化工设计竞赛作品设计工作流程指南
本文出自马后炮化工论坛，原文地址：https://bbs.mahoupao.com/thread-70577-1-1.html
前言
(2013年)全国大学生化工设计竞赛至今已举办了七届，逐渐成为了一项影响广泛，受到全国高等院校化工及相关专业本科层次学生极大关注的赛事，竞赛的举办极大的激发了本专业学生学习专业知识和专业相关先进工具软件的热情。
竞赛组委会吴嘉老师在多种场合不断强调竞赛的作品是这些参加化工设计竞赛的同学而不是作品本身，个人深以为是。
大赛组委会认为竞赛作品中是创新型和规范性并重的，但作为二本院校，本设计工作流程指南则更侧重于规范性上，当然由于规范性中对应的一系列标准规范众多，对未有设计院工作经验的竞赛指导老师和同学而言，这个要求也太高了，因此，工作流程旨在讲述更为一般的工作先后次序上。
如果把作品设计看做一项工程，个人把工程的理解为“工作流程化”，何为工作流程化呢，就是要确定工作需要经过哪些流程，各个流程的先后顺序，各个流程的任务、手段及目标结果。如此，作品的完成才可能有序、按计划完成，完成的作品才可能成为一个有机的整体。
第一步
根据竞赛官方指南，确定产品的种类、规格及产量
历届竞赛中，都是规定原料，而不规定产品，这样就保证了作品的丰富性。
就产品的初步种类选择来说，应不存在哪个产品比另一个产品一定更优的说法，此阶段中，只要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，都可以选（就做选择来说，选择不是判断，没有对错之分，只有合适与否，通常，选择不能由第三方替代你做出，而这也正是做选择的难处。）
在产品的规格的确定上，大多根据其下游客户的需求来定即可。
而在产量的确定上，则需要给出更详实的国际国内供需数据及产品结构数据。之后根据目标市场及原料供应等情况，确定具体厂址。
以今年的竞赛题目“为某一石化/煤化总厂设计一座丙烯制基本有机化工原料的合成分厂”为例，竞赛队伍在此环节出现的问题有：
- 产品种类选择错误，题目明确要求产品为基本有机化工原料，在华东区决赛队伍中却有选择乙丙橡胶为产品的；
- 大部分队伍有说明产品的目标用途，但明确标识产品的规格的队伍寥寥无几；
- 产量的确定应先于厂址的选择，根据总厂的原料供应量来确定产品量的说法存在逻辑上的错误。
本次竞赛中，目标产品为何定为基本有机化工原料其实已经暗示了一种产量的确定方法：国际国内丙烯的精细化工利用率存在差异，根据此差异及国际丙烯基本化工原料利用结构数据即可确定项目规模。
第二步
确定产品的生产工艺、产品结构和三废产出情况。
由于原料和目标产物均已确定，化学合成路线基本也随之确定了，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。
老实说，这一步目前只能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。
在本步骤中，有条件的高校队伍可重点关注新型催化剂和新型反应器的相关文献报道。
第三步
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（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dustw或separator等）
此过程中，根据工艺的复杂程度，建议分工段模拟，用aspen等软件来做衡算之类的显然是杀鸡用牛刀，但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。
第四步
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。
在这一点上，大部分的参赛队伍采用文献原始工艺参数较多，很多队伍的aspen模拟文件中对反应结果和分离结果不做规定，甚至在分离中分离产物的纯度指标都不做计算。
第五步
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
在aspen7之后的版本中，pinch已经升级为了energy analyzer, 该软件已经具有了自动设计换热网络的功能了。
大多数的队伍就使用该功能胡乱得到一个换热网络图作为该步骤的结果，简单说明下不做换热网络和做了换热网络的公用工程消耗量就完了。
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
第六步
主要工艺设备（换热设备、分离设备、反应设备）的选型和设计
通过四、五两个步骤，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simulation的工作，得到设备的基本几何尺寸，之后再利用专业的设备设计的软件（EDR等）做详细设计及校核。
在此基础上，将计算结果图纸化表达。
第七步
绘制PFD图，厂区布置、车间布置
这一步CAD、PDMS等同步上阵吧，任务繁重，工作量大。主要注意要跟前面步骤的结果保持一致。
第八步
根据PFD图和各主要设备的参数指示及控制要求，确定中间储罐的需求，明确各主要设备的控制指标和控制方案，从而提出具体的设备工艺参数控制结构方案，绘制PID图，标明指示、控制的指标及要求，交自控专业做详细自控系统设计
第九步
配管，明确车间各设备之间物料输送的任务，包括物料进出口位置、压力、流量，管路管件布置情况及输送距离，流量调节要求等，据此对泵、管道、阀门和管件进行选型
第十步
三废处理和安全设施设计
可不做详细设计，但要提出三废处理和安全设施设计的具体任务。
第十一步
经济核算
根据上述前期工作的结果，估算项目基建投资和设备投资金额，确定筹款方式，计算项目总投资额；根据物料衡算和公用工程消耗、人员配置和薪酬、销售成本等计算项目盈利水平。根据产品生产的特性，做项目不确定性分析。
写在最后
以上为个人对化工设计竞赛的一点思考，也是个人在指导学生参加化工设计竞赛的一个思路总结，谨以此文致敬吴嘉老师，致敬他对大赛的辛苦付出和用心良苦；
致意参加本次大赛的同学们，俊哥、辣姐（娜姐，呵呵）、大圆子、威爷、朗哥、可乐姐、蚊子、萌妹、肉食男及徐晴（咩外号比较合适啊，太威严了，没人敢取外号敢传绯闻？哈哈），你们在此竞赛中表现出的学习热情和团队精神让我吃惊；
致谢曾哥：信曾哥，得永生！
感谢前辈们的经验，加油加油加油！！！