化工设计大赛-作品创新性说明书
西北大学化工设计大赛设计说明书
西北大学化工设计大赛设计说明书第一章总论1.1 项目概括本项目为弘运化工有限公司开发的年产10万吨丙烯酸项目，该公司由中国石油化工集团公司、与宁波市政府牵头的国家基金合资成立。
本项目旨在对于火电厂烟气中的CO2进行回收利用，采用CO2与乙烯合成得到丙烯酸产物。
本项目采用的原料为处于同一地区的火电厂烟气及周边乙烯厂的乙烯，利用了目前最具发展潜力的光催化固定床反应器，产品生产规模定位在年产10万吨。
本项目为CO2的回收利用项目，积极响应国家对于“低碳环保”的号召，为缓解全球变暖做出了一些贡献。
本项目注册资金为1亿元人民币，由公司注入部分自有资金，并通过宁波市政府向银行贷款筹措资金。
项目建设进度在考虑建设过程中的各环节时间安排情况和干扰因素的影响，建设期定为两年。
1.2 设计依据1）2010年三井化学杯大学生化工设计大赛邀请赛参赛指导书。
2）《化工建设项目可行性研究报告内容和深度的规定》（1992年12月28日化工部发布）及有关专业的国家标准。
3）国家经济、建筑等相关政策。
4) 杭州市有关供水、供电、项目征用土地意见和建设项目环境保护意见的批文及资料。
5）《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国劳动安全法》等相关的国家法律、法规。
1.3 设计原则1．严格贯彻执行国家的消防、安全、卫生、劳动保护等有关规定、规范，保障生产安全顺利进行和操作人员的安全。
2．严格执行国家环境保护的相关条例：（1）大气环境质量标准 GB3095-82（2）污水综合排放标准 GB8978-88（3）工业“三废”排放试行标准 GBJ4-73（4）地表水环境质量标准 GB3838-20023．产品生产和质量指标符合国家及地方颁发的各项相关标准。
4．体现“社会经济效益、环保效益和企业经济效益并重”的原则，按照国民经济和社会发展的长远规划，行业、地区的发展规划，在项目调查、选择中对项目进行详细全面的论证。
1.4 工艺特点本设计项目采用CO2与乙烯为原料，在催化剂作用下合成丙烯酸产物，采用的催化剂为Cu /ZnO2TiO2，采用的反应器为光催化固定床反应器。
2023年化工设计大赛任务书
2023年化工设计大赛任务书摘要：一、引言1.化工设计大赛背景2.2023年化工设计大赛任务书发布二、大赛主题与目标1.大赛主题2.大赛目标三、比赛内容与要求1.设计要求2.参赛队伍构成3.作品提交时间与方式四、评分标准与奖励措施1.评分标准2.奖励措施五、比赛流程与时间安排1.报名阶段2.初赛阶段3.决赛阶段六、注意事项1.知识产权保护2.比赛规则遵守正文：2023年化工设计大赛任务书已经发布，这是一场旨在提高化工行业设计水平的全国性比赛。
本次大赛的主题为“绿色化工，创新设计”，旨在激发参赛者的创新思维，提高我国化工行业的绿色设计水平。
一、大赛主题与目标本次大赛主题为“绿色化工，创新设计”，旨在通过比赛，推动化工行业的绿色发展和技术创新。
大赛希望吸引全国各大高校、企业和研究机构积极参与，共同为我国化工行业的可持续发展贡献力量。
二、比赛内容与要求1.设计要求：参赛者需根据大赛主题，设计一款具有创新性、实用性和市场前景的化工产品或工艺。
设计方案需符合绿色化工理念，即在保证化工产品性能的同时，降低对环境的影响，提高资源利用效率。
2.参赛队伍构成：每个参赛队伍由3-5名队员组成，可以包括学生、教师、研究人员和企业工程师等。
队伍成员需具备化工相关专业背景。
3.作品提交时间与方式：参赛队伍需在2023年9月30日前，将设计方案以电子文档形式提交至大赛组委会。
文档应包括项目背景、设计目标、设计方案、技术经济分析等内容。
三、评分标准与奖励措施1.评分标准：大赛评委会根据项目的创新性、实用性、技术难度、市场前景和绿色化工理念等方面进行评分。
2.奖励措施：本次大赛设一等奖、二等奖、三等奖和优秀奖若干名，奖金分别为50万元、30万元、20万元和10万元。
此外，获奖队伍还有机会获得企业和投资机构的关注，推动项目产业化。
四、比赛流程与时间安排1.报名阶段：2023年3月1日至5月31日，参赛队伍通过大赛官网报名。
2.初赛阶段：2023年6月1日至7月31日，参赛队伍提交初赛作品。
化工设计竞赛8-创新性说明(0002)
热媒水是经脱氧、除垢等特殊处理的高纯水，由工厂出厂前一次充注完成，使用时在机组内部封闭循环（汽化—凝结—汽化），无增减，在机组使用寿命内无须补充和更换。
就环形分布器而言，仅靠进入口的均匀分布，排出口的均匀收集还不能完全保证来自外界的撤热介质在反应器壳程的均匀流动。尤其当反应器直径较大时反应管数量很多，容易产生流动死区。这些流动死区常常集中在反应器的中心和边缘区域。为了提高撤热介质的流速，增强壳程流体湍动改善传热效果，在反应器的壳程加设折流板。传统的折流板布置方式往往不能满足水一水蒸汽两相流均匀分布的要求。
图2-2能耗对比图
2.4
在醋酸乙烯的工艺中，乙醛的回收是一大难点，由于乙醛塔在一般的工艺中为加压操作，部分乙醛随丙酮侧线采出，降低了乙醛的回收率，本团队采取常压操作，并利用斜孔塔板对乙醛进行精制，塔板数为54，塔顶产品为精乙醛，用再沸器加热，有侧线采出，侧采出丙酮，Vac,釜液排污水处理。
图2-3斜孔塔板图
斜孔塔板（上图为斜孔塔板）有效的增大的操作范围，提高了开孔率，推动了塔板上液体的流动，减少塔板上的死区，大大的降低了再沸器和冷凝器的能耗，进一步减少了塔顶和塔底的公用工程用量。
图2-4流程简图
第三章
3.1
真空相变热水锅炉的结构，是由燃烧室、负压蒸汽室、热交换器、热媒水等组成的。机体内部为真空状态，与外部空气隔绝，形成密闭状态。热媒水覆盖着受热面并密闭在机体内部，因负压蒸汽室内的压力保持在大气压之下，当密闭在内的热媒水在燃烧加热后，立即就沸腾起来，产生与热媒水相同温度的蒸汽。机内产生的蒸汽在上升过程中，接触到配置在负压蒸汽室内的热交换器表面，由于热交换器内的水温低于蒸汽温度，蒸汽会在热交换器表面上冷凝并放出大量汽化热，加热热交换器中的水，冷凝水在重力作用下重又回到热媒水中。因此，热媒水不断在封闭的机体内进行着"沸腾=蒸发=冷凝=热媒水"的循环。无须补充热媒水，也无空烧的危险。热交换器中的水被加热后输送给用户用于空调和卫生热水。
化工设计大赛设计说明书
(kmol/h)
Est. Reflux rate
1703.6095
(kmol/h)
Est. T top C
154.9349
Est. T bottom C
191.9125
Est. T 2 C
154.5415
Calc Reflux ratio
1.6700
Calc Reflux mole
15—盘式液体分布器；
16—防涡流器
图4-2填料塔的总体结构
（2）总体结构：
①塔体：即塔外壳，包括筒节、封头、连接法兰等。除操作压力（内压或外压）、温度外，要考虑风载、地震载荷、偏心载荷及试压、运输吊装时的强度、刚度、稳定性等要求。
②内件：塔板或填料及支承装置等。
③支座：塔体与基础的连接结构，一般采用裙式支座。
表4-1板式塔和填料塔的主要特点比较
项目
板式塔
填料塔
备注
各块理论板压降
约1KPa
散装填料约0.3KPa
规整填料约0.15KPa
每块塔板的开孔率为5%-10%，又有25-50mm清液层，故压降大。压降小是填料塔的主要优点
分离效率（HETP）
分离效率比较稳定，大塔效率会更高些
规整填料的HETP值比板式塔小，丝网的效率更高，新型散装填料与板式塔相当
，
其中查得
查得：
③浮阀排列方式采用等腰三角形叉排。同一横排的孔心距t=75mm=0.075m。排间距：
按t=75mm，t=104以等腰三角形叉排方式作图，排得阀数520，按N=520重新核算孔速及阀孔动能因数：
阀孔动能因数FO变化不大，仍在9~12范围内。塔 Nhomakorabea开孔率= 。
化工设计竞赛现代设计方法部分的说明
化工设计竞赛现代设计方法部分的说明现代设计方法在化工设计竞赛中发挥了重要的作用。
本文将对现代设计方法在化工设计竞赛中的应用进行说明。
现代设计方法是指基于数字化、智能化和系统化的设计方法。
在化工设计竞赛中，现代设计方法具有三个主要特点：高效性、创新性和可持续性。
首先，现代设计方法在化工设计竞赛中具有高效性。
传统的设计方法通常是基于经验和试验的，耗费时间和资源。
而现代设计方法通过借助计算机软件和模拟工具，可以快速实现设计方案的建模、分析和优化。
例如，利用计算机辅助设计软件进行流程模拟和热力学计算，可以在短时间内得出多种设计方案，并通过对比分析选取最优方案。
这大大提高了设计效率，使得选手能够在有限的时间内完成设计任务。
其次，现代设计方法在化工设计竞赛中具有创新性。
现代设计方法倡导从整体上对设计问题进行分析，并通过系统化的思维方式，实现全局优化。
例如，通过使用多目标优化算法，可以在综合考虑安全性、环保性、经济性等多个指标的情况下，找到最佳的设计方案。
另外，现代设计方法还鼓励选手从多个领域中借鉴思想和技术，提高设计的创新性。
例如，可以借鉴其他行业的设计理念和技术，将其应用到化工设计中，从而获得独特的设计方案。
这些创新性的设计方案将在竞赛中得到高分。
最后，现代设计方法在化工设计竞赛中具有可持续性。
可持续发展已成为全球关注的热点话题，也是化工设计中的一个重要考虑因素。
现代设计方法强调对资源的合理利用和环境的友好性。
例如，可以利用先进的能量回收设备，实现废热的回收利用；可以采用绿色工艺，在减少废气和废水的排放的同时，提高产品的质量。
通过运用现代设计方法，选手可以开发出符合可持续发展要求的设计方案，展示他们对可持续发展的认识和实践。
总之，现代设计方法在化工设计竞赛中扮演着重要的角色。
其高效性、创新性和可持续性使得选手能够快速得到最优设计方案，并在竞赛中展现出自己的实力。
因此，在化工设计竞赛中，选手应该积极运用现代设计方法，不断提升自己的设计水平，为可持续发展做出贡献。
创新性说明
1辽宁省第二届大学生化工创业竞赛 大连福佳年产45万吨PX 项目创新性说明设计团队：聚绿以希设计队员：刘永杰 李 珂 李连伟 王子奡 指导老师：刘运学 宛彤昕 王丽华 许 峰目录2第一章 催化剂 (3)1.1 石脑油的催化重整 (3)1.2 歧化烷基化转移 (3)1.3 二甲苯的异构化 (4)1.4 PX 吸附分离 (4)第二章 污染源处理 (5)2.1 污水处理 (5)2.1.1 含油污水系统 (5)2.1.2 污染雨水系统 (5)2.1.3 清净雨水系统 (5)2.2 废气处理 (5)2.3 废渣 (6)2.4 噪声 (6)3第一章 催化剂本生产项目，采用的是原始的芳烃联合装置，PX 联合装置是一套以重整油中C7～C9芳烃为原料，最大限度地生产高纯度的对二甲苯（PX ）的联合装置。
主要包含：1.1 石脑油的催化重整采用移动床连续再生式重整，移动床连续再生重整工艺使用早，具有工业化的实例多，重整加工能力增长较快。
1.2 歧化烷基化转移包括甲苯歧化和C9A 烷基化转移，采用美国UOP 公司的Tatoray 法，选用HAT-099 催化剂，甲苯和C9+A 发生歧化和烷基转移反应，生成目的产品苯和二甲苯。
HAT-099 催化剂能显著降低 C8A 中的乙苯含量，从而降低了下游吸附分离单元及异构化单元负荷。
（a ）HAT-099催化剂采用的新型HCM 分子筛，与MOR 分子筛相比，其强酸酸性更强，强酸量多67%，总酸量多60%。
（b ）HAT-099催化剂具有处理重芳烃能力强、反应活性高等特点；工业运行期间，平均转化率达到46.1%，平均选择性88.5%，重复了实验室研究结果。
（c ）HAT-099催化剂体现出良好的重芳烃处理能力，在进料中甲苯，C9A 和C10+A 质量比50:40:10工况下，C10+A 转化率达68.5%，有效增产了二甲苯，显著提高了装置的经济效益，实现了节能降耗。
（d ）采用HAT-099催化剂，进一步降低了产物中乙苯含量，EB 与C8A 之比的平均值为1.5％，提高了产物C8A 品质，降低了下游异构化单元的负荷。
化工设计竞赛3-创新说明书(0001)
创新说明书2019年“东华科技-恒逸石化杯”第十三届全国大学生化工设计竞赛天 津 大 学 仁 爱 学 院Green Chem 团队鄂尔多斯中天合创醋酸乙烯分厂 年产20万吨VAC 项目目录第一章原料方案及其体系创新 (1)第二章清洁生产技术创新 (3)第三章反应技术及分离技术创新 (6)第四章过程节能技术创新 (10)第五章新型过程设备应用创新 (14)第一章原料方案及其体系创新1.1原料方案本项目为中天合创年产20万吨醋酸乙烯新建项目，主要原料来自中天合创煤炭分公司。
经过对原料方案的性能经济指标对比和总厂生产装置目前生产能力，本项目采用总厂的甲醇、一氧化碳制醋酸与来自总厂的乙炔进行醋酸乙烯合成反应。
本方案即最大化的利用了总厂的资源，又能保证本项目的产量达标。
原料结构见表1-1。
表1-1 原料结构方案原料名称用量（吨/年）来源甲醇160804.8中天合创能源有限公司乙炔153669.6煤炭分公司一氧化碳146400本工艺流程以此实现了煤炭的资源化利用，增长了煤化工的产业链，符合中国制造2025的绿色发展的理念，并为国内炼化行业开启了一条低碳生产、高效创收的新方法。
工艺流程图1-1如下：图1-1 资源循环示意图1.2产品结构方案创新图1-2 全厂产品结构本项目秉持着总厂的资源化利用和中国制造2025的发展理念并与总厂乃至园区产品体系有效融合的理念，为了增长煤化工的产业链，故本项目在产品结构方案上进行了调整与创新，详情见表1-2。
表1-2 主产品结构方案产品名称产量（万吨/年）利用去向醋酸35去往醋酸乙烯产业链及销售醋酸乙烯20主产品销售本项目的产品结构多样，提高了原子利用率，实现充分资源化；同时产品体系与总厂乃至园区集成，形成有效融合体系，即从醋酸到醋酸乙烯产业链的一体化。
第二章清洁生产技术创新2.1三废资源化利用本项目过程中会产生六种废水、三种废气，其中可利用的可燃气体可循环至总厂再利用，甲醇废液可送至燃烧管网利用，充分实现三废资源化利用，其具体利用如表2-1和2-2所示。
化工设备设计大赛说明书
化工设备设计大赛说明书12020年6月23日华东理工大学第一届化工设备计算机辅助概念设计比赛说明书设计者:高一聪( 过程012)杜鼎( 机设015)孙英策( 机设011)11月6日目录一.设计要求 (3)二.设计思路概述 (3)三.设计尺寸 (4)四.设计建模过程 (4)塔体 (4)裙座 (4)接管 (6)法兰 (6)人孔 (6)32020年6月23日吊柱 (7)操作平台 (7)梯子 (8)五.椭圆形封头钣金展开 (9)六．心得体会 (13)七．参考书目 (14)一．设计要求1 塔设备三维造型2设计平台、扶梯、并与塔组装。
a除了图中已注尺寸, 其余部分形状大小由设计而定。
b塔筒体内零件忽略不作, 只作塔设备外形。
c接管、人孔、支座等方位由设计而定。
d平台与扶手形状、大小自行设计。
42020年6月23日e 支座数量为4个。
f 支座与法兰大小应由有关系列标准而定。
3 画出塔设备椭圆封头的展开图。
展开方法合理, 所用材料最省。
二．设计思路概述塔设备是化工, 炼油生产中最重要的设备之一。
它主要分为板式塔和填料塔两大类。
我们设计的塔设备就是以板式塔为模板的。
我们经过查看实物图片, 查阅相关塔设备资料和设计标准手册研究除了一套较合理的方案。
我们的设计主要分为以下几部分:1、塔体: 塔设备的外壳。
它由等直径、等厚度的圆筒和作为头盖和低盖的椭圆形封头组成。
2、塔体支座: 塔体安放在基础上的连接部分。
它用以确定塔体的位置。
本题中塔设备采用的是最常见的支座形式——裙座。
3、除沫器: 用于捕集夹带在气流中的液滴。
对于回收物料, 减少污染非常重要。
4、接管: 用以连接工艺管道, 把塔设备与其它设备连成系统。
安用途可分为进液管、除液管、进气管、出气管等。
5、人孔: 为安装、检修、检查的需要而设置的。
6、平台: 为安装、检修、检查的需要而设置的。
一般设在经常需要检修、拆装的地方。
52020年6月23日。
西北大学化工设计大赛设计说明书
西北大学化工设计大赛设计说明书第一章总论1.1 项目概括本项目为弘运化工有限公司开发的年产10万吨丙烯酸项目，该公司由中国石油化工集团公司、与宁波市政府牵头的国家基金合资成立。
本项目旨在对于火电厂烟气中的CO2进行回收利用，采用CO2与乙烯合成得到丙烯酸产物。
本项目采用的原料为处于同一地区的火电厂烟气及周边乙烯厂的乙烯，利用了目前最具发展潜力的光催化固定床反应器，产品生产规模定位在年产10万吨。
本项目为CO2的回收利用项目，积极响应国家对于“低碳环保”的号召，为缓解全球变暖做出了一些贡献。
本项目注册资金为1亿元人民币，由公司注入部分自有资金，并通过宁波市政府向银行贷款筹措资金。
项目建设进度在考虑建设过程中的各环节时间安排情况和干扰因素的影响，建设期定为两年。
1.2 设计依据1）2010年三井化学杯大学生化工设计大赛邀请赛参赛指导书。
2）《化工建设项目可行性研究报告内容和深度的规定》（1992年12月28日化工部发布）及有关专业的国家标准。
3）国家经济、建筑等相关政策。
4) 杭州市有关供水、供电、项目征用土地意见和建设项目环境保护意见的批文及资料。
5）《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国劳动安全法》等相关的国家法律、法规。
1.3 设计原则1．严格贯彻执行国家的消防、安全、卫生、劳动保护等有关规定、规范，保障生产安全顺利进行和操作人员的安全。
2．严格执行国家环境保护的相关条例：（1）大气环境质量标准 GB3095-82（2）污水综合排放标准 GB8978-88（3）工业“三废”排放试行标准 GBJ4-73（4）地表水环境质量标准 GB3838-20023．产品生产和质量指标符合国家及地方颁发的各项相关标准。
4．体现“社会经济效益、环保效益和企业经济效益并重”的原则，按照国民经济和社会发展的长远规划，行业、地区的发展规划，在项目调查、选择中对项目进行详细全面的论证。
1.4 工艺特点本设计项目采用CO2与乙烯为原料，在催化剂作用下合成丙烯酸产物，采用的催化剂为Cu /ZnO2TiO2，采用的反应器为光催化固定床反应器。
化工设计竞赛4-2创新性说明(0002)
创新性说明目录第一章资源利用方案 (1)第二章反应技术与分离技术创新 (1)2.1萃取精馏技术 (1)2.1.1萃取精馏简介 (1)2.1.2萃取剂选择 (2)2.2五料循环 (2)2.2.1原料气乙烯循环 (2)2.2.2醋酸循环 (2)2.2.3MDEA二氧化碳吸收剂循环 (3)2.2.4喷淋废液循环 (3)2.2.5甘油回收循环 (3)第三章过程节能技术创新 (4)3.1热集成创新 (4)3.2反应热副产蒸汽 (4)3.3热泵技术分析 (5)第四章新型过程设备应用技术创新 (6)4.1新型填料的使用 (6)4.2新型降噪压缩机的使用 (7)4.3换热管结构创新 (8)4.4反应器催化剂孔网板支托结构创新 (8)第五章控制方案创新 (10)第六章环境保护技术创新 (11)第一章资源利用方案本项目是为上海赛科石油化工有限责任公司设计一座年产10万吨醋酸乙烯（纯度为99.99%）的分厂。
醋酸乙烯酯（V AC）是年消费量数百万吨的大宗化学品，在我国亦有超过55年的生产历史，现有生产技术成熟稳定，同时也意味着在先进技术的应用方面具有较大的提升空间。
经过多年的发展，我国醋酸乙烯行业得到了较大发展，生产能力大幅度增加，生产工艺逐渐多样化，。
但与国外先进技术和大型装置相比，我国醋酸乙烯生产装置仍主要采用生产工艺相对落后的电石乙炔法，生产成本相对较高，对环境有一定的污染，装置规模较小；产品的消费结构变化不大，仍主要用于聚乙烯醇等产品的生产，各常规产品所占份额基本稳定，导致大宗产品出现过剩，而一些高档产品却仍需要依赖进口解决。
所以，我们应该努力提高产品质量，降低生产成本，积极扩大出口，以缓解国内过剩产能的矛盾，保持相关行业健康稳步发展。
本项目采用相对绿色环保的乙烯气相法制备醋酸乙烯，以上海赛科的产物乙烯，其所在上海化学工业区内的气体供应公司提供的氧气，以及上海吴泾化工有限公司提供的醋酸作为原料生产纯度大于99.99%的醋酸乙烯。
大学生化工实验大赛创新思路
线上交流平台
利用网络平台如论坛、社交媒体等，发布创新思路，吸引 同行关注并展开讨论。
线下研讨会
组织线下研讨会，邀请专家学者、企业代表等共同探讨创 新思路的推广与应用。
校企合作
与企业合作，将创新思路转化为实际产品，推动其在工业 界的应用。
创新思路的应用前景
01 工业领域应用
创新思路可应用于化工生产流程优化，提高 生产效率，降低能耗。
大学生化工实验 大赛创新思路
目录
01 大 赛 背 景 与 目 标 02 创 新 思 路 的 提 出 03 创 新 思 路 的 实 施 方 案 04 创 新 思 路 的 展 示 与 交 流 05 创 新 思 路 的 推 广 与 应 用 06 创 新 思 路 的 挑 战 与 机 遇
01
大赛背景与目标
01
02
03
评估方法
采用多种评估方法，如实验数据、 专家评审、同行评议等，全面评
价实验成果。
反馈机制
建立及时、有效的反馈机制，对 实验成果进行持续改进和优化，
提高实验水平。
创新思路的展示
通过展示实验成果，分享创新思 路，促进交流与合作，推动大学
生化工实验大赛的发展。
05
创新思路的推广与 应用
创新思路的推广途径
大赛背景介绍
大赛背景
介绍大赛的起源、发展和影响力
大赛目标
阐述大赛旨在培养大学生的创新 思维和实践能力，推动化工领域
的技术进步
大赛目标与意义
提升创新能力
大赛旨在激发大学生的创新思维， 提高他们在化工实验领域的创新 能力。
促进学术交流
通过大赛，促进不同高校、不同 专业背景的学生之间的学术交流 与合作。
培养实践技能
化工设计大赛创新设计说明书
化工设计大赛创新设计说明书一、设计概述本次设计是针对某化工产品的生产流程进行创新优化，以提高生产效率、降低能耗和减少环境污染。
设计的主要内容包括生产流程、设备选型、工厂布局和环境保护等方面的优化。
二、市场需求当前市场上对某化工产品的需求量较大，但现有的生产工艺存在一定的不足，如能耗高、产量低、环境污染严重等。
因此，本设计旨在满足市场需求的同时，解决现有生产工艺的问题。
三、生产流程本次设计的生产流程主要包括原料的预处理、反应、分离和精制等步骤。
其中，反应是核心步骤，需要采用高效的催化剂和反应条件。
在流程设计中，注重各步骤之间的衔接和平衡，以提高整体生产效率。
四、设备选型根据生产流程的要求，选择合适的设备是关键。
本设计选用了高效能反应器、精密分离器和自动化控制系统等设备，以确保生产的高效性和稳定性。
同时，设备的选型也考虑了环保和节能的要求。
五、工厂布局合理的工厂布局有助于提高生产效率和减少物流成本。
本次设计采用模块化的布局方式，将生产区域划分为不同的模块，便于生产和维护。
同时，充分利用空间和资源，优化物流路线，降低物流成本。
六、环境保护化工生产过程中往往会产生大量的废水和废气，对环境造成污染。
本次设计采用先进的污水处理技术和废气处理设备，确保废水、废气的排放达到国家标准。
同时，优化生产工艺和设备，降低能耗和资源消耗，从源头上减少环境污染。
七、经济效益本设计在提高生产效率和环保性能的同时，也注重经济效益的提升。
通过优化生产流程和设备选型，降低生产成本和提高产品质量。
同时，合理的工厂布局和物流优化，降低运营成本。
最终实现经济效益的提升。
综上所述，本次化工设计大赛的创新设计旨在提高某化工产品的生产效率、降低能耗和减少环境污染，同时满足市场需求和提高经济效益。
通过生产流程的优化、设备选型的合理性、工厂布局的紧凑性和环境保护的重视性等方面的综合措施，实现化工生产的可持续发展。
“崇梦·楼兰”创新性说明
8
年产 78 万吨环氧丙烷项目—创新性说明
本项目选用 TS-1 钛硅分子筛作为催化剂，该催化剂催化活性高，原料利用 率高，产品选择性好。
4.2.1 催化剂失活机理
但是由于 TS-1 孔径很小，只有 0.55nm 左右，TS-1 钛硅分子筛在催化丙烯环 氧化反应过程中，由于 TS-1/H2O2 的酸性位催化下的开环醚化副产物丙二醇单醚 及高沸物堵塞了孔道，另外，分子尺寸和空间位阻的原因，分子越小的醇分子越 易与 PO 发生开环醚化反应，会导致催化剂失活。经过查阅相关文献和资料得知， TS-1 钛硅分子筛催化剂的活性时间为 1100h。
通过计算，结合实际确定了反应体积、换热情况和反应管，关于反应器设计 的详细内容请见附录 4-7。从反应器类型选择、工艺条件的确定、催化剂选择、 动力学分析和热力学分析等方面确定反应体积，考虑反应放热、换热面积、换热 系数、管程压降和壳程压降后确定换热情况，经过对管长、管径、管数、管排列 方式和管间距的计算和优选后确定了反应管。自主创新设计的反应器，如图 4-1 所示：
2 膜分离技术
丙烯分离塔塔顶出来的气体中主要是丙烯、丙烷、氧气、氢气还有极少量的 环氧丙烷，由于氧气的存在，使得整个生产过程中存在一定的危险，所以必须将 氧气除去，经过综合考虑各种方法分离后，本项目采用膜分离技术，并使用有机
2
年产 78 万吨环氧丙烷项目—创新性说明
蒸汽膜，主要利用膜前膜后压力差为驱动力进行分离。通过查阅文献，其技术如 下：
该方法节能、经济，可回收尾气流中质量分数 98%以上未反应丙烯和丙烷。
图 2-1 丙烯回收工段 PFD 图
3 双效精馏节能技术
多效精馏是化学工业中较为常见的一种精馏节能措施，将精馏塔分成能位不 同的多塔，能位较高塔的塔顶蒸汽向能位较低塔的再沸器供热，同时它自己也被 冷凝。其节能的关键是要选择适宜的各塔操作压力，其中应用最普遍的是双效精 馏。
2023年化工设计大赛任务书
任务书一、项目背景与目标本次化工设计大赛旨在激发广大青年学生对于化工领域的兴趣和创新精神，通过设计一套高效、环保的化工生产流程，提高化工产业的技术水平。
本次大赛的主题为“绿色化工，创新未来”，参赛者需围绕这一主题展开设计。
二、设计任务1. 工艺流程设计：参赛者需根据给定的原料和产品，设计出一套合理的化工生产工艺流程，包括原料的预处理、化学反应、产物分离、产品纯化等环节。
2. 设备选型与布置：根据工艺流程，参赛者需选择合适的设备，并进行设备的布置和安装，确保生产过程的顺利进行。
3. 环保措施：参赛者需在设计过程中充分考虑环保问题，包括废气、废水、废渣的处理和减排措施，确保生产过程对环境的影响最小化。
4. 能源消耗与效率：参赛者需对工艺流程的能源消耗进行评估，提出优化措施，提高能源利用效率。
5. 安全与风险控制：参赛者需在设计过程中充分考虑安全问题，制定相应的安全措施和应急预案，确保生产过程的安全稳定。
三、时间安排1. 准备阶段（1-2周）：参赛者收集资料、明确设计方向、进行初步设计。
2. 初稿阶段（3-4周）：参赛者完成工艺流程、设备选型、环保措施、能源消耗等方面的初步设计，形成初稿。
3. 修改完善阶段（5-6周）：根据评审意见和指导老师的建议，参赛者对初稿进行修改和完善。
4. 终稿提交（7周）：完成最终设计，提交任务书要求的所有资料。
四、评审标准1. 工艺流程的合理性：是否按照要求设计出合理的化工生产工艺流程，包括原料预处理、化学反应、产物分离、产品纯化等环节。
2. 设备选型与布置：是否选择合适的设备，并进行合理的布置和安装，确保生产过程的顺利进行。
3. 环保措施的有效性：是否充分考虑环保问题，并采取有效的处理和减排措施，确保生产过程对环境的影响最小化。
4. 能源消耗的优化：是否对工艺流程的能源消耗进行评估并提出了有效的优化措施。
5. 安全与风险控制的全面性：是否制定了全面的安全措施和应急预案，确保生产过程的安全稳定。
化工设计大赛_四川大学为营团队_创新性说明
创新性说明1. 工艺设计1.1 分离流程裂解混合气分离在工业上常采用深冷分离方法，按照系统工程论中有序探视法得到的分离流程是前脱乙烷流程，如图1-1所示。
从图中可以看到，C4+组分是在脱丙烷塔塔底分离出去的。
而本工艺采用Exxon 分离流程，如图1-2所示，该流程将C4+组分分离提前到深冷分离工段之前进行，C4+组分的沸点是所涉及的烃类化合物中最高的，在加压的条件下C4+组分的沸点接近常温，这样可以在不太低的温度下，轻易的将C4+组分分离出去，从而减轻了后续深冷分离工段的负荷，具有显著的节能效果（据报道节能可达10%以上）。
图1-1 前脱乙烷流程图1-2 Exxon 分离流程1.2 催化裂化流程C4+组分的利用方案是使其催化裂化增产乙烯、丙烯，本工艺将乙烯塔塔底乙烷、丙烯塔-2塔底丙烷以及C4分离塔塔底出口C4+组分一起送去催化裂化流化床反应器中进行共裂解，这样不仅可以调节产物中乙烯、丙烯的比例，而且可以提高原子利用率，达到增产烯烃的目的。
预分离ⅠC4分离预分离Ⅱ深冷分离进料产品1.3 双塔预分流程为了降低丙烯塔的高度、提高操作的稳定性，本工艺采用丙烯双塔预分流程分离丙烯、丙烷。
经模拟发现丙烯双塔预分流程不仅可以明显降低塔高(理论板数减少约20块)，而且操作弹性大，达到预期的目的。
丙烯双塔预分流程如图1-3所示。
图1-3 丙烯双塔预分流程2. 节能设计本项目的的节能设计包括：新型制冷技术、新型节能设备（内部热耦合型精馏塔和高效旋风分离器）以及碳交易。
（1）新型制冷技术采用三元制冷技术，将传统的甲烷、乙烯、丙烯三种冷剂按一定比例混合在一台制冷压缩机中压缩，分离出三个不同温度等级的冷剂供给本分厂工艺系统。
（2）内部热耦合型精馏塔内部热耦合型精馏塔（Heat Integrated Distillation Column ，HIDiC ）是在美国Mah 教授提出的二次回流与蒸发（Secondary reflux and vaporization ，SRV ）蒸馏的基础上，对精馏塔的设计进行工艺改良，将热泵蒸馏和可逆蒸馏相结合，是实现大幅度节能的新技术（节能达30%）。
全国化工设计大赛西北大学—朔方设计组创新性说明
20万t/a 环氧丙烷（PO ）项目·创新性说明年产20万吨环氧丙烷（PO ）项目创新性说明参赛团队：朔方设计组参赛队长：聂 艳参赛队员：关文斌李春霞邢天 钟雨心第七届全国大学生化工设计竞赛2013年“中国石化-三井化学杯”目录1.1 工艺设计 (1)2.1设备创新 (2)2.1.1 反应器 (2)2.1.2 热泵 (2)2.1.3 隔离壁精馏塔 (3)2.1.4 膜分离装置 (4)3.1催化剂的选用 (5)4.1节能设计 (5)5.1 控制方案 (6)6.1环境评价系统 (8)7.1经济评价系统 (8)创新导航1.1工艺设计本项目以中国石化天津总厂生产的丙烯和天津临港工业园内大沽化工厂所生产的双氧水为原料，充分合理的利用天津临港工业园区内的各种公用设施及总厂的现有资源，并以意大利Enichem公司的高效一体化HPPO工艺为基础，在项目可行性研究和项目方案设计及初步工艺设计的基础上，完成中石化20万吨/年环氧丙烷主体装置工艺技术设计。
综合比较现有其他环氧丙烷生产工艺，过氧化氢—环氧丙烷（HPPO）清洁生产工艺是当前环氧丙烷（PO）工业中发展最快的一种方法，它具有环境友好、工艺和设备投资低等优点。
本项目在充分利用已有研究成果的基础上，结合相关领域的先进技术及先进催化剂，实现HPPO工艺生产环氧丙烷的优势，并为推进环氧丙烷的大型工业化做出实质性的贡献。
本项目采用高效一体化HPPO工艺，在反应工段使得混合原料在列管式固定床反应器中进行环氧化反应，原料双氧水经双反应器反应后，选择性达到100%，同时，流程反应过程将丙烯原料进行了循环利用，最终将副产物进行了分离回收，主产品环氧丙烷最终纯度达到99.88%，为国家优等品。
具体工艺设计如图1-1所示。
图1-1 全流程模拟图2.1设备创新2.1.1反应器在环氧化反应的过程中采用了2个列管式固定床反应器串联的方法，首先，列管式固定床反应器具有返混小，催化剂机械损耗小，传热面积大，结构简单等优点，其次，2个列管式固定床反应器串联的使用，提高了原料的选择性，且双反应器在一定条件下可交替使用，从而可提高整个生产流程的效能。
4-创新性说明书
浙江工业大学 Onepiece 团队队员：朱恺杰 常诚 王菊芳 吴钰力 陈鑫超克拉玛依石化公司27万吨/年丙烷资源化利用项目创新性说明书指导老师：刘华彦 周猛飞 章渊昶目录第一章资源化利用技术创新 (1)1.1 原料资源化 (1)1.2 生产过程资源化 (1)第二章产品结构方案创新 (3)2.1 产品结构 (3)第三章环境保护创新 (4)第四章过程节能技术创新 (7)4.1 中间再沸器 (7)4.2 热泵精馏技术 (8)4.3 热集成创新 (9)第五章反应和分离技术创新 (10)5.1 反应技术创新 (10)5.2 分离技术创新 (10)5.2.1 分子筛变温吸附 (10)5.2.2 重接触塔工艺 (11)5.2.3 新型一体化压缩除碳 (11)5.2.4 氢气膜分离技术 (12)第六章过程设备应用 (13)6.1 循环流化床反应器 (13)6.2 高效型浮阀塔板的运用 (14)6.3 管壳式换热器强化传热与自清洁技术 (15)第七章控制创新 (17)第一章资源化利用技术创新1.1 原料资源化在原料选择方面，我们使用克拉玛依油田伴生气和碳捕集装置二氧化碳，将原本用于排放的温室气体二氧化碳和能源化利用的丙烷资源化利用起来，加速了我国丙烷资源化利用的转型，实现了对整个地区生态环境保护，从原料来源做到真正意义上的资源化。
且本项目反应工段所需干气均由本项目自产，节省管道铺设和运输费用，做到自给自足资源化。
表1-1 主要原材料、辅助材料、燃料来源表原料油田伴生气 1.45×109Nm3/a总厂协商提供管道自克拉玛依油田，经总厂中转二氧化碳 3.39×109Nm3/a 总厂提供、外购管道总厂碳捕集装置辅助材料碳酸钾58.41t/a 外购汽运- 氢气7.20×106Nm3/a 总厂提供管道- 甲醇4162.92t/a 总厂提供汽运-燃料干气 2.65×108Nm3/a 自产管道自原料预处理工段1.2 生产过程资源化在工艺选择上，我们注重生产过程资源化，力求原料的最大利用率，同时充分利用油田伴生气本身的成分进行工业化应用。
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目录第１章反应器设计创新 (3)第２章分离技术与节能降耗技术创新 (8)第３章高效塔板的使用 (13)第４章高效催化剂的使用 (14)第５章工艺路线创新 (15)第６章环保技术创新 (16)第７章安全仪表系统SIS设计 (19)第１章反应器设计创新通过六个步骤，实现了丙烷脱氢反应器从无到有的完整设计。
设计思路如下：图1-1 反应器设计思路其中，反应器模拟模型的构建是通过Polymath实现的。
1.以目标产物丙烯的摩尔分率作为分析变量丙烷脱氢的主副反应如下：主反应：C3H8→C3H6+H2 △Hr=116.0754KJ/mol副反应：C3H8→C2H4+CH4 △H r=75.8671KJ/molC2H4+H2→C2H6△H r=-136.98KJ/molC3H8+H2→C2H2+C+4H2 △H r=330.595KJ/mol可以看出，丙烷脱氢是一系列的平行连串反应。
对于复合反应，我们不能单纯的考虑关键反应物丙烷的转化率，也要关注目标产物丙烯的选择性和收率。
所以本次设计以目标产物丙烯在混合气体中的摩尔分率为分析变量，分别找到丙烷和丙烯的最优转化率和选择性。
2.催化剂结焦本项目采用UOP公司的Oleflex生产工艺，装置为绝热式径向移动床反应器，催化剂是该公司自主研发高活性、高选择性的Pt-Sn/Al2O3。
由于反应条件是高温，会导致丙烷深度脱氢，并且在高温下C-C键裂解反应在热力学上比C-H键裂解更有利，这也加剧了碳（C ）在催化剂表面沉积导致Pt-Sn/Al 2O 3催化剂失活。
本次设计采用张新平《丙烷脱氢氧化制丙烯过程的模型化与优化》的动力学模型及参数，考虑结焦量对反应速率的影响，通过Polymath 对反应器进行模拟和优化，最终得到合适的反应器尺寸。
结焦动力学方程摘录如下：c k Cm C c k dtdC2)max (*12+-=C=C m +C M]*1max*1*1[*max 2tc k C tc k C Cm +=C M =k2c*t))11(*exp(*0tmt R Eaic ic k kic --= ]*3exp[**2)*11(CmCMa Cm a Cm a a -+-= ))11(1exp(*011tm t R Eaa a a --=部分动力学参数如下：表1-1 动力学参数表Polymath程序模拟与优化如下（R201）：图1-2 Polymath模拟与优化程序丙烯摩尔分率沿反应器径向的变化：图1-3 丙烯摩尔分率沿反应器径向的变化得到各反应器的尺寸如下：表1-2 各反应器尺寸反应器位号 气体出口内径/mm 反应器内径/mm 催化剂床层厚度/mm 催化剂床层长度/m 材料 R202 1200 2400 340 6 0Cr18Ni9 R203 1200 2400 340 6 0Cr18Ni9 R204 1200240042060Cr18Ni9经过优化的反应器模型可使丙烷的单程转化率可达38%，丙烯总的选择性可达90%，总的收率可达70%，年产可达25万吨，满足设计要求。
经过计算催化剂的结焦量是C=0.00195802gcoke/(molcat),这为实时监测催化剂的失活程度及工业废渣的量化提供了重要依据。
结焦浓度计算公式：⎰⎰⎰-+++=nn t t n t t t t T C T C T C C 1211)(....)()(113. Aspen 中使用平推流反应器模拟移动床催化剂为小颗粒球形催化剂，易磨损，为达到年产量25万吨，我们采用四台串联径向移动床反应器，床层压降小，返混小，故在Aspen 中采用平推流反应器（PFR ）模拟。
图1-4 反应器的Aspen 模拟第２章分离技术与节能降耗技术创新1.热泵精馏通过外加功将能量自低位传至高位的系统成为热泵系统。
热泵是以消耗一定量的机械功为代价，把低温位热能温度提高到可以被利用的程度。
由于所获得的可利用能量远远超过输入系统的能量，因而可以节能。
本项目采用塔底液体闪蒸式热泵精馏。
塔底液体闪蒸式热泵精馏是以塔底液体为工质，塔底液体经减压阀减压闪蒸降温后，与塔顶气相换热、汽化，然后经压缩机压缩到与塔底温度、压力相同的状态后送入塔底，塔顶气相冷凝后作为回流。
图2-1 热泵精馏模拟热泵精馏没有冷凝器和再沸器，其streams、泵和压缩机的参数设置如下：图2-2 streams界面设置图2-3 泵的界面设置图2-4 压缩机的界面设置图2-5 压缩机计算结果由图可知，压缩机功率为9540.0671kW，效率为72%。
塔底液体闪蒸式热泵精馏的能耗主要由压缩机的能耗以及冷却器的冷公用工程。
压缩机功率为9540.0671kW，热电转换系数为3.29，相当于消耗了31386.8208kW 热能，冷却器冷耗为10214.5039kW。
而普通精馏的热耗为48031.4636kW，冷耗为48699.6565kW，所以节约热耗34.65%，节约冷耗79.03%，并且减少了高品位冷剂的使用。
2.换热网络的优化本项目利用夹点技术和Aspen Energy Analyzer对全场换热网络进行设计与优化。
图2-6 未集成的换热网络公用工程用量如下：表2-1 未集成的公用工程用量冷公用工程用量 4.423×104KJ/s 44.23MW热公用工程用量 6.816×104KJ/s 68.16MW图2-7 集成后的换热网络公用工程用量如下：表2-2 集成后的公用工程用量冷公用工程用量 3.476×104KJ/s 34.76MW 热公用工程用量 6.124×104KJ/s 61.24MW图2-8 节能效果分析第３章高效塔板的使用所有板式塔均采用高效塔盘，为了简化塔内件的设计和降低设备投资费用，选用我校自主专利塔板CTST。
图3-1 CTST立体传质塔板示意图1.运行过程CTST立体传质塔板是一系列大通量高效喷射型塔板，该塔板是一种空间结构塔板。
气体自板孔进入喷射罩中，在塔板板孔处形成缩流，在板孔附近形成低压区，液体受罩体内外压差和板面液面高度静压强的作用自罩体底隙进入罩内，气液两相在塔板空间充分接触，经历了接触、传热、传质的过程，采用并流喷射操作，有效控制返混，减少雾沫夹带，从而既保证较高的传质效率，又大大提高气液两相的处理能力。
2.CTST优点(1) 处理能力大，可达F1浮阀的150%~250%，空塔动能因子可达3.7m/s(kg/m3)0.5；(2) 效率高：比F1浮阀塔高10%以上；(3) 板压降低：低于F1浮阀30%以上，可用于减压场合；(4) 操作弹性大：可达5.4~7.2；(5) 具有消泡性能：适于处理易发泡物料；(6) 具备抗堵塞能力：可处理含固体颗粒易自聚物料。
图3-2 单板压降与板孔动能因子关系比较第４章高效催化剂的使用本项目采用UOP公司自主研发的Pt-Sn/Al2O3催化剂，工艺条件的控制指标如下表所示：表4-1 反应催化剂详情催化剂大小球形催化剂，dp=2mm空隙率0.4密度/(Kg/m3) 3800反应温度/℃550~650反应压力/MPa 0.1 丙烷的转化率为88%，丙烯的选择性为90%。
第５章工艺路线创新采用先进的膜分离技术回收脱氢尾气中的氢气。
本设计设置氢气膜分离单元主要是考虑回收大部分脱氢尾气中的氢气，因为尾气本身有一定的压力，且经过反应器后氢气的量得到了增加，摩尔分率达到了57.6%，所以利用膜分离的方法回收氢气能收到很好的经济性。
本设计的氢气膜分离单元示意如图5-1。
经过反应工段脱氢尾气送入氢气膜分离装置，回收95.8%纯度达99.95%的氢气一部分循环回反应工段用于稀释剂，减少了新鲜氢气的补充量，节省了生产成本；经过跟福建能源公司联系，剩下的氢气可供给公交车作为新能源，按市价氢气每吨1.65万元为工厂创造收入约为1.72亿元。
非渗透气进入选择性加氢反应器继续下一步的反应。
非渗透气进入选择性加氢反应器图5-1 氢气的来源和去向第６章环保技术创新1.CO2的创新处理本项目通过使用小球藻来吸收处理燃烧产生的大量CO2。
此工艺在流程上共分为两个部分：培养和固碳。
在培养体系中，捕集下来的二氧化碳和空气混合，培养气内二氧化碳的浓度占20%，在培养体系内，小球藻为半连续培养，使其从稳定期过渡到指数增长期，反应器内的小球藻浓度达到1g/L时，将小球藻连同培养液打入固碳塔1号。
固碳体系，混合后的气体中，二氧化碳所占浓度为45%，常压通入固碳塔，并做气体循环。
同时料液导入与导出同样做循环。
固碳塔1号和2号的区别在于，1号内利用的小球藻吸收浓度为1.5g/L—3g/L，而在2号内小球藻的翻倍浓度是2.5g/L—5g/L。
2号塔内的小球藻在反应结束后，分离，导出产品。
图6-1 CO2处理装置图2. 工业废水的创新处理本项目的废水主要来源有采样器冷却水回水、精馏塔分离废液、排放闪蒸罐排液，初期雨水等。
污水中含有有机物、MDEA 、S -等有害物质，为了实现工业废水零排放标准，我厂将新型生物膜技术（如下图7-2）与我校自主研发的混盐结晶分离提纯技术进行处理。
图6-2 生物膜反应器原理图各功能槽的构成及功能如下 来自捕集CO 2CO 2CO 2废气微藻微藻培养液废液混合器培养液废气空气反应器1反应器21）原水槽：首先将解析塔废液装入原水槽中，按照解析塔废液与自来水的体积比为2:1的比例加入自来水降温（废液温度120℃左右），然后加入少量絮凝剂并搅拌去除胶状物质，当有处理后的排放水排出后，用此排放水代替自来水进行降温处理,调污水PH为中性。
2）调整槽。
经过预处理后的污水按照一定的流量注入调整槽。
在调整槽中将原水与少量种污泥混合并曝气，对溶解性有机物进行污泥化处理。
3）生物反应槽（设置固定滤床的槽）。
生物反应槽共设置8个，其内填充大量生物巢滤床系统（填充率约80%）。
前3个生物反应槽中的生物巢球状滤材的直径为12.5cm（比表面积60m2/m3）中间3个生物反应槽中的生物巢球状滤材的直径为12.5cm（比表面积80m2/m3），最后2个生物反应槽中的生物巢球状滤材的直径为10cm（比表面积100m2/m3）。
各反应槽均采用上部流入、下部流出的方式通过管道相互连通。
反应槽内重复进行厌氧消化和好氧处理，通过曝气搅拌在同一槽内生成好氧层和厌氧层。
各槽的曝气量和搅拌强度根据具体情况分别进行调整，维持各槽内固定滤床和上部水层之间的氧化还原电位处于400mV左右。
再通过各槽之间的上部水层和曝气量的调整，维持各槽之间的氧化还原比为电位差值在100~300mV之间。
经过各种生物反应槽的连续处理，污水内的悬浮固体（MLSS）质量浓度不断下降，到最终生物反应槽处，污水的MLSS的质量浓度一般达到80mg/L以下。