durante este proceso de solución, por lo general, los estudios de costos se utilizan como una selección inicial para eliminar diseños no rentables. Si un proceso parece rentable, entonces se consideran otros factores, como la seguridad, las restricciones ambientales, la capacidad de control, etc.[2] El objetivo general en el diseño de plantas es construir o sintetizar "diseños óptimos" en la vecindad de las restricciones deseadas.[6].
Muchas veces los químicos investigan las reacciones químicas u otros principios químicos en un laboratorio, comúnmente a pequeña escala en un experimento de "tipo lote". La información química obtenida es luego utilizada por los ingenieros químicos, junto con su propia experiencia, para convertir a un proceso químico y ampliar el tamaño o la capacidad del lote. Comúnmente, una pequeña planta química llamada planta piloto se construye para proporcionar información de diseño y operación antes de la construcción de una planta grande. A partir de los datos y la experiencia operativa obtenidos de la planta piloto, una planta ampliada puede diseñarse para una capacidad mayor o total. Después de que se determinan los aspectos fundamentales del diseño de una planta, los ingenieros mecánicos o eléctricos pueden involucrarse con los detalles mecánicos o eléctricos, respectivamente. Los ingenieros estructurales") pueden involucrarse en el diseño de la planta para garantizar que las estructuras puedan soportar el peso de las unidades, las tuberías y otros equipos.
Las unidades, las corrientes y los sistemas de fluidos de las plantas o procesos químicos se pueden representar mediante diagramas de flujo de bloques que son diagramas muy simplificados, o diagramas de flujo de procesos que son algo más detallados. Las corrientes y otras tuberías se muestran como líneas con cabezas de flecha que muestran la dirección habitual del flujo de material. En los diagramas de bloques, las unidades a menudo se muestran simplemente como bloques. Los diagramas de flujo del proceso pueden usar símbolos más detallados y mostrar bombas, compresores y válvulas principales. Los valores probables o los rangos de las tasas de flujo de material para las distintas corrientes se determinan en función de la capacidad deseada de la planta utilizando cálculos de balance de materiales. Los balances de energía también se realizan en función de los calores de reacción, las capacidades térmicas, las temperaturas y presiones esperadas en diversos puntos para calcular las cantidades de calefacción y refrigeración necesarias en diversos lugares y para cambiar el tamaño de los intercambiadores de calor. El diseño de la planta química se puede mostrar con mayor detalle en un diagrama de tuberías e instrumentación (P&ID) que muestra todas las tuberías, tuberías, válvulas e instrumentación, generalmente con símbolos especiales. Mostrar una planta completa suele ser complicado en un P&ID, por lo que a menudo solo unidades individuales o sistemas de fluidos específicos se muestran en un solo P&ID.
En el diseño de la planta, las unidades están dimensionadas para la capacidad máxima que cada una debe manejar. De manera similar, los tamaños para tuberías, bombas, compresores y equipos asociados se eligen para la capacidad de flujo que deben manejar. Los sistemas de servicios públicos, como la energía eléctrica y el suministro de agua, también deben incluirse en el diseño de la planta. Es posible que se deban incluir líneas de tuberías adicionales para procedimientos de operación alternativos o no rutinarios, como arranques y paradas de planta o unidades. El diseño de los sistemas de fluidos comúnmente incluye válvulas de aislamiento alrededor de varias unidades o partes de una planta para que una sección de la planta pueda aislarse en caso de un problema como una fuga en una unidad. Si se usan válvulas accionadas neumática o hidráulicamente, se necesita un sistema de líneas de presurización para los actuadores. Cualquier punto en el que deban tomarse muestras de proceso debe tener líneas de muestreo, válvulas y acceso a ellas incluidas en el diseño detallado. Si es necesario, se deben tomar medidas para reducir la presión alta o la temperatura de una corriente de muestreo, como una válvula reductora de presión o un enfriador de muestras.
Las unidades y los sistemas de fluidos en la planta, incluidos todos los recipientes, tuberías, tuberías, válvulas, bombas, compresores y otros equipos, deben estar clasificados o diseñados para poder soportar todo el rango de presiones, temperaturas y otras condiciones que puedan encontrar, incluyendo cualquier factor de seguridad apropiado. También se debe verificar la compatibilidad&action=edit&redlink=1 "Compatibility (chemical) (aún no redactado)") de todos los equipos y equipos para asegurar que puedan soportar la exposición prolongada a los productos químicos con los que entrarán en contacto. Cualquier sistema cerrado en una planta que tenga un medio de presurización posiblemente más allá de la calificación de su equipo, como calefacción, reacciones exotérmicas o ciertas bombas o compresores, debe incluir una válvula de alivio de presión del tamaño adecuado para evitar la sobrepresión para mayor seguridad. Con frecuencia, todos estos parámetros (temperaturas, presiones, flujo, etc.) se analizan exhaustivamente en combinación a través de un análisis de Hazop o árbol de fallas, para garantizar que la planta no tenga riesgo de riesgo grave.
Dentro de las restricciones a las que está sujeta la planta, los parámetros de diseño se optimizan para un buen desempeño económico al tiempo que se garantiza la seguridad y el bienestar del personal y la comunidad circundante. Para mayor flexibilidad, una planta puede diseñarse para operar en un rango alrededor de algunos parámetros de diseño óptimos en caso de que la materia prima o las condiciones económicas cambien y la re-optimización sea deseable. En tiempos más modernos, se han utilizado simulaciones por computadora u otros cálculos por computadora para ayudar en el diseño u optimización de plantas químicas.