06第六部分化工设计大赛及化工设计教学相关问题新.docx

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06第六部分化工设计大赛及化工设计教学相关问题新

第六部分

化工设计大赛相关及

《化工设计》教学方面问题

2015年05月·青岛

•1．化工设计大赛2010、

2011、2013年三次全

国一等奖，2014年全国

特等奖，四届评委及指

导老师之一。

有一些什么体会。

•2．2013年中国化工学会教学成果二等奖，青岛科技大学精品课程，如何做的？

有哪些体会和问题，互相交流一下。

全国大学生化工设计竞赛

•是中国化工学会、中国化工教育协会、教育部高等学校化学工程与工艺专业教学指导分委员会在中国石化、恒逸化工、华东科技和三井化学公司的冠名赞助下举办大学生化工设计竞赛。

•每年一次、大学生参加、统一题目、集设计作品展示与现场答辩的竞赛活动，评委由中国化工学会、设计院、企业、高校共同组成，分赛区决赛和全国总决赛两个阶段。

目前已举行八届。

时间题目地点名称

第一届2007.7-11生物柴油工厂设计杭州三井化学杯第二届2008.7-10二甲醚工厂设计西安三井化学杯第三届2009.7-12碳酸二甲酯工厂设计上海三井化学杯

第四届2010.7-11电厂尾气中CO2制化工

产品工厂设计

长沙三井化学杯

第五届2011.5-10甲醇制烯烃工厂设计重庆三井化学杯第六届2012.5-9C4制化工产品工厂设计青岛中国石化-三井化

学杯

第七届2013.1-9环氧丙烷工厂设计哈尔滨中国石化-三井化学杯

第八届2014.3-9清洁生产制取对二甲苯（PX）常州恒逸-三井化学杯

第九届2015.3-9清洁生产工艺制取乙二醇天津华东科技-三井化

学杯

全国基本参赛情况

学校参赛队决赛赛区第二届1435104第三届2591205第四届53214205第五届106456327第六届119562367第七届154710487第八届2171546487

第九届256156248？

7

赛区划分及赛制

1.参赛者为全日制在校本科生。

以团队形式参赛，每队5人，设队长1人。

每位学生只允许参加一支代表队，鼓励学生多学科组队参赛。

2.参赛队伍根据竞赛命题和要求完成设计，提交设计作品的电子文档和书面文档，参加分赛区初赛。

设计工作必须由参赛队员完

成，每支参赛队只能提交一份作品。

3.竞赛分为预赛和决赛两个阶段。

预赛分华东、华南、西北、华北、华中、东北、西南和港澳台八个分赛区进行，参赛作品经分赛区初赛评审委员会初审，遴选出各分赛区的优秀作品参加分赛区决赛，由分赛区评审委员会评选获奖作品，并根据参赛队伍总数确定参加全国总决赛的队伍数量。

4.全国总决赛，参赛队要提交设计作品文档并进行口头报告和现

场答辩，由总决赛评审委员会评选获奖队伍。

竞赛委员会专家委员会执行委员会仲裁委员会

中国化工学会中国化工学会中国化工学会中国化工教育协会中国化工教育协会中国化工教育协会浙江大学浙江大学浙江大学：

全国总负责浙江大学华东理工大学华东理工大学华东理工大学：

华东赛区华东理工大学天津大学天津大学天津大学：

华北赛区天津大学

清华大学清华大学

大连理工大学大连理工大学大连理工大学：

东北赛区大连理工大学北京化工大学北京化工大学

四川大学四川大学四川大学：

西南赛区华南理工大学华南理工大学华南理工大学：

华南赛区南京工业大学南京工业大学

西北大学西北大学西北大学：

西北赛区武汉工程大学武汉工程大学武汉工程大学：

华中赛区

化工设计大赛的特点

•化工设计大赛则只是一次设计过程训练,重在培养学生的工程能力和设计能力,是在数据不齐全的条件下,在短暂的时间内,由毫无设计经验的学生在教师指导下完成。

•学生既要进行工艺流程设计和工艺计算,又要完成设备设计计算选型,完成关键设备结构图、设备布置图绘制,并进行环保、安全与卫生分析和经济分析。

•训练学生文献查阅和综述的能力。

需要完成的工作

一、项目可行性论证

1）建设意义

2）建设规模

3）技术方案

4）与总厂的系统集成方案

5）厂址选择

6）与社会及环境的和谐发展

7）经济效益分析

二、工艺流程设计

1）工艺方案选择及论证

2）安全生产的保障措施

3）清洁生产技术的应用

4）能量集成与节能技术的应用

5）工艺流程计算机仿真设计

6）绘制物料流程图和带控制点工艺流程图

7）编制物料及热量平衡计算书

三、设备选型及典型设备设计

1、典型非标设备——精馏塔/吸收塔的工艺设计，编制计算说明书；

2、典型标准设备——换热器的选型设计，编制计算说明书；

3、其他重要设备的设计及选型说明；

4、编制设备一览表。

四、车间设备布置设计

选择至少一个主要工艺车间，进行车间布置设计

1）车间布置设计；

2）主要工艺管道配管设计；

3）绘制车间平面布置图；

4）绘制车间立面布置图。

鼓励运用三维设计工具软件进行车间布置和配管设计。

五、工厂总体布置设计

1）对主要工艺车间、辅助车间、原料及产品储罐区、中心控制室、分析化验室、行政管理及生活等辅助用房、设备检修区、三废处理区、安全生产设施、工厂内部道路等进行合理的布置，并对方案进行必要的说明；

2）工厂布置设计；

3）绘制工厂平面布置总图。

鼓励运用三维设计工具软件进行工厂布置设计。

六、经济分析与评价

1、根据调研获得的经济数据对设计方案进行经济分析与评价，包括：

（1）基建投资；

（2）设备投资；

（3）操作费用等；

2、鼓励采用专业软件进行过程成本的估算和经济分析评价。

七、应提交的作品材料

1）项目可行性报告；

2）初步设计说明书（包括设备一览表、物料平衡表等各种相关表格）；

3）典型设备（标准设备和非标设备）设计计算说明书

（若采用相关专业软件进行设备计算和分析，则提供计算结

果和源程序）；

4）PFD和PID图（可以分多张图绘制）；

5）车间设备平立面布置图；

6）分厂平面布置总图（可以补充提供三维视图）；

7）主要设备工艺条件图；

8）工艺流程的模拟及流程优化计算结果；

9）若进行危险性和可操作性（HAZOP）分析，请提供相关的文档（若采用专业软件实施，请提供相应软件的相关资料）；

10）若进行能量集成与节能技术运用，则提供相关的结果

（若采用专业软件计算，请提供相应软件的相关资料）；

11）若采用专业软件进行过程成本的估算和经济分析评价，则请提供相应软件的相关资料。

化工设计大赛相关软件工具

（1）、基本工程绘图工具Autocad；

（2）、流程模拟软件aspen、proⅡ、chemcad、gproms等；

（3）、工艺流程图绘图软件PIDCAD等；

（4）、设备计算和选型设计软件SailorCAM，绘制PVCDA等；

（5）、三维工厂软件PDS、Pdmax、PDSOFT、SmartPlant3D、3DMAX等

（6）、其他辅助软件（设备校核、安全评估、塔设计）等

•（设计大赛作品参见文件夹）

•内容

•框架

•细节

几个注意的方面

•可参看相关网站：

大学生化工设计网

大学生化工设计竞赛QQ群

海川论坛马后炮论坛

一.组队与分工

根据情况、自由组合、发挥特长、分工明确、专人负责、协调配合，队长要有组织能力，不建议跨学科组队。

成员5人。

不妨（参照bbs）：

Ø一人负责可行性分析、文本整理。

可行性分析包括选址、市场分析等。

Ø一人流程模拟和单元设计。

一开始确定工艺路线以后，物料平衡、能量平衡

。

用软件进行模拟，aspenplus，HYSYS，ProII。

流程计算完以后，马上

做单元设计，这时候其他成员也可以穿插进来一起做。

Ø一人负责文献阅读和图纸绘制。

多看一下技术文献，特别是外文文献，是整个团队设计的方向和核心。

因为这个比赛比较讲究创新的。

Ø一人负责财务分析、作品平面设计和PPT设计。

（环评、安评、能评）

Ø一人负责配管、总图布置和全场三维，配管可以用PDMS或者Pdmax，3DMAX渲染得好的三维，能加分。

二.完成作品步骤（bbs）

第一步，根据竞赛官方指南，确定原料、规格及产量、工艺路径

、三废产出

前几届竞赛中，都是规定原料，不规定产品：

注意保证产品有市场需求和较好的市场前景，非国家产业政策限制生产的产品。

近几届，规定产品，不规定工艺过程，但强调清洁生产。

根据选取的原料及工艺路线作为确定具体厂址的条件之一。

2015：

“原料来源及原料规格由各参赛队根据不同的工艺路线和技术经济要求自行确定。

产品结构及其技术规格由参赛队根据本队的市场规划自行拟订

。

”清洁生产、本质安全。

工艺路径：

通过阅读分析大量文献尤其是外文文献（其中专利文献最有价值）得到各工艺技术路线基本概况。

清洁生产、绿色

、创新。

规格、产量：

符合标准、产业规划、法规等。

在工艺路线中，最为核心的是反应技术及其分离序列的安排。

第二步，利用流程模拟软件做物料和热量衡算，得到全流程物料及能源消耗初步数据，得到三废排放的初步数据，得到主要过程设备（反应器、塔设备）的设计任务。

在这一步中，根据产品的规格、反应及分离技术的文献

资料，只利用简捷模型模拟（如换热设备均只采用heater模块

，反应采用化学计量反应器，分离采用DSTWU或separator等

），此过程中，根据工艺的复杂程度，建议分工段模拟，本步

骤中较难的是带多个循环网络流程的处理。

Aspen虽然有自动设置断裂流股产生收敛模块的功能，但对较复杂的流程，手动

设置断裂流股及输入断裂流股初值能更好的保证流程能够计算

收敛。

第三步，对反应器及主要塔设备采用详细模型模拟，优化主要设备的工艺操作参数。

在这一步中，需要选择更准确的热力学方法计算物性，需要动力学基础数据做反应器的设计，本步骤中需要做大量的设计规定和灵敏度分析来保证反应的结果和分离的结果符合要求

，同时得到最优化的反应及分离条件。

第四步，利用aspenenergyanalyzer对全流程或工段做换热网络设计以得到全厂公用工程需求等级及用量，同时确定全流程中初步的换热器数目及各换热器换热任务。

在aspen7版本之后，pinch已经升级为energyanalyzer，

该软件已经具有自动设计换热网络的功能了。

这里的主要问题有三个，一是传热的温差采用各物流温差贡献值更为恰当，而不是整个网络都使用一样的传热温差；二是公用工程的等级一般也需要自己根据总组合曲线以及园区公用工程配置来自行确定，而各等级的公用工程用量在换热网络的设计中也会得到确定，而非仅仅是热公用工程和冷公用工程的总热负荷；三是换热网络确定后，实际工艺流程中需要多少个换热器，每个换热器的换热任务（冷热流体进出口温度、压力、流量等）也就确定了，许多队伍在做换热器设计时冷却水的进出口温度随意乱定，有的冷却水出口温度甚至设为80度以上。

第五步，主要工艺设备（换热设备、分离设备、反应设备

）的选型和设计。

通过三、四两个步骤，得到了各主要工艺设备承担的具体流程任务后，利用aspenplus作各主要设备的sizing和rating及simula