Сложный химико-технологический процесс представляет собой совокупность элементарных физических, физико-химических и химических процессов. Число элементарных процессов, их характеристики и последовательность определяют структуру ХТП в целом. В подавляющем большинстве практических случаев структура ХТП сложна и очень трудно правильно выбрать технологический режим их проведения. Действительно каждая реакция характеризуется своим типом влияния основных параметров – температуры, давления, концентрации.

Кроме того, реакции сопровождаются массообменом, выделением или поглощение теплоты и соответствующим теплообменом. Изучение ХТП с целью выбора рациональных технологических режимов и управления ими проводят не в сложной совокупности элементарных процессов, а по частям (по уровням). Уровень – это простые составляющие протекающего сложного процесса. Именно уровневый подход дает возможность наиболее правильного и быстрого выбора технологических режимов сложных ХТП и управления ими. Таким образом, анализ и описание ХТП проводят последовательно с учетом уровня протекания процесса.

Молекулярный уровень предполагает описание процессов как молекулярное взаимодействие реагирующих веществ. Принимают, что реагирующие вещества хорошо перемешаны и их молекулы могут беспрепятственно вступать во взаимодействие друг с другом. Протекание ХТП описывается закономерностями кинетики химических реакций. При описании, анализе и расчете протекания химических реакций как элемента ХТП используют известные кинетические закономерности без вскрытия механизма реакции. Поэтому говорят, что протекание процесса проводят на языке формальной кинетики. В простейшем случае эти закономерности можно использовать для описания гомогенных процессов, когда реагенты, вступающие в реакцию, хорошо предварительно перемешаны, а также для гетерогенных процессов, протекающих в кинетической области в аппаратах периодического действия.

На уровне малого объема описывается протекание гетерогенных процессов для малого объема взаимодействующих фаз, например для частицы твердого материала, реагирующего с газом или жидкостью, зерна катализатора, пузырьки газа, поднимающегося в жидкости, капли жидкости, омываемой газом и др. Необходимость рассмотрения процессов на этом уровне связана с тем, что для анализа и расчета гетерогенных процессов знания закономерностей протекания только химических реакций в большинстве случаев недостаточно. Эти закономерности необходимо дополнить закономерностями протекания физических процессов переноса массы и теплоты. Совместное протекание химических реакций и процессов переноса теплоты и массы описывается закономерностями макрокинетики.

Уровень потока рассматривает протекание процесса на совокупности твердых частиц, капель жидкости, зерен катализатора и других разновидностях 2малого объема», находящихся в потоке реагирующих веществ. Учитываются эффекты, связанные с характером движения потоков, изменением температур и концентраций в различных участках реакционного объема. Для гетерогенных процессов закономерности их протекания в малом объеме дополняются закономерностями изменения концентрации и температур по длине реакционной зоны, через которую проходит поток.

Уровень реактора учитывает конструктивные особенности реакционных зон, их число, взаимное расположение, соотношение технологических показателей процесса при прохождении потока из одной реакционной зоны в другую.

Уровень химико-технологической системы (ХТС) учитывает взаимные связи между реакторами, теплообменниками, смесителями и другими аппаратами, используемыми для переработки сырья в конечные продукты.