全国大学生化工设计竞赛——参赛指导与作品分析

当前，我力发展新工科，努力培养出面向新产业和新经济的实践能力强、创新能力强的高素质复合型“新工科”人才，加强与工程实践的结合，全力探索形成领跑全球工程教育的中国模式、中国经验，助力高等教育强国建设。在“新工科建设”背景下，通过参加全国大学生化工设计竞赛，学生不仅能对所学专业知识进行系统综合和提升，而且锻炼了工程实践能力，培养了工艺设计理念，特别是新工艺、新设备、节能降耗等方面的创新思维能力，了解和掌握从事工程实践活动所需的现代工具，对于学生的团队协作精神，领导、组织与协调能力，自主学习能力，吃苦耐劳和坚忍不拔的毅力培养方面均起到了积极作用。
中国矿业大学（北京）作为具有鲜明煤炭特色的高等院校，有着为我国煤炭行业培养、输送适应和引领新一轮科技革命和产业变革的卓越工程科技人才这一不可推卸的历史责任。为此，学校从2010年开始探索以学科竞赛为抓手来促进教育质量的改善，促进学生“练中学，学中练”，探索我国工程教育中存在的“工程核心能力培养比较薄弱”问题的解决方法，取得了一定成效。结合我校多年来组织指导学生参加全国大学生化工设计竞赛的经验，编写了本书。
本书详细介绍了竞赛概况、竞赛的组织和准备，竞赛作品分析等内容。全书共5章，主要内容包括全国大学生化工设计竞赛概况，参赛的准备，工艺流程模拟、能量综合利用及设备设计与选型，图纸绘制、安全环保及经济分析，竞赛评分标准及竞赛作品扣分点分析。另外本书附赠的电子资源还提供了我校2019年和2020年两届全国总决赛队伍的作品，读者可通过化学工业出版社官网www.cip.com.cn下载使用。
本书适合准备组织学生参加全国大学生化工设计竞赛的老师以及参加竞赛的学生使用，希望本书能有助于老师和学生了解竞赛的组织方法、竞赛流程和基本要求，了解完成设计所需要的软件、重要参数查找方法以及各部分的具体内容。
本书由曹俊雅、张香兰等编著，其中第1章、第5章以及3.3、4.3由曹俊雅编写，2.1、2.2、2.3由张香兰编写，2.4、3.2由刘金昌编写，3.1由张军编写，3.4由唐元晖编写，4.1由孙永军编写，4.2由蔡卫滨编写，全书由曹俊雅修改定稿。
本书的竞赛案例得到了四川大学和中国石油大学（华东）参赛学生和指导老师的大力支持，特别感谢四川大学稳新团队《中石化海南炼化分厂年产55 万吨 PX 项目》（团队成员：张莉萍、贾晓艳、贺娟、杜宇、周治臣；指导老师：陈建钧、郭孝东；2014年全国大学生化工设计竞赛作品）和中国石油大学（华东）火炬团队《中化集团泉州石化27万吨/年丙烯腈项目》（团队成员：赵绍磊、张超、吕鸿洋、王强、李世月；指导老师：赫佩军、丁传芹；2016年全国大学生化工设计竞赛作品）。
由于编著者水平有限，书中不妥之处，恳请读者批评指正。

编著者
2022年12月

曹俊雅，中国矿业大学副教授，主要从事化工冶金、煤炭转化与综合利用、重金属土壤修复、Aspen在化工中的应用等方面的研究工作。从事《化工原理》《化工分离》《化工热力学》《化工计算机应用》等课程的教学工作，自2011年开始组织指导学生参加全国大学生化工设计竞赛，自参赛以来连续9年进入全国总决赛。获得北京市教学成果二等奖一次，煤炭协会教学成果奖一等奖一次，二等奖两次；校级优秀导师，多次获得校级教学质量一等奖，校级教学成果奖。
张香兰，中国矿业大学教授，全国煤炭教学名师，主要承担本科生《化工原理》、《化学反应原理与工程》（硕）、《化学反应工程分析》（博）等课程，获北京市教育教学成果奖（高等教育）一等奖（2008年）和二等奖（2018年）； 获煤炭教育学会高等教育教学成果奖二等奖2次（2015年，2017年）。连续多年组织和指导学生参加全国大学生化工设计竞赛，中国矿大代表队连续代表华北赛区进入全国总决赛，曾取得总决赛一等奖。

本书根据中国矿业大学（北京）教师十余年来指导学生参加全国大学生化工设计竞赛的实战经历，详细介绍了竞赛概况、参赛的组织和准备、竞赛作品分析等。具体包括赛前准备，工艺流程模拟、能量综合利用及设备设计与选型，图纸绘制、安全环保及经济分析，并以作者团队的获奖作品为案例，详细剖析了竞赛评分标准及竞赛作品案例分析。另外，本书还附赠作者团队2019年和2020年全国总决赛队伍的获奖作品电子资源，读者可通过化学工业出版社官网wwwcipcomcn下载使用。希望读者能够通过阅读本书了解参赛的全流程，每一步的重点、难点，怎么攻克重点、难点，用到哪些专业知识，怎么准备设计文档、答辩PPT，评分标准等。
本书可供化工专业本科生及竞赛指导教师参考使用。

第1章　全国大学生化工设计竞赛概况 1
1.1　竞赛简介　1
1.1.1  竞赛背景 1	
1.1.2  组织单位	 2
1.1.3  参赛对象与形式 2
1.1.4  竞赛流程 3
1.1.5  竞赛内容及提交材料要求 4
1.2　历年竞赛概况 7
1.2.1  竞赛发展状况分析 7
1.2.2  历届竞赛题 目 9

第2章　赛前准备 10 
2.1　参赛的意义　10
2.2　赛前的准备工作　11
2.2.1  组织和指导学生参加竞赛的教师 11
2.2.2  准备参加竞赛的学生 12
2.3　竞赛过程中的准备　19
2.3.1  PPT的制作 19
2.3.2  参赛过程中的分阶段汇报	 22
2.3.3  竞赛与课程设计、生产实习等实践环节的结合 23
2.4　竞赛软件　24
2.4.1  流程模拟软件 24
2.4.2  制图软件 26
2.4.3  厂区3D建模软件	 26
2.4.4  换热网络优化软件 27
2.4.5  设备设计选型与强度校核相关软件 28
2.4.6  安全环保相关软件 29
2.4.7  其他软件 31
2.4.8  经济分析与评价软件 32

第3章　工艺流程模拟、能量综合利用及设备设计与选型 34　
3.1　工艺的选择与论证　34
3.1.1  工艺的选择和论证 34
3.1.2  工艺流程的设计 41
3.1.3  工艺创新 44
3.2　工艺流程模拟　65
3.2.1  工艺流程的文献调研 65
3.2.2  工艺流程初步模拟 67
3.2.3  工艺流程模拟注意事项 70
3.3　能量综合利用设计　71
3.3.1  理论基础	 71
3.3.2  采用Aspen Energy Analyzer能量集成 79
3.3.3  能耗计算 86
3.4　设备设计与选型　92
3.4.1  非标设备设计 94
3.4.2  标准设备选型 110
3.4.3  设备创新攻略 120

第4章　图纸绘制、安全环保及经济分析 122　
4.1　图纸的绘制　122
4.1.1  绘图前的准备工作 123
4.1.2  PFD的绘制 125
4.1.3  P&ID的绘制 128
4.1.4  设备布置图、厂区总　平面布置图的绘制 131
4.1.5  图纸中常见的格式规范性错误 136
4.2　安全环保　137
4.2.1  化工安全（结合作品案例） 137
4.2.2  化工环保 149
4.3　经济分析 157
4.3.1  投资估算	 158
4.3.2  资金筹措 164
4.3.3  产品成本和费用估算 164
4.3.4  销售收入和税金估算 167
4.3.5  财务分析 168

第5章　竞赛评分标准及竞赛作品案例分析 175　
5.1　竞赛评分标准总体变化　175
5.1.1  现代设计方法应用评审细则 175
5.1.2  工程图纸评审细则 181
5.1.3  设计文档质量评审细则 187
5.1.4  现场答辩评分表 193
5.2　竞赛作品案例分析　195
5.2.1  现代设计方法扣分分析 195
5.2.2  工程图纸扣分分析 199
5.2.3  设计文档质量扣分分析 202
5.3　竞赛作品评审浅析　208
5.3.1  现代设计方法应用部分 209
5.3.2  工程图纸部分 209
5.3.3  设计文档质量部分 210

参考文献 212