三井杯全国大学生化工设计大赛金奖作品
“中国石化-三井化学杯”大学生化工设计竞赛培训—竞赛要求以及必须注意事项
2020/1/12
15
可行性研究报告
• 内容及要求（一）
– 总论 – 生产现状、需求与价格预测 – 产品方案与生产规划 – 工艺技术方案 – 原材料、燃料及动力供应 – 建厂条件和厂址方案 – 公用工程和辅助设施方案
贾继宁、张建庭：工艺、设备 • 项菊萍：环保 与安全 • 周猛飞、孙小方、蔡亦军：自控 • 艾宁、计伟荣：总体规划 • ……（学院其他老师）
2020/1/12
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从哪里开始
• 化工过程设计的“洋葱模型”
2020/1/12
12
从哪里开始 ——工艺
• 从反应过程开始 • 向原料预处理、反应产物分离延伸 • 考虑未反应物、中间产物的循环
• 我校参加决赛队伍情况
– 省赛：2支队伍 – 华东区：2支队伍 – 全国赛：≤ 1支队伍
2020/1/12
8
组织程序与评分标准
• 评分内容与标准
– 初赛评分：
技术创新性
现代设计方法及工 设计内容的正确、 设计文档的编
具应用
完整和规范程度
制质量
20%
25%
30%
25%
2020/1/12
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组织程序与评分标准
“中国石化-三井化学杯” 大学生化工设计竞赛培训
—竞赛要求以及必须注意事项
主要内容
• 大学生化工设计竞赛简介 • 竞赛要求 • 组织程序与评分标准 • 竞赛指导教师 • 可行性报告要求与注意事项 • 初步设计要求与注意事项 • 图表要求与注意事项 • 总体把握要点
2020/1/12
2
大学生化工设计竞赛简介
2011“三井化学杯”第五届大学生化工设计竞赛-年产8万吨甲醇制取低碳烯烃项目
塔设备一览表
最高工作压力，Pa
0.17
0.15
0.15
1.95
1.92
1.88
1.9
1.93
2
设计温度，°C 最高工作温度，C
200 176 粗产品 液 立式 容器
60 42 碱液粗产品 气 立式 容器
150 114
80 55 C2C3-C4 立式 容器
-40 -60
-40 -92 C2H4CH4 立式 容器
C1 、C2及 不凝性组分
干燥 产品气
油 吸 收 塔
C1、C2
乙烯产品 乙 烯 精 馏 塔
脱 乙 烷 塔
C2组分 乙烷
C3、C4组分
脱 丙 烷 塔
C3组分
丙 烯 精 馏 塔
丙烯产品
丁烯
丙烷
25
3.2 3.3
流程模拟 Flow Simulation
反应 车间 冷却吸收 车间
压缩干燥 车间
分离 车间
26
3.4
设备设计及选型 Equipment Design & Selection
塔设备设计 换热器设备设计
设备选型
贮罐设备选型 压缩机、泵设备选型
27
List of the Tower Equipment
项目 设备位号 设计压力，MPa 汽提塔 T201 0.19 碱洗塔 T202 0.17 CO2解 析塔 T203 0.17 脱乙 烷塔 T401 2.1 吸收 蒸出塔 T402 2 油吸 收塔 T403 2 乙烯 精馏塔 T404 2.1 脱丙 烷塔 T405 2 丙烯 精馏塔 T406 2
12
2.1 厂址选择Plant Location Selection
三井杯化工竞赛优秀作品大连理工 项目可行性论证
目录第一章总论 (1)1.1 概述 (1)1.1.1 项目名称、建设单位名称、企业性质 (1)1.1.2 可行性研究报告编制的依据和原则 (1)1.1.3项目提出的背景、投资必要性和经济意义 (2)1.1.4 研究范围 (3)1.2 研究结论 (3)1.2.1 研究的简要综合结论 (3)1.2.2 存在的主要问题和建议 (4)第二章产品方案及生产规模 (6)2.1 生产规模的确定 (6)2.1.1 产品用途 (6)2.1.2 生产及需求现状 (8)2.1.3 未来的生产及需求预测 (10)2.1.4 价格分析与预测 (10)2.2 生产规模及年操作时间 (11)2.2.1 工艺装置生产规模的确定 (11)2.2.2 工艺装置年操作时间 (11)2.3 产品方案 (11)2.3.1 产品方案的选择 (11)2.3.2 产品生产方案 (11)第三章 MTO技术 (13)3.1 总论 (13)3.2 MTO工艺的机理 (13)3.3 国内外MTO/MTP相关技术研发进展 (13)3.3.1 美孚公司（Mobil） (13)3.3.2 巴斯夫公司（BASF） (13)3.3.3 环球油品公司（UOP） (14)3.3.4 鲁奇公司（Lurgi） (14)3.3.5 中国石油化工股份有限公司 (14)3.3.6 清华大学 (14)3.3.7 中科院大连化物所 (14)3.4 总结 (15)第四章 C4+产物的综合利用 (17)4.1 总论 (17)4.1.1 利用C4+增产烯烃 (17)4.1.2 直接作为民用燃气和汽油等产品出售 (18)4.1.3 能量集成 (18)4.2 结论 (18)第五章企业系统集成方案 (19)5.1 系统分析 (19)5.1.1 反应压缩段 (19)5.1.2 分离工段 (20)5.2 集成依据 (21)5.3 与企业的系统集成方案 (21)第六章建厂条件和厂址方案 (23)6.1 厂址选择 (23)6.1.1 厂址选择原则 (23)6.1.2 厂址选择方案 (23)6.1.3 厂区概况 (24)6.1.4厂区发展优势 (24)6.2 建厂条件 (28)6.2.1 厂址地理位置、地形、地貌概况 (28)6.2.2 工程地质、水文地质概况及地震烈度 (29)6.2.3 当地气象条件 (29)6.3 厂址方案 (29)6.4水土保持预案 (29)第七章社会及经济效益评价 (31)7.1 甲醇制烯烃社会效益分析 (31)7.1.1 对资源利用的影响 (31)7.1.2 对环境保护的影响 .................... 错误！未定义书签。
拟授奖名单公示通知
内蒙古大学 沙尘暴团队 袁广进；管凯；吴亚楠；陆艳飞；贾丽媛
内蒙古工业大学 ambition 杨健；李鹏飞；彭浩；杨建伟；安炜丹
青岛科技大学 海之韵 耿小龙；孙培健；张云秀；张会晓；李飞
青岛科技大学（高密校区） 求真务实 徐杰；徐建磊；任兴杰；李婧；朱萌
哈尔滨工程大学 遠航 赵相禹；王静莹；代奇慧；辛红梅；王洪
哈尔滨理工大学 风雨龙威 祖连遥；张鹤；罗腾飞；林晓惠；苏成璐
哈尔滨石油学院 冰城北岸 陈小刚；王雪雪；郭麟；高俊；杨振国
哈尔滨学院 Winner 张修宇；邵娟；宣召弟；钟天琼；赵娜
黑河学院 追梦 周姣；李亚俊；王自强；何阿俊；任丽萍
工设计竞赛网站（/Default.aspx）予以公示。
1、任何人如发现公示名单中的拟受奖人有违背《2013“中国石化-三井化
学杯”第七届全国大学生化工设计竞赛参赛指导书》所规定之竞赛规则的行为，
均可向全国大学生化工设计竞赛委员会实名举报（发送电子邮件到竞赛委员会
河北大学 121 陈德胜；李雪；刘旭冉；贾盼；宋佳
河北工业大学 烈焰之队 彭立强；张鹏飞；贾彩彩；刘珊杉；韩然
河北科技大学 非常6-1 赵阔；闫国臣；任西伟；张雪；李校根
菏泽学院 smile 杨化栋；韩田菲；李亚萍；宋建红；刘龙飞
华北科技学院 元素周期表 房若楠；林志鹏；吴骏杰；施文光；张文君
壹等奖（按学校名称音序排列）
学校 团队 成员
北方民族大学 西北狼 许丽群；郭东；昝银花；张国健；李宝祥
常州大学 E&P 朱晨洋；朱佳未；陶鹏飞；陶阳；张振羽
大连理工大学 Chemband 彭雄；李天宇；宋昊东；田园；徐诗文
化工大赛金奖作品
第十章 公用工程 ............................. 98
10.1 公用工程原则........................................ 98 10.2 公用工程初步方案 .................................... 98 10.2.1 给排水 ........................................... 98
第七章 原料及公用设施 ........................ 63
7.1 主要原料 ............................................. 63 7.1.1 主要原料的种类、物化性质、质量标准................... 63 7.1.2 主要原料的价格、供应情况 ............................ 65 7.2 辅助材料品种、规格、价格 .............................. 67 7.3 主要原材料、燃料、动力消耗指标 ........................ 68 7.4 工艺用水、电的供应情况 ................................ 68 7.5 所需公用设施 ......................................... 70 7.5.1 公用辅助设施的种类、数量 ............................ 70 7.5.2 公用设施的供应方式.................................. 71 7.5.3 公用设施的供应条件.................................. 71
全国大学生化工设计竞赛金奖作品-答辩-总决赛
镇海炼化年产45万吨乙二醇项目
市场 分析
工艺 选择
生产 规模
项目简介
镇海炼化年产45万吨乙二醇项目
项目简介 Project Introduction
市场分析 工艺选择 生产规模
世界乙二醇 产量情况
我国乙二醇 产量情况
我国乙二醇 进口情况
wt
《石化和化学工业“十二五”发展规划》 201200-12我40年1国4我部年国乙分世中部二拟界国分醇建乙聚厂进乙二酯家口二醇产乙数醇产量二量装量增醇置长产趋量势图 EthPyloelnye sgtelyPrcaporrEltosptdhrouoycEfdlttetuihohncneyteilogeegnrtnolhyoewyfclgtophellanytrrpectesrongomldldyiacumcnhcoupatlfrioatourcinntntuiqiCrtnueihsantirhnnCieatniht,wC2yi0noh1airn0lda-2in0124014
反应精馏 技术
超重力 技术
镇海炼化年产45万吨乙二醇项目
工艺设计 Process Design
工艺过程
模拟分析 项目特色
原料乙烯循环
三大循环 EO吸收剂循环 碳酸钾溶液循环
塔塔
超
重
吸收塔力旋转床
解 吸 塔
CO2
塔
乙二醇 精 制 塔 二乙二醇
镇海炼化年产45万吨乙二醇项目
项目简介 Project Introduction
市场分析 工艺选择 生产规模
市场 分析
工艺 选择
镇海炼化百万
吨级炼油装置
原料 供给
宁
波
镇
海
厂址
2015三井化学杯总决赛排名得分情况
图幅、图标、图线、文字 （0.5分） 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 肖美添 0.5 0.45 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.3 0.5 郭孝东 0.5 0.4 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.4 0.5 0.4 0.5 陈红梅
物料工艺 格式规范性（1分）
序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
团队名
图框、标题栏（0.5分） 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 肖美添 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.45 0.45 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 郭孝东 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 陈红梅
置合理无冲突（1分） 1 0.8 1 0.8 0.8 1 0.8 1 1 0.8 1 1 杨朝明
平面图与立面图一致（0.5 分） 0.4 0.4 0.4 0.5 0.4 0.4 0.3 0.5 0.4 0.4 0.4 0.4 许俊强 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 胡科研 0.4 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 0.4 0.45 0.45 0.4 0.5 0.4 何润霞
图框、标题栏 （0.5分） 0.475 0.45 0.5 0.5 0.5 0.45 0.5 0.475 0.45 0.5 0.5 0.475 张敏 0.475 0.425 0.5 0.5 0.5 0.45 0.425 0.475 0.5 0.425 0.5 0.425 王燕青 0.475 0.5 0.5 0.5 0.5 0.45 0.5 0.475 0.5 0.5 0.5 0.425 郝华睿
2015年“东华科技-三井化学杯”第九届全国大学生化工设计竞赛任务书
2015年“东华科技-三井化学杯”第九届全国大学生化工设计竞赛设计任务书2015年3月设计任务书乙二醇是源自石油、煤、天然气、生物质资源的重要基础有机化工产品，主要用作生产聚酯的原料。
我国是世界上最大的聚酯生产和消费大国，因而也是最大的乙二醇需求大国，国内自给能力存在巨大的缺口，为我国化工企业提供了非常可观的市场发展空间和机遇。
近年来我国乙二醇产业发展迅速，但还缺乏拥有自有知识产权的核心技术。
基于资源多元化的低耗、高效、安全、清洁的生产技术的创新、开发、应用、推广和宣传，已成为我国乙二醇产业和聚酯产业可持续稳定发展的关键因素，也是我国化工科技界义不容辞的责任和义务。
一、设计题目为某一大型综合化工企业设计一座采用清洁生产工艺制取乙二醇的分厂二、设计基础条件1、原料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。
2、产品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。
3、生产规模生产规模由参赛队根据本队的资源规划和市场规划以及国家的有关政策自行确定。
4、安全要求在设计中坚决贯彻安全第一的指导思想，从提高装置的本质安全性的出发，尽量采用新的安全技术和安全设计方法。
5、环境要求尽量采取可行的清洁生产技术，从本质上减少对环境的不利影响，并对可能造成环境污染的副产物提出合理的处理方案。
6、公用工程由总厂提供。
三、工作内容及要求1、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2、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3、设备选型及典型设备设计1）典型非标设备——反应器/塔器的工艺设计，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。
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塔顶冷凝器
N2 、 MN 、 MeOH
塔釜再沸器
H 2 O 、 MeOH
项目 总塔板数 回流量(kmol/h) 酯塔化顶采出量(kmol/h) 反塔应器釜采出量(kmol/h) 反应段位置 塔顶冷凝器热负荷（MW） 塔底再沸器热负荷（MW）
塔顶参冷凝数器 30
2615.6 8718.7 880.0 5—20 -29.2 塔釜再沸6器.2
塔釜采出量kmol/h 880
塔
反应段
5-20
冷凝器负荷MW -29.2
再沸器负荷MW 6.2
H2O、MeOH
去甲醇回收工段
第二工段—偶联反应及分离
2CO + 2CH3ONO = (CH3COO)2 + 2NO
酯化再生 MN
工段
N2
MN、N2 MN、N2
偶联反应
MeOH
DMM 甲醇回收 MF 工段
845.12
EG产量
进口量
数据来源：乙二醇市场缺口巨大 合成路线选择宜谨慎 乙醛醋酸化工 吕咏梅 2015年第6期
市场分析
贫油
石油
乙烯
高毒、 污染环境
环氧 乙烷
乙二醇
煤
富煤
合成气
草酸酯
乙二醇
低毒、 环境友好
厂址确定
内蒙古鄂尔多斯准格尔旗大路工业园
区位优势 地理优势 交通优势 煤源优势
工艺设计
1.酯化再生工段 2.偶联反应及分离工段 3.加氢反应及分离工段 4.甲醇回收工段
CH4 CO
H2
H2 （循环）
EG、MeOH
BDO、
MG、
DEG、 H2
H2
加氢 气液 低压
反应 分离 闪蒸
DMO
器
器
罐
加氢反应
甲醇回收 MeOH 杂醇 工段
BOD 少量EG
脱 轻 塔
EG BDO DEG
脱丁
二醇
塔
EG
脱重
EG
塔
DEG
DEG
第四工段—甲醇回收
不凝气
酯化工段的甲醇
DMM、MF
MF、不凝气 气液
甲酸甲酯
重
离
轻
第一工段—亚酯再生
2NO+1/2O2+2CH3OH = 2CH3ONO+H2O 再生反应
N2、MN、MeOH 去偶联反应器
N2、NO（循环气） O2（补充气）
MeOH（循环）
MeOH（补充）
项目
参数
反
总塔板数
30
应
回流量kmol/h
2615.6
精
塔顶采出量kmol/h 8718.7
馏
二、
隔 壁 塔 及 控 制 方 案
隔壁塔优势凸显
三种方案能耗对比 单位/kW
100000
水、90甲000醇、少量酸
80000 70000
酯化 工段 甲醇 回收
60000
DMM、500M0F0、甲醇、DMC 偶联
40000 30000
工段 甲醇 回收
20000
甲醇10、00乙0 醇、丁二醇
0
加氢
冷凝器工负段荷
T0401-2_TC
2.8872
T0B_FC
1
塔顶冷凝器热负荷S0Q20c3-D_FC
1
S0301-D_FC
1
塔釜再沸器热S负04荷01-BV_FC
1
S0401-D_FC
1
塔顶抽出流T0量401D-1_CondPC
20
回流量 L（T04回01流-1_D比ruRm）LC
少量DMO
MeOH 洗
MeOH
MN、N2 CO
涤
少量 气相DMO
塔
偶联
DMO DMC
气液分
反应 MN 离器 器 MeOH
DMO MeOH
大量液相DMO
亚酯 回收
塔
草酸 酯脱 轻塔
碳酸 酯精 制塔
草酸
DMC
酯精
制塔
DMO 加氢反应 工段
第三工段—加氢反应及分离
(COOCH3)2 + 4H2 = (CH2OH)2 + 2CH3OH
工艺流程
酯化反 偶联反 加氢反 甲醇回 应单元 应单元 应单元 收单元
碳酸二甲酯
酯 化 反 应 精
偶联 反应
甲
亚
气液 醇
酯
分离 洗
回
涤收
草 酸 酯 脱 轻
草碳 酸酸 酯酯 精精 制制
加氢 反应
气液 分离
馏
甲
甲
醇
酸
回
气液 甲 分离 酯
回 收
收 隔 壁 塔
乙
聚酯级
二 醇
乙二醇 脱
丁 二 醇 分
乙 二 低压 醇 闪蒸 脱
10
T0401-1_SumpLC
10
侧线抽出流T量040S1-2_S1PC
20
T0401-2_SumpLC
10
塔底抽出流量T0B401-3_S1PC
20
T0401-3_SumpLC
10
D-塔顶液产相品质分量流比RL(汽T相040分1-4流_S1比PCRLV-塔) 顶回流罐液位 20
S-侧线甲醇质量
T0401-4_SumpLC
反
MeOH
应
精
馏
塔
反应精馏塔氧气浓度与塔板温度分布图
两种方案能耗对比
酯化反应方程式： 2反N应O精+馏1塔/2O2反+应2器C+H精馏3O塔 H=2CH3ONO+H2O
150
105MW109MW
109MW
热力学控制
100
22.5MW 50
反0 应放热：74.26 kJ/mol； 反应适冷宜凝温器负度荷：<70℃ 再沸器负荷
V-塔釜产品质量
10
B-塔釜液位
25.08
25.08
20
20
20
20
20
12
60
60
12
60
12
60
12
Qc-塔顶压力
60 RV-预分离段精馏 质量
二、
隔 壁 塔 及 控 制 方 案
动态模拟控制结果
东华科技—三井化学杯 第九届全国大学生化工设计大赛
展示流程
项目背景 工艺设计 工艺亮点 模拟优化 设备控制 整体布局 项目评价
项目背景
1.市场分析 2.厂址确定
市场分析
2014年国内乙二醇市场供需关系 单位：万吨
900
800
565
700
600
500
400
300
200
100
0
EG产能
380.46
酯化反应精馏塔， 用热、控温
甲醇回收隔壁塔， 统一处理杂质
成功处理共沸问题， 热耦合节省能耗
增设亚酯回收塔， 有毒有害物质零排放
控制甲醇量和温度， Fluent模拟温度场
工艺亮点
1.酯化反应精馏 2.隔壁塔及控制方案 3.开式热泵精馏 4.草酸酯精制
一、
酯 化 反 应 精 馏
酯
化
NO 、 O 2 、 N 2
偶联工段 的甲醇
H2O MeOH
MeOH、MF、
DMM
MeOH
杂醇
甲醇 回收 隔壁 塔
T0401
MeOH
循环至一、 二工段
甲酸 甲酯 回收 塔
分离 器
MF
加氢工段 的甲醇
H2O、杂醇
MeOH、DMM
工艺难题与解决方案
再生反应放热量大，难控制 甲醇全程循环量大，回收难 产品杂质多难分离，能耗高 亚酯需放空浪费多，污染大 草酸二甲酯熔点低、易结晶
甲醇
回收
两塔顺序精馏
公共精 馏区
预 分 离 区
侧 采 区
少量轻组分 至甲酸甲酯 回收塔
甲醇 循环至 前三工段
公共提 馏区
再沸器负荷
去水处理单元
侧线出料 隔壁塔
二、
隔 壁 塔 及 控 制 方 案
DWC控制设计
控灵制器敏参板数确整定定表
D控B制/L器SV
DV/LSB
LV/DSB
Tc
LB/DSVT1（min）