化工节能原理与技术

第1章总论1

1.1能源与能源的分类1

1.1.1能源1

1.1.2能源的分类2

1.2化学工业节能的潜力与意义4

1.2.1我国化学工业的特点4

1.2.2化学工业节能的潜力6

1.2.3节能的意义8

1.3节能的途径9

1.3.1结构节能9

1.3.2管理节能10

1.3.3技术节能12

参考文献16

第2章节能的热力学原理18

2.1基本概念18

2.1.1热力系统18

2.1.2平衡状态20

2.1.3状态参数和状态方程式21

2.1.4功和热量24

2.1.5可逆过程25

2.2能量与热力学第一定律26

2.2.1闭口系统能量衡算式27

2.2.2稳定流动开口系统能量衡算式27

2.3?和热力学第二定律32

2.3.1热力学第二定律的几种表述32

2.3.2熵的概念和孤立系统熵增原理34

2.3.3热力学第二定律的熵衡算方程式35

2.3.4能量和(火用)37

2.4能量的(火用)计算39

2.4.1环境与物系的基准状态39

2.4.2机械形式能量的?41

2.4.3热量(火用)41

2.4.4封闭系统的(火用)45

2.4.5稳定流动系统的(火用)46

2.4.6化学反应的最大有用功48

2.4.7气体的扩散(火用)51

2.4.8元素和化合物的化学(火用)52

2.4.9燃料的化学(火用)54

2.5?损失和(火用)衡算方程式56

2.5.1?损失和(火用)衡算方程式56

2.5.2封闭系统的(火用)衡算方程式57

2.5.3稳定流动系统的(火用)衡算方程式58

2.6装置的(火用)效率和(火用)损失系数62

2.6.1?效率的一般定义62

2.6.2?效率的不同形式64

2.7节能理论的新进展66

2.7.1可避免?损失与不可避免?损失66

2.7.2热经济学69

2.7.3有限时间热力学70

2.7.4积累(火用)理论71

2.7.5能值分析73

2.7.6综合考虑资源利用与环境影响的(火用)分析74

符号表75

参考文献76

第3章化工单元过程与设备的节能78

3.1流体流动及流体输送机械78

3.1.1流体流动78

3.1.2流体机械78

3.2换热82

3.2.1换热过程82

3.2.2设备和管道的保温84

3.3蒸发85

3.3.1多效蒸发86

3.3.2额外蒸汽的引出92

3.3.3二次蒸汽的再压缩94

3.3.4冷凝水热量的利用99

3.4精馏99

3.4.1预热进料101

3.4.2塔釜液余热的利用102

3.4.3塔顶蒸气余热的回收利用104

3.4.4多效精馏105

3.4.5热泵精馏110

3.4.6减小回流比118

3.4.7增设中间再沸器和中间冷凝器119

3.4.8多股进料和侧线出料121

3.4.9热偶精馏127

3.5干燥129

3.5.1排气的再循环129

3.5.2采用换热器的余热回收130

3.5.3热泵的应用130

3.5.4其他131

3.6反应132

3.6.1化学反应热的有效利用和提供132

3.6.2反应装置的改进135

3.6.3催化剂的开发136

3.6.4反应与其他过程的组合137

符号表143

参考文献144

第4章过程系统节能夹点技术146

4.1绪论146

4.1.1过程系统节能的意义146

4.1.2夹点技术的应用范围及其发展149

4.2夹点的形成及其意义151

4.2.1温?焓图和复合曲线151

4.2.2夹点的形成153

4.2.3问题表法155

4.2.4夹点的意义159

4.3换热网络设计目标160

4.3.1能量目标160

4.3.2换热单元数目目标161

4.3.3换热网络面积目标163

4.3.4经济目标164

4.3.5最优夹点温差的确定164

4.4换热网络优化设计167

4.4.1夹点技术设计准则167

4.4.2初始网络的生成170

4.4.3热负荷回路的断开与换热单元的合并174

4.4.4阈值问题181

4.5换热网络改造综合184

4.5.1现行换热网络的分析184

4.5.2换热网络改造综合的设计目标187

4.5.3换热网络改造步骤188

4.5.4受网络夹点控制装置的改造分析192

4.5.5换热网络改造综合实例196

4.6蒸汽动力系统优化综合220

4.6.1总复合曲线221

4.6.2多级公用工程的配置223

4.6.3热机的设置236

4.6.4热泵及热泵的设置240

4.6.5蒸汽动力系统可调节性分析263

4.7分离系统优化综合266

4.7.1精馏系统的热集成267

4.7.2分离系统在整个过程系统中的合理设置272

4.7.3不同分离过程的热集成276

4.8反应器的热集成279

4.8.1反应器的热集成特性279

4.8.2反应器的合理设置281

4.9间歇过程的热集成282

4.9.1间歇过程夹点分析法282

4.9.2改进的时间温度复合分析模型283

4.9.3间歇过程换热网络的目标函数289

4.9.4间歇过程换热网络的设计291

4.9.5间歇过程工艺物流与公用工程的综合298

符号表302

参考文献303

第5章水系统集成和氢系统优化307

5.1绪论307

5.2常用节水方法与用水单元模型308

5.2.1常用节水方法308

5.2.2用水单元模型309

5.2.3负荷?浓度图与水极限曲线310

5.2.4用水单元质量衡算311

5.3水夹点的形成及其意义312

5.3.1极限复合曲线312

5.3.2水夹点的形成及其意义313

5.3.3问题表法314

5.4用水网络的超结构及数学模型317

5.4.1用水网络的超结构317

5.4.2非线性数学模型318

5.4.3数学模型的求解320

5.5水直接回用水网络综合323

5.5.1用水网络的描述324

5.5.2最大传质推动力法325

5.5.3最小匹配数法329

5.6再生回用与再生循环的水网络333

5.6.1水的直接回用、再生回用和再生循环333

5.6.2再生循环335

5.6.3再生回用336

5.7具有中间水道的水网络结构及其综合方法338

5.7.1具有中间水道的水网络结构339

5.7.2多组分废水直接回用中间水道用水网络设计方法340

5.8氢系统优化343

5.8.1最小氢气公用工程用量的计算与分析343

5.8.2氢气网络的优化匹配原则344

5.8.3实例分析与计算345

符号表348

参考文献349

附录1龟山-吉田环境模型的元素化学(火用)

附录2主要的无机化合物和有机化合物的摩尔标准化学(火用)E0xc以及温度修正系数ξ（E0xc用龟山?吉田环境模型计算）351

　　本书重点介绍了节能的原理（第2章），单元过程与设备的节能技术（第3章），过程系统节能技术中的夹点技术（第4章），使新鲜水用量和废水排放量最小的水系统集成技术以及使新氢使用量最小的氢系统优化技术（第5章）。在第二版的基础上更新了部分资料，增加了多个热集成案例及氢系统优化，使本次修订更加切合生产实际。希望本书能成为化工领域工程技术人员的参考书以及化工专业学生的教材。　　本书系统介绍了化工节能的理论与技术。包括单元过程与设备的节能技术，过程系统节能技术中的夹点技术，采用过程集成方法使新鲜水用量和废水排放量最小的水系统集成技术。在第二版基础上更新了部分资料，增加了多个热集成案例，以及使新氢使用量最小的氢系统优化技术，使本次的修订更加切合生产实际。　　全书内容系统、全面，学科体系较完整，概念清晰，理论联系实际，实用性较强。可供化工领域工程技术人员使用，也可作为化工专业学生的参考书。