化工设计大赛(2012.5.28)

“三井化学杯”化工设计大赛简析,报告人：杨长龙Tel:2738753（办mail:changlongy,“三井化学杯”大学生化工设计大赛由中国化工学会主办，日本三井化学公司赞助。是目前国内规模最大、影响最广的大学生专业性顶级赛事，该赛事是对学生的化工知识综合运用能力、化工设计软件的应用能力和创新意识的全方位考查。,What?,其宗旨是激发学生科技创业、实践成才的热情，提高学生的现代工程设计、工程实践和创新能力，培养学生的团队协作精神，促进专业之间、学校之间的交流与合作。,Why?,历年设计题目,阐述设计,阐述设计思想、流程方案、设备及布置等，重点阐明设计的创新之处：产品、方案、流程、设备、三废治理等。,组织、协调能力，负责人员分工、进度安排、经济分析与评价、项目的总体设计等内容,队伍组成“自愿原则”,文字、逻辑思维能力，负责可行性论证、设计说明书编制等内容,分析、归纳、绘图及计算能力，负责工艺流程设计，工厂总体布置设计,化工单元操作选型、计算及绘图能力，负责设备选型、典型设备及车间布置设计,过程模拟及绘图能力，负责工艺流程、车间设备布置、工厂总体布置中的三维建模及动画设计,化工设计整体思路、程序、要求及组织能力，负责把握方向、政策、法规等，对设计进行宏观指导,How-to?（项目的基本建设程序）,设计题目“研读”,本项目的目标是为某一烃化工综合企业设计一座混合C4综合加工子系统。若子系统包含多个产品，可以选择其中一个具有代表性的产品进行详细设计，其余产品仅进行概念设计。,*其余为2炔烃,原料来源,炼油过程副产的中有约44的烷烃,其利用比较困难。在80年代以前,除了丁二烯被用作合成橡胶外,大部分的馏分被当作工业或民用燃料使用。90年代以来,由于分离技术的进步,作为石油化工原料的应用获得了很大的发展,C4综合利技术的开发极为紧迫。,目前，我国在C4化工方面的利用率只有16%左右，主要是将异丁烯转化为甲基叔丁基醚（MTBE），还有部分1-丁烯用于制备甲乙酮，大部分炼油过程的C4被当做燃料和液化气使用，而美国、日本和西欧等工业发达国家利用率已达到了6090。除丁二烯萃取、MTBE生产技术外，我国尚缺乏大型化利用C4的成套装置和成熟技术，亟待开发C4下游精细化深加工技术。如何充分、合理地利用C4资源,发掘C4产品的潜在价值,提高炼油企业经济效益，已成为我国石化企业关注的焦点和技术攻关方向之一。,C4的利用,用作炼油厂、石油化工或一般民用燃料;,用于生产烷基化汽油和叠合汽油;,C4回炼增产乙烯、丙烯;,利用丁烷组分生产车用液化石油气,用作石油化工原料，制备下游产品,C4的利用,C4单体的利用,C4单体,丁二烯,异丁烯,正丁烯,正丁烷,异丁烷,C4综合利用技术,（1）高纯度丁烯单体的制备及异构化,高纯度异丁烯单体的制备、2-丁烯异构制高纯度1-丁烯、1-丁烯及2-丁烯异构化反应制备异丁烯等。,异丁烯水合制叔丁醇、1-丁烯或2-丁烯制仲丁醇。,（2）新一代汽油添加剂及烷基化汽油,单丁烯及混合丁烯二聚并加氢制备高辛烷值汽油添加剂、异丁烷与丁烯烷基化制备叠加汽油。,（3）丁烯制备丁醇,正丁烷异构为异丁烷,异丁烷脱氢制异丁烯。,（4）丁烷异构与脱氢,设计题目要具体,设计题目要具体，如：,示例一：年产.吨碳酸二甲酯车间初步设计,示例三：年产.吨甲基丙烯酸甲酯车间初步设计,示例四：年产.吨高纯度异丁烯车间初步设计,示例二：年处理.吨C4馏分车间初步设计,时间安排,学校要求：7月25日前完成,校内选拔，估计时间7月28日左右,入围队修改作品，8月5日前完成,分赛区预赛评审，8月10日左右（地点估计在大连理工）,分赛区预赛入围队修改作品，8月15日前完成,全国总决赛，8月2526日（地点：待定）,工作内容及要求,工作内容流程,设计任务书,设计的具体时间安排及内容,工作内容解析,一、项目可行性论证（可行性研究报告）,1.建设意义：结合设计产品的重要性，我国自然资源条件，阐述建设项目的意义。,2.建设规模：结合设计产品的市场供求关系、所选烃化工综合企业（应指定）的C4馏分原料情况、地理位置等，说明建设规模的合理性。,3.技术方案：对设计产品生产技术进行对比分析，阐述所选工艺方案的先进性及可行性。,4.与企业的系统集成方案：收集烃化工企业的产品及能量利用等资料，阐明原料来源，产品出路，能量集成等。,5.厂址选择：结合地理位置、交通运输、产品结构等，论述所选厂址的合理性。,6.社会及经济效益分析：投资成本、资金筹措方案、销售收入等，阐明投资回报率，表明建设项目是赚钱的。,工作内容解析,二、工艺流程设计,化工工艺设计主要包括流程设计、工艺计算（物料与热量衡算）、设备的工艺设计、车间布置和管道布置五个部分，都由工艺设计人员进行。,2.工艺方案选择及论证：分析现有的技术，进行对比分析，确定产品、生产方法和生产流程。阐述所选工艺方案的先进性及可行性。,1.设计准备工作：（1）研读设计任务书；（2）了解化工设计以及工艺设计包括哪些内容，其方法步骤如何。参照设计进度订出个人工作计划。（3）查阅文献资料；（4）收集第一手资料。,技术先进、经济合理、安全可靠、三废治理,工艺流程实例（异丁烯的利用）,可以选择其中一个具有代表性的产品进行详细设计,工作内容解析,二、工艺流程设计,3.化工计算内容：物料衡算、能量衡算及能量集成方案；任务：绘制物料流程图、控制点工艺流程图，编制物料及热量平衡表和计算说明书。用到大量的基本理论、基本概念和基本技能（数据处理、计算技能、绘图能力等）。,工作内容解析,三、设备选型及典型设备设计,反应器（固定床、流化床、移动床及釜式反应器等）：设备的结构、工艺条件、催化剂用量、设备的体积计算及尺寸设计等，绘制反应器设备图，编制设计说明书。塔设备（精馏塔、吸收塔等）：塔板数（或填料层高度）、塔径、工艺条件等，绘制塔设备图，编制设计说明书。换热器：选型、热负荷、传热面积、管子的排列方式及数量等，绘制换热器设备图，编制设计说明书。其他重要设备（如泵、压缩机、储罐等）：进行选型、台数说明即可。编制设备一览表,工作内容解析,四、车间布置设计,工艺人员的主要设计任务之一，当化工计算结束，绘出工艺流程图后进行。主要任务：确定整个工艺流程中的全部设备在平面上和空间中的正确的具体位置，相应地确定厂房或框架的结构型式。绘制车间平面及立面布置图，车间三维建模设计。,工作内容解析,五、化工管路设计,任务：确定装置的全部管线、阀件、管件及各种管架的位置，以满足工艺生产的要求。原则：应注意节约管材，便于操作、检查和安装检修，而且做到整齐美观。绘制主要车间工艺管道的三维配管图,工作内容解析,六、工厂总体布置设计,任务：对主要车间、辅助车间、原料及产品储罐区、中控室、化验室、行政管理、公用工程及生活辅助用房、三废治理、工厂内部通道等进行合理布局，对方案进行必要说明。原则：应注意消防、方便、整齐、美观。绘制工厂平面布置总图，工厂布置三维建模设计（动画）,工作内容解析,七、概算（经济分析与评价）,工程概算是编制固定资产投资计划、签订建设项目贷（筹）款合同，实行建设项目投资包干的依据；同时也是办理贷、付款及控制施工图预算以及考核设计经济合理性的依据。内容：主要包括建筑、设备及安装、公用工程费用等。依据：1.2012三井化学杯大学生化工设计竞赛参赛指导书中关于经济分析与评价的费用参考数据。2.化工建设项目可行性研究投资估算编制办法3.化工建设建筑概算定额中石化协办发（2003）10号；4.化工建设安装工程费用定额中价化发（2006）10号；5.工程勘察设计收费管理规定计价格200210号；6.设备价格采用2007年中国机电产品报价目录及类似工程估价。,设计文件（可行性研究报告）,1.总论2.需求预测3.产品的生产方案及生产规模4.工艺技术方案5.原材料、燃料及水电汽的来源与供应6.建厂条件和厂址选择布局方案7.公用工程和辅助设施方案8.环境保护及安全卫生9.工厂组织、劳动定员和人员培训10.项目实施规划11.投资估算和资金筹措12.经济效益评价及社会效益评价13.结论包括综合评价和研究报告的结论等内容,设计文件（说明书及附图、表）,设计文件内容：设计说明书和说明书的附图、附表。初步设计说明书的内容：（一）设计依据（1）文件，如计划任务书以及其他批文等。（2）技术资料，如中试试验报告、调查报告等。（二）设计指导思想和设计原则（1）设计所遵循的具体方针政策和指导思想。（2）总括各专业的设计原则，如工艺路线的选择、设备的选型和材质选用、自控水平等原则。（三）产品方案产品名称和性质；产品质量规格；产品规模（吨年）；副产品数量（吨年）；产品包装方式。,设计文件,（四）生产方法和工艺流程(1)生产方法；(2)化学反应方程式；(3)工艺流程工艺划分简图，用方块图表示；带控制点工艺流程图和流程简述。（五）车间（装置）组成和生产制度(1)车间（装置）组成；(2)生产制度。（六）原料、中间产品的主要技术规格(1)原料、辅助原料的主要技术规格。(2）中间产品及成品的主要技术规格。,设计文件,（七）工艺计算1.物料计算2.主要设备的选型、化工计算和材料选择3.工艺设备以表格形式分类表示计算和选择结果：根据工艺特点列表，例：,设计文件,（七）工艺计算工艺设备一览表按非定型设备和定型工艺设备两类编制,设计文件,（七）工艺计算4.工艺用的水、蒸汽、冷冻用量。5.分批操作的设备要排列工艺操作时间表和动力负荷曲线。,（八）主要原料、动力消耗定额及消耗量（九）生产控制分析（十）仪表和自动控制（十一）技术保安、防火及工业卫生（十二）车间布置（十三）公用工程（十四）“三废”治理及综合利用（十五）车间维修,设计文件,（十六）土建（十七）车间装置定员（十八）概算（十九）技术经济1.投资2.产品成本（二十）存在问题及建议（二十一）初步设计中必要的附表及附图附表：工艺设备一览表、自控仪表一览表、公用工程设备材料表附图：带控制点工艺流程图、车间布置图（平面图及剖面图）、关键设备总图、建筑平面、立面、剖面图等。,3D模拟图实例（车间立面图）,3D模拟图实例（车间立面图）,3D模拟图实例（车间侧视图）,3D模拟图实例（车间俯视图）,3D模拟图实例（管道布置图）,国家及行业的基本设计规范,化工设计必须遵循国家和行业的设计规范和相关的政策、法规。如：1、化工企业总图运输设计规范HG/T2064919982、工矿企业总平面设计规范GB5018719933、石油化工工艺装置布置设计通则SH3011-20004、石油化工给水排水管道设计图例SH3089-19985、石油化工管道器材标准（合订本1996年）SH3401-34106、石油化工管道布置设计通则SH3012-20007、石油化工企业给水排水系统设计规范SH3015-2003,主要参考资料,1.化工过程设计，王静康编著，化学工业出版社，2008.12.化工单元过程及课程设计，