化工节能原理与技术

出版时间：2009-4  出版社：冯霄 化学工业出版社 (2009-04出版)  作者：冯霄  页数：350  
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前言

能源是经济发展的原动力，是现代文明的物质基础。随着世界人口的不断增长和工业的持续发展，能源将越来越短缺。工业节能已成为人类社会持续发展的重要前提之一，受到国家政府和各企业的高度重视。广义的化学工业是用能大户，因此化工节能尤其重要。 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。 本书的编写工作得到钱立伦教授、张早校教授、傅秦生教授、刘永忠博士、刘桂莲博士、王彦峰博士、朱平博士等的帮助，特此致谢。 本书的部分工作还得到国家自然科学基金（20176045和20436040）的资助，在此表示感谢。 本书得以出到第三版，特别感谢读者对本书的厚爱！ 由于作者学识有限，书中难免有不妥之处，恳请读者批评指正，以利日后修订。

内容概要

　　《化工节能原理与技术(第3版)》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。

书籍目录

第1章 总论11.1 能源与能源的分类11.1.1 能源11.1.2 能源的分类21.2 化学工业节能的潜力与意义41.2.1 我国化学工业的特点41.2.2 化学工业节能的潜力61.2.3 节能的意义81.3 节能的途径91.3.1 结构节能91.3.2 管理节能101.3.3 技术节能12参考文献16第2章 节能的热力学原理182.1 基本概念182.1.1 热力系统182.1.2 平衡状态202.1.3 状态参数和状态方程式212.1.4 功和热量242.1.5 可逆过程252.2 能量与热力学第一定律262.2.1 闭口系统能量衡算式272.2.2 稳定流动开口系统能量衡算式272.3 和热力学第二定律322.3.1 热力学第二定律的几种表述322.3.2 熵的概念和孤立系统熵增原理342.3.3 热力学第二定律的熵衡算方程式352.3.4 能量和372.4 能量的计算392.4.1 环境与物系的基准状态392.4.2 机械形式能量的412.4.3 热量412.4.4 封闭系统的452.4.5 稳定流动系统的462.4.6 化学反应的最大有用功482.4.7 气体的扩散512.4.8 元素和化合物的化学522.4.9 燃料的化学542.5 损失和衡算方程式562.5.1 损失和衡算方程式562.5.2 封闭系统的衡算方程式572.5.3 稳定流动系统的衡算方程式582.6 装置的效率和损失系数622.6.1 效率的一般定义622.6.2 效率的不同形式642.7 节能理论的新进展662.7.1 可避免损失与不可避免损失662.7.2 热经济学692.7.3 有限时间热力学702.7.4 积累理论712.7.5 能值分析732.7.6 综合考虑资源利用与环境影响的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783.1 流体流动及流体输送机械783.1.1 流体流动783.1.2 流体机械783.2 换热823.2.1 换热过程823.2.2 设备和管道的保温843.3 蒸发853.3.1 多效蒸发863.3.2 额外蒸汽的引出923.3.3 二次蒸汽的再压缩943.3.4 冷凝水热量的利用993.4 精馏993.4.1 预热进料1013.4.2 塔釜液余热的利用1023.4.3 塔顶蒸气余热的回收利用1043.4.4 多效精馏1053.4.5 热泵精馏1103.4.6 减小回流比1183.4.7 增设中间再沸器和中间冷凝器1193.4.8 多股进料和侧线出料1213.4.9 热偶精馏1273.5 干燥1293.5.1 排气的再循环1293.5.2 采用换热器的余热回收1303.5.3 热泵的应用1303.5.4 其他1313.6 反应1323.6.1 化学反应热的有效利用和提供1323.6.2 反应装置的改进1353.6.3 催化剂的开发1363.6.4 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1464.1 绪论1464.1.1 过程系统节能的意义1464.1.2 夹点技术的应用范围及其发展1494.2 夹点的形成及其意义1514.2.1 温-焓图和复合曲线1514.2.2 夹点的形成1534.2.3 问题表法1554.2.4 夹点的意义1594.3 换热网络设计目标1604.3.1 能量目标1604.3.2 换热单元数目目标1614.3.3 换热网络面积目标1634.3.4 经济目标1644.3.5 最优夹点温差的确定1644.4 换热网络优化设计1674.4.1 夹点技术设计准则1674.4.2 初始网络的生成1704.4.3 热负荷回路的断开与换热单元的合并1744.4.4 阈值问题1814.5 换热网络改造综合1844.5.1 现行换热网络的分析1844.5.2 换热网络改造综合的设计目标1874.5.3 换热网络改造步骤1884.5.4 受网络夹点控制装置的改造分析1924.5.5 换热网络改造综合实例1964.6 蒸汽动力系统优化综合2204.6.1 总复合曲线2214.6.2 多级公用工程的配置2234.6.3 热机的设置2364.6.4 热泵及热泵的设置2404.6.5 蒸汽动力系统可调节性分析2634.7 分离系统优化综合2664.7.1 精馏系统的热集成2674.7.2 分离系统在整个过程系统中的合理设置2724.7.3 不同分离过程的热集成2764.8 反应器的热集成2794.8.1 反应器的热集成特性2794.8.2 反应器的合理设置2814.9 间歇过程的热集成2824.9.1 间歇过程夹点分析法2824.9.2 改进的时间温度复合分析模型2834.9.3 间歇过程换热网络的目标函数2894.9.4 间歇过程换热网络的设计2914.9.5 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3075.1 绪论3075.2 常用节水方法与用水单元模型3085.2.1 常用节水方法3085.2.2 用水单元模型3095.2.3 负荷-浓度图与水极限曲线3105.2.4 用水单元质量衡算3115.3 水夹点的形成及其意义3125.3.1 极限复合曲线3125.3.2 水夹点的形成及其意义3135.3.3 问题表法3145.4 用水网络的超结构及数学模型3175.4.1 用水网络的超结构3175.4.2 非线性数学模型3185.4.3 数学模型的求解3205.5 水直接回用水网络综合3235.5.1 用水网络的描述3245.5.2 最大传质推动力法3255.5.3 最小匹配数法3295.6 再生回用与再生循环的水网络3335.6.1 水的直接回用、再生回用和再生循环3335.6.2 再生循环3355.6.3 再生回用3365.7 具有中间水道的水网络结构及其综合方法3385.7.1 具有中间水道的水网络结构3395.7.2 多组分废水直接回用中间水道用水网络设计方法3405.8 氢系统优化3435.8.1 最小氢气公用工程用量的计算与分析3435.8.2 氢气网络的优化匹配原则3445.8.3 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插页附录2主要的无机化合物和有机化合物的摩尔标准化学E0xc以及温度修正系数ξ（E0xc用龟山-吉田环境模型计算）351

章节摘录

插图：3.4.3塔顶蒸气余热的回收利用塔顶蒸气的冷凝热从量上讲是比较大的。例如炼油厂最大的冷却负荷就是移走常压塔顶的冷凝热，温度一般为88～104℃；其次是催化裂化装置精馏塔顶的冷凝热，温度为93～121℃。日加工原油3万桶的催化裂化装置的精馏塔顶冷凝热为31.6×106kJ／h。塔顶蒸气余热的回收利用方法有以下几种。（1）直接热利用  通常产生低压蒸汽。在高温精馏、加压精馏中，用蒸汽发生器代替冷凝器把塔顶蒸气冷凝，可以得到低压蒸汽，外供其他用户作热源。（2）余热制冷  采用吸收式制冷装置（例如溴化锂制冷机）产生冷量，通常产生高于0℃的冷量。（3）余热发电  用塔顶余热产生低压蒸汽驱动透乎发电。例如日本东丽公司川崎化工厂，其最大的精馏塔是从混合二甲苯中分离邻二甲苯的精馏塔，直径7m，塔板120块，塔顶用空冷式冷凝器，大量塔顶排气的余热没有利用而放空，塔顶气体温度153℃，排热损失达190×106 kJ／h。该厂于1980年建成了使用低压蒸汽透平回收该精馏塔塔顶余热进行发电的系统，如图3-25所示。其中：二甲苯系统：精馏塔塔顶的二甲苯饱和蒸气（153℃、0.05MPa表压）在蒸发器内冷凝到142℃，进入受槽。受槽保持0.02MPa的表压，经排气冷凝器与排气系统相通。出受槽的液态二甲苯，在2#给水加热器内冷却到125℃，一部分送入二甲苯吸附分离工序及作为回流馏分，另一部分经1#给水加热器冷却到80℃，然后进入二甲苯深冷分离工序。