前言

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刚开始知道全国大学生化工设计竞赛是在去年的十月份吧，老师说让我们准备准备参加这个竞赛，毕竟是全国高校化工专业的盛会，难得参加一次，我们学校因为一些原因，上一次参加还是在2018年了

老师把希望都寄托在了我们这一届身上

老师说了很多这个竞赛的好处，特别能锻炼人，也能极大的掌握化工相关的专业知识，对整个化工设计过程有一个深刻的体会，更能学到很多东西（这个确实，一路回忆过来真的很不容易，自己也成长了很多）

如果能拿奖的话不论是对考研还是找工作都有很大的帮助，毕竟这个竞赛含金量还是有一些的，学校的奖金还很丰厚（不是因为钱我才这么拼的啊喂）

因为化工设计这门课也有课设，索性老师直接把课设的题目也就定成了今年化工设计竞赛的题目，既参加了竞赛也完成了课程设计，双赢（可惜老师也没想到我们专业的学生有多么**）

这算是“故事背景”了

提醒一下，这个竞赛会花费掉你大量的精力和时间，而且会从3月份一直持续到8月份，每个人的情况都不一样，对这个竞赛的体会也不一样，有的人觉得性价比不高，不值得，有的人觉得过程中学到了很多，所以因人而异，我也不能说一些绝对的话，要结合自己自身的情况慎重考虑，一定要慎重，但是如果决定了要参加，就一定要坚持下去走到最后。

准备阶段

大概在11月份之前吧，找齐了五个队员，同时了解了一些这个竞赛都需要做些什么 （划重点，这个很重要）

说到找队员，提醒各位同学一句，队友真的非常非常非常重要，能力都是次要的，首先人品一定要好，必须要有责任感，必须要有责任感，必须要有责任感（重要的事情要说三遍）

这个竞赛时间长，任务量大的惊人，坚持不下来的人早早换人，我所在的西北赛区，我记得总共有263个队伍报名，最后提交作品的也只有160个左右，我们学校总共报名了14个队伍，结果交作品的只有两个，所以队友真的很重要

题外话：我们学校本来最后冲刺阶段算上我的话还有四个种子队，结果有两个都是因为队友撒手不干了，错失了提交作品的机会，太可惜了，竞赛得国三其实很容易，只要你提交了完整的作品，（必须是达到评分细则上要求的完整作品）就可以获得国家三等奖

所以说，队友真的很重要，当然还有通过竞赛找到对象的（这我可太羡慕了）

队友找齐了，下一步就是了解这个竞赛都需要干什么，怎么分工，都需要学什么

这些都要提前准备，不然一边学习软件使用一边去做效率太低了

首先就是分工，一般来说，五个人都是这样安排的：

  • 文档一个人
  • 工艺设计两个人
  • 图纸设计一个人
  • 设备设计一个人

我不能说其中哪个比较难，因为到了后期，每个人都会很累，工作量很大很难，但是有一点可以确定的就是工艺设计的两个人一定是整个队伍的核心

前期的话其他人主要是给这两个人打下手，查阅资料，翻译文献之类的

初始工艺流程设计

工艺设计作为整个作品的灵魂和核心，是最难的，也是最复杂的，至于为啥说工艺设计是核心，工艺设计决定了文档、设备、图纸这些好不好做，怎么做，做的对不对

在准备阶段就要查阅大量的文献，确定原料到产物的路线，这个工艺路线一定要稳重，不能太新，太新的话资料过少，很多东西难以确定，或者都需要自己去摸索（如果你能力够，那么推荐你选择的工艺路线越新越好，因为创新性很重要）

工艺路线也不能太老，很多参考资料会过于古老，不符合实际

最好的工艺路线就是目前国内或者国际普遍正在应用的工艺路线，这是最稳妥的，相对应的资料也会很多，会很方便的查到一些相关资料

通过知网、万方这两个国内数据库和Web of science这个国外数据库，查询关于题目的相关资料，首先就要得到用什么原料制备什么产品，从原料到产品有几种方法，然后把这些方法列一个表，详细对比各个参数，比如催化剂、反应条件、转化率、选择性、粗产品质量分数等，然后决定出一个难度最合适自己队伍的工艺（工艺并不是用的人多就好，也不是最新的就好，适合自己队伍的才是最好的，毕竟你要做出来）

大佬的小技巧

大佬的经验

确定了工艺就要开始确定原料方案了，首先肯定是需要文档的同学去查一些经济方面的资料，可以通过百度、前瞻网、生意社等网站，看看你们的这个产品目前国内外的缺口产量是多少，需求量是多少，一般来说，你们厂子的年产量不能超过市场需求量的一半最为合理

确定了产量之后，通过你们确定的工艺反应选择性和转化率，大概估算一下需要原料多少，需要什么纯度的，有什么样的原料要求

接下来就可以去找能给你们提供足够的原料供应的母厂，通过百度地图、高德地图、图新地球等的卫星图模式，看一下母厂周围是否有空地给你们用来建厂子，是不是足够，必须要保证这是一块空地，且必须保证附近的化工园区的政策允许你们建厂，用地必须为工业用地（接下来就是厂区设计部分的内容了，下面再说）

确定了原料方案，工艺路线，产品规格，就可以开始做模拟了，这个竞赛就算是正式开始了

说到模拟，就要说模拟用到的软件了，目前国内最常用的流程模拟软件有两个：

  • Aspen Plus
  • Pro II

如果是炼油相关的，其实用ProII来说更好一点，但是通常情况下，这个竞赛是用Aspen的，记得在比赛之前就要详细学习一下这个软件的使用，最起码要保证比赛开始之后正式做模拟的时候大部分的基础操作要知道怎么做，功能按键在哪，这样才能保证你问大佬问题的时候回答你能听得懂

这个软件的安装较为复杂，软件较大，所以尽量让队伍里电脑配置最好的同学安装，版本最好使用V11版本，最为稳定和好用，当然你要是用12或者8/9/10也没问题，只要保证能做完整个流程就行，软件可以去找一些公众号下载，由于版权原因就不细说了，如果找到安装包但是自己不会安装的话，去找万能的淘宝，30块钱直接解决

软件安装好，那么去哪里学习呢？一般来说这种专业性较强的软件教程很少，就连B站里Aspen的教程都很少，推荐一本书《化工过程模拟实训》孙兰义老师的，这本不错，很基础，例题也很多，建议买正版，是彩色的方便学习。

当然最好的学习方法就是混迹于各种aspen和竞赛交流群，往往能认识到很多大佬，找一个手把手教你，说不定还顺便找个对象，哈哈哈

这就不得不打个小广告了，本人的小破群Q：769519680，里面都是一些经验丰富的大佬，很多这一届获奖的大佬，认准乙醇

如果自己还是能力有限的话，下下策就是去找竞赛相关的培训机构，具体的名字就不点了，可以自己去找找，当然肯定是收费的，还不菲

个人观点，整个流程模拟最难的地方第一个就是动力学，因为竞赛规定了反应必须要有严格动力学速率模型去模拟反应，所以这一点很重要，往往很多同学选好了工艺最后却查不到该工艺的反应动力学，无奈导致更换工艺，至于反应动力学是什么，要怎么输入到aspen中，请自己学习（反应工程）相关知识，如果学校还没有开这门课，可以去请教老师或者学长，或者翻阅往年作品中的《动力学参数说明》，里面都会有动力学的严格推导过程和输入方式。如果只找到了主反应的动力学，没有副反应的，那么就给主反应的反应器模块后面串联一个化学计量反应器模块，用转化率直接规定副反应的量就行了

如果是类似于丙烯气相水合这种单程转化率特别低的反应，建议通过反应器的串并联来减少反应物的循环

第二个难点就是分离序列，从反应器出来的产物并不就直接可以卖了，肯定要精制，那么从这么多复杂组分中分离出纯组分的产物，这个分离序列要怎么去分离，精馏塔的关键组分要怎么确定，要不要用到特殊精馏，要不要用到膜分离等，请自己学习（化工原理、分离工程）等相关课程。这个还挺关键的，因为aspen和实际操作过程肯定有差别，我答辩的时候刚好评委就问到了这个，所以说，分离过程一定要严谨，每个塔的关键组分要确定准确

第三个难点就是循环，记得特别清楚的就是我们那个流程里的丙烯循环，折磨了我两个周，太痛苦了，简直就不是人做的，但是后来学会了怎么打循环就很轻松了，个人总结的几个方法：首先肯定就是使用计算器模块，至于什么是计算器模块，怎么设置变量，请自己学习《化工过程模拟实训》，如果用了计算器还是不收敛 ，直接改大收敛次数，这个竞赛没有要求，一般来说改到200次就顶天了，接下来就是赋初值，再然后调和，如果这几个方法还是不能让你的循环收敛，那么就必然是你的过程模块的参数有问题，有一些地方的参数设置的太过严格，导致迭代过程中稍微有一点参数变化就会导致不收敛，如果你的循环中有塔，那么建议使用设计规范固定塔的操作参数

在工艺设计开始的同时，文档的同学就可以开始写可行性研究报告和设计说明书的框架了，同时设备设计的同学根据原料方案和产品规格去设计储罐，图纸的同学可以开始绘制厂区总平面布置图了（这个属于厂区设计范围了，下面会详细说到），需要注意的是，不管是文档的编辑还是设备的计算、图纸的绘制，都必须要遵守化工相关的国家标准，同时必须要符合评分细则的相应规定，这些都可以查到

厂区布置图设计

在最原始的全流程模拟完成之后，就可以开始厂区设计了，根据产量的规模去参考往年作品中同样年产量的厂子需要多大的地皮，然后根据母厂的位置，在卫星图上选取最靠近母厂的空地，这个空地必须要符合相对应的政策，然后根据实际地形，绘制出厂区平面布置图的轮廓，图幅一般采用A1，比例一般采用1:1000，字体，线宽这些也要严格按照规定来哦

最重要的是，要有风玫瑰图，在厂区布置图的左上角必须放置该厂区所在地的风玫瑰图，然后根据风玫瑰图去布置建筑，风玫瑰图怎么读建议直接百度

还有，风玫瑰图必须是具有夏冬两季分别的风频才行，就是那种黄绿色的，别用那种黑白色的，不然会扣分（我们就被扣了，淦）

按照罐区在全年最大风频的下风向，行政区在全年最大风频的上风向等规则去设计厂区内的建筑布置，详细规则参考相关国家标准或者化工标准，如果不知道建筑该画多大，建议直接参考往年作品

建筑与建筑之间的距离符合防火设计规范，详细规则参考相关标准

罐区罐子之间的距离，防爆墙的设置，防火堤的设置，消防栓和消防水炮的设置等，参考相关标准

厂区道路的设计最好横平竖直，尽量少的转弯，转弯要画出转弯半径

水池的设计最好放在厂区的地势低洼处，路面标高最好要有

厂区内不允许设置员工宿舍，医务室等；生产装置区不允许有绿化

装卸区要考虑产品怎么装卸设置相关的装卸区，这部分影响后面的三维厂区建模

具体更多规则请参考相关标准

流程参数优化

基本上前期只有做工艺的两个人最痛苦最忙，因为流程不做出来其他的人没办法开始，或者是初始流程设计完成之后开始设备设计，然后发现有个东西要优化，结果设备设计的同学该数据改到麻了

所以接下来我们队的流程可能和其他队伍的顺序不一样，只做个参考吧

初始流程完毕之后就是优化了，优化之前记得另存一下，最后也要交初始流程

首先就是反应器参数优化，利用aspen中的灵敏度分析工具，分别得到温度、压力或者其他关键参数对反应转化率的影响曲线，并分别单独做一个bkp，得出反应器在最高转化率情况下的反应条件，并撰写一个反应器参数优化说明，说明反应条件是最优的，完成反应器参数优化

接下来就是塔参数优化，塔对总塔板数、回流比、进料板位置等进行灵敏度分析，得到最优参数，然后带到初始流程里，得到第二个带塔参数优化的全流程

这个时候就要做换热网络分析了，给第二个带塔参数优化的流程加上公用工程，然后通过AEA软件对流程的组合曲线进行分析，然后就可以开始做节能了

集成节能部分

分析了换热网络组合曲线之后就能得到流程中平台区较大的部分了，然后针对这几个部分进行节能措施的改造，利用热泵精馏、双效精馏、内部热耦合等技术对塔进行改造，得到优化之后的换热网络，这个时候平台区就较少了

换热网络设计

通过AEA软件对这个时候的换热网络进行流股间换热设计，得到最终的换热方案，然后确定最小传热温差，通过软件推荐方案之间的比较，得到总费用最小的换热方案，并保留对比方案

将换热网络方案带回流程中进行流股间换热设计，保留第三版带塔参数优化，带换热网络的全流程模拟，至此，流程模拟部分告一段落

图纸绘制

确定了全流程之后就可以开始PFD（工艺物料流程图）的绘制了，按照相关图纸的标准，分工段绘制好PFD，并从Aspen中导出相关物流节点的流股数据，得到完整的PFD图纸

塔顶和塔釜的有些数据无法直接查看，可以使用虚拟流股进行导出

设备设计

全流程模拟完成之后就可以开始非标设备的设计和标准设备的选型了

首先是反应器，通过查阅文献，得到反应器型式，催化剂等的具体参数，结合aspen中的模拟结果，进行反应器的设计，注意能创新就创新

设计完成之后进行校核，利用SW6软件进行反应器的强度校核，校核完成之后绘制反应器的工艺条件图和装配图

反应器设计完成

如果有能力，可以通过COMSOL对反应器进行CFD模拟

接下来就是换热器设计，可以使用HTRI软件，但是更推荐使用Aspen EDR模块，可以通过aspen直接将流程中的换热器导入到edr中进行详细设计

注意污垢热阻的选择，设计完成之后选择校核模式，雷诺数，设计余量等参数要符合评分细则的要求

工艺要求校核符合之后通过SW6软件进行换热器强度校核，校核合格之后绘制反应器工艺条件图，反应器装配图

换热器设计完成

接下来是塔设计，首先要使用Aspen的DSTWU简捷塔模块做一次简捷计算，得到最小回流比、塔板数这些初始数据，如果是萃取精馏塔这种特殊塔不能使用简捷模块，就需要查阅文献说明初始数据怎么得到的

然后将塔单独放一个bkp文件，把塔优化的参数记得要带入进去，进行水力学设计和校核

水力学设计和校核要分段进行，使用自动分段即可，每块塔板的液泛因子、侧壁降液管停留时间等参数必须符合评分细则的要求，填料塔同理，填料能力因子也要符合要求

然后通过aspen导出水力学校核报告，通过水力学校核得到塔径参数，塔盘参数等

通过SW6软件进行塔的强度校核，校核合格之后绘制塔的工艺条件图、装配图

塔设计完成

接下来就是一些设备的选型，比如泵、压缩机、其他换热器、罐子之类的，参考相关标准或者手册进行选型就行了

最终得到典型设备计算说明书和设备一览表即可

P&ID绘制

设备确定之后就可以绘制P&ID（管道仪表物料流程图）也就是自动控制部分了

参考一些书籍，（化工仪表）的知识需要自学，可以参考往年作品

车间设计

流程模拟完成之后，就可以通过Plant3D或者PDMS、PDMAX等三维配管软件进行车间建模和设计

建模完毕之后绘制车间平立面布置图，符合相关标准即可

厂区三维建模

通过SketchUP或者3DSMAX等软件，按照厂区平面布置总图对全厂进行三维表观建模

文档整理、经济分析、安全分析、环境评价

到这里基本上所有的主要工作就完成了，可以做文档整理了，评分细则里要求的每一条都必须要有，每一个文档统一格式，封面等

复制别人的时候记得要改清楚，文档里千万不要出现别的队的东西或者名字

在进行经济分析的时候，这方面学生又不是会计，不可能算的清楚的，所以只要你不离谱就行，总投资、静态投资回收期之类的，合理即可

安全分析，可以通过Hazop、ALOHA、ELAN等软件进行安全评价、储罐事故模拟、噪音分析等

环境评价，这个嘛，建议参考往年即可

写在最后

在完成作品之后，一定要记住，把所有文件仔仔细细检查一遍，是否运行无错误，是否是自己的文件，是否齐全，PDF是否存了，CAD图纸是否是要求的版本等

最后写一点自己的感想吧

从2020的12月份自己开始学习软件准备竞赛，到7月20交作品，到8月2号答辩，到3号结束

这么长时间的努力，首先感谢我的队友一直以来的陪伴和支持、努力

感谢几个指导老师在最后冲刺阶段的陪伴与指导

最最最要感谢的，就是化工一家人群里的所有小伙伴，一路陪我到最后，鼓励我，教会了我很多很多东西，认识了很多很多有趣的人

酝酿了很多话，到了嘴边却不知道该说什么，整个过程，有开心，有烦恼，有无奈也有伤心

自己也是成长了很多，学到了很多，尽管最后的结果有点遗憾，但最起码不后悔，自己拼过了

写下这篇文章，是出于指导学弟的目的还是出于记录自己的目的已经不重要了

最最最重要的是享受这个过程中的人和事

终于结束了~

最后虽然自己的成绩不咋地，还是提一嘴吧，西北赛区一等奖，国家二等奖

毕竟我脸皮厚，哈哈哈哈

可能这个过程中最遗憾的事情就是自己没找到对象吧，皮一下

就这样吧，我是你们最爱的乙醇，下次再见mua