研究化學工業和其他過程工業生產中化學過程和物理過程規律的工程學科。這些行業包括石油煉制業、冶金業、建材業、食品業、造紙業等等。它們從石油、煤、天然氣、鹽、石灰石、其他礦物、谷物、木材、水、空氣等基礎原料出發，通過化學或物理過程改變物質的組成、性質和狀態，使之成為各種高價值產品，如化肥、汽油、潤滑油、合成纖維、合成橡膠、塑料、燒堿、純堿、水泥、玻璃、鋼鐵等。化學過程是指物質發生化學變化的反應過程，如柴油催化裂解制備高辛烷值汽油就是壹個化學反應過程。物理過程是指未經化學反應的物質的組成、性質、狀態和能量的變化過程，如原油經蒸餾分離得到的汽油、柴油、煤油等產品。至於其他領域，如礦石冶煉、燃料燃燒、生物發酵、皮革制造、海水淡化等。，雖然過程的表現形式多種多樣，但都可以分解為上述的化學過程和物理過程。事實上，化學過程經常與物理過程同時發生。比如催化裂化是壹個典型的化學過程，但它有加熱、冷卻和分離的輔助，而且在反應過程中，還伴隨著流動、傳熱和傳質。所有這些過程都可以通過化學工程的學習來理解和解釋，並應用於生產過程和裝置的開發、設計和運行，從而達到優化和提高效率的目的。
上述工業化生產有壹個共同的特點，就是從實驗室到工業化生產，尤其是大規模生產，必須解決壹個器件的放大問題。擴大生產規模，提高經濟效益的重要途徑是裝置的大型化，以達到節省投資，降低消耗，減少占地，節省人力的目的。但是，在大型裝置中所能達到的壹些指標通常低於小型試驗的結果，因為隨著裝置的增大，物質流動、傳熱、傳質等物理過程的因素和條件都發生了變化。這種源於放大過程的效應，長期以來壹般被稱為“放大效應”，其中包含了許多已被識別或未被識別的物理因素(或工程因素)。化學工程的壹個重要任務是研究工程因素對過程和裝置的影響，特別是在放大過程中，以解決有關過程開發、裝置設計和操作的問題。它以物理、化學和數學原理為基礎，廣泛運用各種實驗手段，配合化學過程解決工業生產問題。
化學工程包括單元操作、化學反應工程、傳遞過程、化學熱力學、化學系統工程、過程動力學與控制。
通過單元操作構成各種化學產品生產的物理過程可以概括為幾個有限的基本過程，如流體輸送、熱交換(加熱和冷卻)、蒸餾、吸收、蒸發、萃取、結晶和幹燥。這些基本過程稱為單元操作。單元操作研究取得了* * * *的成果，可用於指導各種產品的生產和化工設備的設計。20世紀初，雖然對化學工程的認識僅限於單元操作，但它開辟了壹個全新的領域，出現了壹些從事全新職業的化學工程師。這些化學工程師不同於以前的化學生產工人。他們受過化工方面的訓練，所以有能力使化工生產工藝和設備的設計、制造和操作控制更加合理。直到今天，對各單元操作的研究仍然具有極其重要的理論意義和應用價值，而且為了適應新的技術要求，壹些新的單元操作也在不斷出現並逐漸豐富。
化學反應工程化學反應是化工生產的核心部分，決定了產品的收率，對生產成本有重要影響。然而，它的復雜性阻礙了早期對它的系統研究。直到20世紀中葉，基於單元操作和傳遞過程的研究成果，在氧化、還原、硝化、磺化等各種反應過程中發現了* * *的壹些問題，如反應器內的返混、反應相內的傳質傳熱、反應相外的傳質傳熱、反應器的穩定性等。這些問題及其對反應動力學的影響的研究構成了壹門新的學科分支，即化學反應工程，它豐富和發展了化學工程的內容和方法。
傳遞過程是單元操作和反應工程的基礎。在各種單元操作設備和反應裝置中進行的物理過程，無非是三種傳遞:動量傳遞、熱量傳遞和質量傳遞。例如，基於動量傳遞的流體輸送、反應器中的氣流分布；基於熱傳遞的熱交換操作，從聚合釜中移除聚合熱；基於傳質、反應物和產物在催化劑中的擴散等的吸收操作。在某些過程中，兩種或兩種以上的傳遞現象同時存在，例如氣體增加和濕度減少。作為化學工程的壹個分支，傳遞過程著重於上述三種傳遞的速度和關系，凝聚了壹些本質相似但表現形式不同的現象。
化學熱力學是單元操作和反應工程的理論基礎，研究傳遞過程的方向和界限，提供過程分析和設計所需的相關基礎數據。因此，化學工程的分支也可以分為兩個層次:單元操作和反應工程更直接面向工業實踐，傳遞過程和化學熱力學從基礎研究的角度支持前兩個分支。通過這兩個層面，理論和實踐可以緊密結合。
隨著生產規模的擴大和資源能源的大量消耗，早先不太重要的問題逐漸凸顯。例如能量利用、設計和操作優化，在大規模生產中非常重要。由於化工過程中各工藝單元之間相互影響、相互制約，因此必須將化工過程視為壹個綜合系統，樹立整體優化的理念。因此，系統工程學科在化學工程中發展迅速，並取得了明顯的成果，形成了化學系統工程。它是系統工程方法和單元操作與化學反應工程相結合的產物。為了保持操作的合理和優化，過程動態特性和控制方法也是化學工程的重要內容。
化學工程的研究對象通常非常復雜，主要表現在:①過程本身的復雜性:既有化學的，也有物理的，它們往往同時發生，相互影響。②物質系統的復雜性:既有流體(氣體和液體)，又有固體，往往以多相存在。流體性質可以變化很大，如低粘度和高粘度，牛頓型和非牛頓型。有時，物理性質在過程中會發生顯著變化，例如在聚合過程中反應物體系從低粘度到高粘度的變化。(3)物料系統流動時邊界的復雜性:由於設備的幾何形狀(如塔板、槳葉、擋板等。)是可變的，填料的形狀(如催化劑、填料等。)也是可變的，這使得流動邊界復雜且難以確定和描述。
化學工程的研究方法由於化學工程對象的這些特點，分析方法在化學工程研究中往往失效。從而形成了自己的研究方法(化學工程研究方法)，其中有些不是首創，而是從其他領域移植過來的。
早期研究方法化學工程早期的主要方法是經驗放大法，通過多層次、分步展開實驗探索放大規律。這種經驗方法成本高、耗時長、效果差，人們壹直在努力擺脫這種狀況。但到目前為止，人們不得不求助於這種方法或其中的壹部分來處理壹些迄今為止人們知之甚少的特別復雜的過程。
在20世紀初，相似理論和量綱分析是相當流行的研究方法，其特點是通過相似變換或量綱分析，將影響過程的許多變量歸納為幾個無量綱組，然後設計模型試驗，找出這些組之間的關系。用這兩種方法總結實驗結果是非常有效的。
對於反應過程，長期以來壹直采用逐步經驗方法。因為不可能滿足幾何相似和物理相似以及化學相似條件，所以用無量綱組關聯實驗結果來獲得反應過程規律的想法是無效的。
50年代以後的研究方法直到50年代才在化學反應工程領域得到廣泛應用。這種方法的影響擴展到化學工程的其他分支，導致了研究方法的革新。但即使采用這種方法，實驗工作仍然起著重要的作用，基礎數據要靠實驗確定，模型要通過實驗識別，模型參數要通過實驗獲得，模型可靠性要通過實驗驗證。
各種化學工程研究方法的基礎是實驗工作。無論采用哪種研究方法，都要努力使實驗工作有效、可靠、簡便。各種理論、方法和計算機的應用，都是為了使實驗工作更能揭示事物的規律，節省時間、人力和費用。在上述方法的應用中，過程分解(將壹個復雜的過程分解成兩個或幾個較簡單的過程)、過程簡化(較復雜的過程忽略次要因素，用較簡單的過程簡化)和過程綜合(將分解後的過程分別處理後，將這些過程整合為壹個)的思想體現在很多方面。
生命機能
現代工業生產的規模往往要求壹套裝置的年產量達到幾十萬噸甚至更多。這些設備必然面臨大量的工程問題，指標稍有下降就會帶來巨大的經濟損失。
科技的進步壹直在創造新產品和新技術。但是，這些新產品只能通過工程手段實現產業化，新技術只能通過經濟技術合理性來替代。
上述大型裝置和新產品、新工藝產業化的問題，都屬於化學工程的研究範圍。化學工程在國民經濟中的重要作用是非常明顯的。
比如在排放大量煙氣之前先去除其中的硫、氮氧化物等有害成分，然後在實驗室內達到要求後再實現工業規模的大量煙氣凈化，就要考慮大規模凈化的經濟性和可行性，側重點與實驗室研究有很大不同。
例如，在化學生產中，需要非常純的產品作為原料。例如，在高分子化學工業中，聚合前單體的雜質含量往往要求在百萬分率(ppm)的數量級。對於實驗室工作來說，這不壹定很難，小實驗不需要提純的經濟指標。而要求大規模生產裝置在低消耗、設備簡單可行的條件下做到這壹點，則是完全不同的課題。這個問題的解決依賴於對機組運行的研究。如果在實驗反應器中確定了最佳溫度、濃度和反應時間，可獲得滿意的結果。但在放大過程中，由於流動的不均勻性，物料在反應器中的停留時間(反應時間)不均勻，偏離了優選的反應時間。由於反應的熱效應，由於傳熱的限制，大裝置內溫度不均勻，使反應溫度偏離優選溫度。溫度不均勻必然導致濃度不均勻。這些影響導致大型工廠的效率降低和產品成本增加，甚至可能失去工業價值，不適合生產。這個例子說明了化學反應工程研究的作用和意義。
再比如工業生產中為了滿足各種工藝的需要，有時需要加熱，有時需要冷卻。能耗指標在實驗室並不重要，但在大規模生產中必須考慮熱量的合理利用，盡量做到加熱和冷卻匹配，盡量利用低位熱能。如何合理利用熱量，如何合理安排壹大堆設備，這是實驗方法解決不了的問題，只能靠化學系統工程的研究。
以上例子說明了大規模生產後對化工知識的迫切需求。化學工程的成就在相當程度上解決了這些問題。
發展方向
化學工程面臨著新的挑戰和新的課題，解決這些新課題的過程必然會使化學工程學科得到發展。它的研究範圍和應用前景已經遠遠超出了它原本的意義。
化學工程朝著兩個方向發展:壹方面，隨著學科的成熟，繼續向縱深發展；另壹方面也在不斷向新領域滲透，研究和解決新領域的新問題。
為了深入掌握過程規律，對化工中經常遇到的多相體系、高粘度流體和非牛頓流體的傳遞規律進行了深入系統的研究。這些研究不僅有助於解決傳統研究領域的問題，也有助於理解人體內血液流動等新興課題。研究反應過程中的多個穩態問題不僅是反應器設計和操作的需要，也是從另壹個側面對非線性系統穩定性研究的貢獻。為了使大型設備的設計更加快速可靠，對各種體系的物理參數、熱力學參數和熱化學參數、相平衡和化學平衡數據進行了研究，促進了化學熱力學研究與實踐的進壹步結合。
在研究方法上，數學模型方法不斷完善，與基於統計理論和信息論的實驗設計、數據處理、模型篩選與識別、模型參數估計等方法相配套。為了進行過程模擬和多方案計算，開發了多種計算機模擬系統，建立了模型庫和數據庫，從穩態模擬發展到過程控制所需的動態模擬。
向新領域滲透是客觀需要，也是學科發展的動力。從歷史上看，化學工程是在各種新工藝的開發和優化中發展起來的，其推動力是大型無機化學和石油化工廠，如用於催化裂化的大型徑向固定床反應器和流化床反應器的開發技術。在解決石油加工中多組分反應物體系的處理方法時，發展了集總動力學處理方法，該方法可用於處理生物反應過程。在向材料工業滲透的過程中，出現了將化學反應工程原理應用於聚合過程的聚合工程，出現了高粘度體系傳遞特性研究的實際應用課題。隨著生物技術的發展，出現了解決生物反應器和生物制劑分離問題的生化工程，如超濾技術。能源的短缺使人們開始重視低溫熱源的利用，壹種新型的換熱器出現了。為了保護環境和開發海洋資源，需要研究低濃度混合物的分離技術，因此出現了新的分離技術，如膜分離和泡沫分離。運用化學工程的觀點和方法，研究人體內的生理過程，如藥物在人體內的擴散和人工器官的研究，形成了生物醫學工程的壹個新的研究領域。為了探索離心力場、電場和磁場作用下的過程規律，出現了場化學工程。化學工程的原理甚至被應用於研究高純度電子器件的制備、空氣噴射技術等。也就是說，在化工生產領域之外，凡是有反應過程或傳遞過程的場合，幾乎都可以發現化工的身影，都是值得關註的。這種認識反映了當今化學工程的概況。