根据我国过程工业的现状和存在问题，充分考虑国家战略需求和化学工程学科的国际发展趋势，提出优先开展的若干研究方向如下。
（1）针对我国特色资源的绿色工艺我国人均资源占有率很低，一方面要充分利用资源，经济上具有竞争力；另一方面要符合生态工业的要求，做到低能耗、低污染和省资源。为此要加强绿色化学工程的新理论和新方法的研究。应用绿色化学的原理和现代化学工程的新方法，从原料绿色化、过程绿色化和产品绿色化的全新角度，改造传统产业、实现可持续发展。尤其是要针对我国资源质量不高、贫矿较多、煤、低碳烃等资源丰富的特点，研究开发一些特色的新工艺技术，并实现产业化。
（2）非传统介质和极端条件下的物质转化新过程在常规条件下的物质转化过程中由于受到化学平衡和其他转化条件的限制，创造新工艺已很困难，同时，绿色化对工艺过程提出了新的要求。为此，探索一些非常规介质（如离子液体、超临界CO2、超临界水等）和极端条件（如超临界/亚临界、高温高压、外场强化等）下的物质转化过程逐步引起关注。研究这些体系中分子间相互作用和转化过程的共性基本规律，从理论上能够拓展人们对物质转化过程的认识，可能产生深远的科学意义；从应用上能够为突破传统工艺提供新的途径，可能形成原创性的产业化系列成果。为此，应当作为一个重要方面在规划中予以体现。
（3）以产品为导向的先进工艺及过程高精尖产品，如医药、纳米材料和生物产品等，要针对市场需求来设计产品功能，从保证产品功能的角度来设计工艺过程，建立以产品为导向的新工艺和新过程。要从不同层次研究结构-性能-制备之间的定量关系和调控机制；研究新的合成技术，如纳米催化材料、生物催化、分子组装、功能材料制备等；研究与高新技术产品生产相适应的新工艺技术，如微反应、过程强化等。
（4）工程复杂系统及多尺度理论物质转化各种层次（从分子到生态环境）上共性的科学问题是认识复杂系统及其结构。这是未来过程的核心问题，也是21世纪科学的前沿。传统的平均方法和还原论方法已很难取得进展，而多尺度方法是研究复杂系统的有效途径。这方面的任何进展都会有效推动过程工程的发展，这是一个需要多学科交叉，联合攻关的问题，应当引起学术界和工程界的关注。但必须结合过程工程领域的具体问题，通过解决具体问题归纳共性规律，建立普适性的理论和方法。不仅要推动不同尺度研究的结合，更要将跨尺度的本质关联作为核心问题，研究时空结构耦合和控制机制协调等，建立多尺度理论与方法。
（5）大规模计算和虚拟过程工艺过程的放大是困扰了过程工业一个世纪的难题。最近几年，随着计算机技术的发展和人们对复杂过程机理认识水平的提高，看到了解决这一问题的曙光。在未来的20年，一方面要重视应用多尺度和离散化等方法对复杂过程建模的工作，另一方面要重视针对模型特点的专用并行计算机及其计算机软件的开发。联合过程、计算、物理等方面的力量，针对共性的需求建立通用的过程模拟平台，并与动态无损测量技术相配合，建立大规模的虚拟过程。这样就能从根本上解决物质转化工艺和过程的量化、设计、放大和调控的瓶颈问题，并为其他领域提供有效的计算手段。这方面的进展将有效推动相关过程工业的跨越式发展。
（6）基于生态工业概念的系统集成目前的过程系统工程对工艺和过程的科学本质考虑不够，多数属对已有过程的模拟和优化，且很少从过程合成的角度进行绿色过程集成或再集成，以从源头消除环境影响。为了推动生态工业的实现，集成不同的产业，实现近零排放，要重视不同工艺过程之间的匹配和过程合成，使过程系统工程逐步涵盖化学供应链（从分子到生态大系统）的全过程，并与绿色化学原理相结合形成新的理论体系。为此，要建立绿色度理论及方法，并将其应用到工艺层次、过程层次、生态层次以及产品/元素循环层次，逐步形成绿色系统集成的理论及方法，为绿色产业集成提供科学支撑。