全国大学生化工设计竞赛

执行委员会
浙江大学：全国总负责 华东理工大学：华东赛区 天津大学：华北赛区
仲裁委员会 中国化工学会 中国化工教育协会 浙江大学 华东理工大学 天津大学
大连理工大学：东北赛区 大连理工大学
四川大学：西南赛区 华南理工大学：华南赛区
西北大学：西北赛区 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。
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 。
• 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。
第一届 第二届 第三届 第四届
第五届 第六届
第七届
第八届 第九届
时间 2007.7-11 2008.7-10 2009.7-12 2010.7-11
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。
在aspen7版本之后，pinch已经升级为energy analyzer， 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。
重庆 青岛
哈尔滨
常州 天津
名称 三井化学杯 三井化学杯 三井化学杯 三井化学杯
三井化学杯
中国石化-三井化 学杯
中国石化-三井化 学杯 恒逸-三井化学杯
华东科技-三井化 学杯
第二届 第三届 第四届 第五届 第六届 第七届 第八届 第九届
全国基本参赛情况
学校 参赛队
决赛
14
35
10
25
91
20
53
214
在全流程模拟中，采用了以下方法使模拟更为高效、准确： ①在循环收敛过程中引入撕裂流股，人为给定一个初始值，最 终迭代至撕裂流股两侧流股接近再拼接起来; ②运用灵敏度分析工具分析各变量对结果的影响，以找到最优 操作点； ③采用“分块模拟，由小及大”的方法，分块构建模拟模型， 最终拼接成全流程模拟模型。
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。
竞赛委员会 中国化工学会 中国化工教育协会 浙江大学 华东理工大学 天津大学 清华大学 大连理工大学 北京化工大学 四川大学 华南理工大学 南京工业大学 西北大学 武汉工程大学
专家委员会 中国化工学会 中国化工教育协会 浙江大学 华东理工大学 天津大学 清华大学 大连理工大学 北京化工大学 四川大学 华南理工大学 南京工业大学 西北大学 武汉工程大学
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。
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。
过程设备强度计算软件SW6-2011； COMSOL Multiphysics: COMSOL反应工程实验室 (4)、环境风险评价系统 RiskSystem ， NoiseSystem 噪音预测软件， PSMSuite V1.0——HAZOP分析智能软件等 (5)、 polymath 科学与工程数值求解工具等其他软件
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Baidu Nhomakorabea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；
化工设计大赛相关软件工具 (1)、基本工程绘图工具Autocad；
工艺流程图绘图软件PIDCAD； 三维工厂软件PDS、Pdmax、PDSOFT、SmartPlant 3D 、 PDMS、CADWORX等； 三维动画sketchUp、Lumion(和sketchUp结合使用) 3DMAX等 (2)、流程模拟软件aspen ， Aspen Plus流程模拟、 Aspen Dynamics动态模拟、 Aspen Energy Analgzer换热网络、 Aspen HTFS+换热器设计、 Aspen Plus Economic Analysis经济分析等； 其他流程模拟软件proⅡ、chemcad 、gproms等； (3)、塔内件水力学计算软件,KG-TOWER，CUP-TOWER软件等；
2011.5-10 2012.5-9
2013.1-9
2014.3-9 2015.3-9
题目 生物柴油工厂设计 二甲醚工厂设计 碳酸二甲酯工厂设计 电厂尾气中CO2制化工
产品工厂设计 甲醇制烯烃工厂设计 C4制化工产品工厂设计
环氧丙烷工厂设计
清洁生产制取对二甲苯（PX） 清洁生产工艺制取乙二醇
地点 杭州 西安 上海 长沙
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aspen energy analyzer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。
过程模拟最为重要的任务有三：
1. 对各候选工艺进行判断是否可行； 2. 选择最为合适的工艺方案； 3. 对所选工艺方案进行优化设计，确定最优工艺条件。
模拟最终达到了如下目的：
①在模拟过程中，最终确定了各关键工艺参数，对系统进行 了初步调优;
②结合模拟过程，对本项目工艺参数的可行性进行验证； ③以模拟数据为基础，进一步完成各单元设备物料与能量衡 算，为设备设计提供了可能。
20
106
456
32
119
562
36
154
710
48
217
1546
256
1562
48 48 ？
赛区 4 5 5 7 7 7 7 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。
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，3D MAX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。
• 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
部分相关软件及使用说明 参见文件夹
• (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，aspen plus，HYSYS，Pro II。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。
第六部分
化工设计大赛相关问题
2015年07月·青岛
• 1.全国化工设计竞赛相关资料介绍 • 2.青岛科技大学： • 全国化工设计竞赛赛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，
交流。
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。