化工節(jié)能原理與技術(shù)

前言

能源是經(jīng)濟發(fā)展的原動力，是現(xiàn)代文明的物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著世界人口的不斷增長和工業(yè)的持續(xù)發(fā)展，能源將越來越短缺。工業(yè)節(jié)能已成為人類社會持續(xù)發(fā)展的重要前提之一，受到國家政府和各企業(yè)的高度重視。廣義的化學(xué)工業(yè)是用能大戶，因此化工節(jié)能尤其重要。 本書重點介紹了節(jié)能的原理（第2章），單元過程與設(shè)備的節(jié)能技術(shù)（第3章），過程系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)中的夾點技術(shù)（第4章），使新鮮水用量和廢水排放量最小的水系統(tǒng)集成技術(shù)以及使新氫使用量最小的氫系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)（第5章）。在第二版的基礎(chǔ)上更新了部分資料，增加了多個熱集成案例及氫系統(tǒng)優(yōu)化，使本次修訂更加切合生產(chǎn)實際。 希望本書能成為化工領(lǐng)域工程技術(shù)人員的參考書以及化工專業(yè)學(xué)生的教材。 本書的編寫工作得到錢立倫教授、張早校教授、傅秦生教授、劉永忠博士、劉桂蓮博士、王彥峰博士、朱平博士等的幫助，特此致謝。 本書的部分工作還得到國家自然科學(xué)基金（20176045和20436040）的資助，在此表示感謝。 本書得以出到第三版，特別感謝讀者對本書的厚愛！ 由于作者學(xué)識有限，書中難免有不妥之處，懇請讀者批評指正，以利日后修訂。

內(nèi)容概要

　　《化工節(jié)能原理與技術(shù)(第3版)》系統(tǒng)介紹了化工節(jié)能的理論與技術(shù)。包括單元過程與設(shè)備的節(jié)能技術(shù)，過程系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)中的夾點技術(shù)，采用過程集成方法使新鮮水用量和廢水排放量最小的水系統(tǒng)集成技術(shù)。在第二版基礎(chǔ)上更新了部分資料，增加了多個熱集成案例，以及使新氫使用量最小的氫系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)，使本次的修訂更加切合生產(chǎn)實際?！　∪珪鴥?nèi)容系統(tǒng)、全面，學(xué)科體系較完整，概念清晰，理論聯(lián)系實際，實用性較強?？晒┗ゎI(lǐng)域工程技術(shù)人員使用，也可作為化工專業(yè)學(xué)生的參考書。

書籍目錄

第1章 總論11.1 能源與能源的分類11.1.1 能源11.1.2 能源的分類21.2 化學(xué)工業(yè)節(jié)能的潛力與意義41.2.1 我國化學(xué)工業(yè)的特點41.2.2 化學(xué)工業(yè)節(jié)能的潛力61.2.3 節(jié)能的意義81.3 節(jié)能的途徑91.3.1 結(jié)構(gòu)節(jié)能91.3.2 管理節(jié)能101.3.3 技術(shù)節(jié)能12參考文獻16第2章 節(jié)能的熱力學(xué)原理182.1 基本概念182.1.1 熱力系統(tǒng)182.1.2 平衡狀態(tài)202.1.3 狀態(tài)參數(shù)和狀態(tài)方程式212.1.4 功和熱量242.1.5 可逆過程252.2 能量與熱力學(xué)第一定律262.2.1 閉口系統(tǒng)能量衡算式272.2.2 穩(wěn)定流動開口系統(tǒng)能量衡算式272.3 和熱力學(xué)第二定律322.3.1 熱力學(xué)第二定律的幾種表述322.3.2 熵的概念和孤立系統(tǒng)熵增原理342.3.3 熱力學(xué)第二定律的熵衡算方程式352.3.4 能量和372.4 能量的計算392.4.1 環(huán)境與物系的基準狀態(tài)392.4.2 機械形式能量的412.4.3 熱量412.4.4 封閉系統(tǒng)的452.4.5 穩(wěn)定流動系統(tǒng)的462.4.6 化學(xué)反應(yīng)的最大有用功482.4.7 氣體的擴散512.4.8 元素和化合物的化學(xué)522.4.9 燃料的化學(xué)542.5 損失和衡算方程式562.5.1 損失和衡算方程式562.5.2 封閉系統(tǒng)的衡算方程式572.5.3 穩(wěn)定流動系統(tǒng)的衡算方程式582.6 裝置的效率和損失系數(shù)622.6.1 效率的一般定義622.6.2 效率的不同形式642.7 節(jié)能理論的新進展662.7.1 可避免損失與不可避免損失662.7.2 熱經(jīng)濟學(xué)692.7.3 有限時間熱力學(xué)702.7.4 積累理論712.7.5 能值分析732.7.6 綜合考慮資源利用與環(huán)境影響的分析74符號表75參考文獻76第3章 化工單元過程與設(shè)備的節(jié)能783.1 流體流動及流體輸送機械783.1.1 流體流動783.1.2 流體機械783.2 換熱823.2.1 換熱過程823.2.2 設(shè)備和管道的保溫843.3 蒸發(fā)853.3.1 多效蒸發(fā)863.3.2 額外蒸汽的引出923.3.3 二次蒸汽的再壓縮943.3.4 冷凝水熱量的利用993.4 精餾993.4.1 預(yù)熱進料1013.4.2 塔釜液余熱的利用1023.4.3 塔頂蒸氣余熱的回收利用1043.4.4 多效精餾1053.4.5 熱泵精餾1103.4.6 減小回流比1183.4.7 增設(shè)中間再沸器和中間冷凝器1193.4.8 多股進料和側(cè)線出料1213.4.9 熱偶精餾1273.5 干燥1293.5.1 排氣的再循環(huán)1293.5.2 采用換熱器的余熱回收1303.5.3 熱泵的應(yīng)用1303.5.4 其他1313.6 反應(yīng)1323.6.1 化學(xué)反應(yīng)熱的有效利用和提供1323.6.2 反應(yīng)裝置的改進1353.6.3 催化劑的開發(fā)1363.6.4 反應(yīng)與其他過程的組合137符號表143參考文獻144第4章 過程系統(tǒng)節(jié)能——夾點技術(shù)1464.1 緒論1464.1.1 過程系統(tǒng)節(jié)能的意義1464.1.2 夾點技術(shù)的應(yīng)用范圍及其發(fā)展1494.2 夾點的形成及其意義1514.2.1 溫-焓圖和復(fù)合曲線1514.2.2 夾點的形成1534.2.3 問題表法1554.2.4 夾點的意義1594.3 換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計目標(biāo)1604.3.1 能量目標(biāo)1604.3.2 換熱單元數(shù)目目標(biāo)1614.3.3 換熱網(wǎng)絡(luò)面積目標(biāo)1634.3.4 經(jīng)濟目標(biāo)1644.3.5 最優(yōu)夾點溫差的確定1644.4 換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計1674.4.1 夾點技術(shù)設(shè)計準則1674.4.2 初始網(wǎng)絡(luò)的生成1704.4.3 熱負荷回路的斷開與換熱單元的合并1744.4.4 閾值問題1814.5 換熱網(wǎng)絡(luò)改造綜合1844.5.1 現(xiàn)行換熱網(wǎng)絡(luò)的分析1844.5.2 換熱網(wǎng)絡(luò)改造綜合的設(shè)計目標(biāo)1874.5.3 換熱網(wǎng)絡(luò)改造步驟1884.5.4 受網(wǎng)絡(luò)夾點控制裝置的改造分析1924.5.5 換熱網(wǎng)絡(luò)改造綜合實例1964.6 蒸汽動力系統(tǒng)優(yōu)化綜合2204.6.1 總復(fù)合曲線2214.6.2 多級公用工程的配置2234.6.3 熱機的設(shè)置2364.6.4 熱泵及熱泵的設(shè)置2404.6.5 蒸汽動力系統(tǒng)可調(diào)節(jié)性分析2634.7 分離系統(tǒng)優(yōu)化綜合2664.7.1 精餾系統(tǒng)的熱集成2674.7.2 分離系統(tǒng)在整個過程系統(tǒng)中的合理設(shè)置2724.7.3 不同分離過程的熱集成2764.8 反應(yīng)器的熱集成2794.8.1 反應(yīng)器的熱集成特性2794.8.2 反應(yīng)器的合理設(shè)置2814.9 間歇過程的熱集成2824.9.1 間歇過程夾點分析法2824.9.2 改進的時間溫度復(fù)合分析模型2834.9.3 間歇過程換熱網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)函數(shù)2894.9.4 間歇過程換熱網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計2914.9.5 間歇過程工藝物流與公用工程的綜合298符號表302參考文獻303第5章 水系統(tǒng)集成和氫系統(tǒng)優(yōu)化3075.1 緒論3075.2 常用節(jié)水方法與用水單元模型3085.2.1 常用節(jié)水方法3085.2.2 用水單元模型3095.2.3 負荷-濃度圖與水極限曲線3105.2.4 用水單元質(zhì)量衡算3115.3 水夾點的形成及其意義3125.3.1 極限復(fù)合曲線3125.3.2 水夾點的形成及其意義3135.3.3 問題表法3145.4 用水網(wǎng)絡(luò)的超結(jié)構(gòu)及數(shù)學(xué)模型3175.4.1 用水網(wǎng)絡(luò)的超結(jié)構(gòu)3175.4.2 非線性數(shù)學(xué)模型3185.4.3 數(shù)學(xué)模型的求解3205.5 水直接回用水網(wǎng)絡(luò)綜合3235.5.1 用水網(wǎng)絡(luò)的描述3245.5.2 最大傳質(zhì)推動力法3255.5.3 最小匹配數(shù)法3295.6 再生回用與再生循環(huán)的水網(wǎng)絡(luò)3335.6.1 水的直接回用、再生回用和再生循環(huán)3335.6.2 再生循環(huán)3355.6.3 再生回用3365.7 具有中間水道的水網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其綜合方法3385.7.1 具有中間水道的水網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)3395.7.2 多組分廢水直接回用中間水道用水網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方法3405.8 氫系統(tǒng)優(yōu)化3435.8.1 最小氫氣公用工程用量的計算與分析3435.8.2 氫氣網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化匹配原則3445.8.3 實例分析與計算345符號表348參考文獻349附錄1龜山-吉田環(huán)境模型的元素化學(xué)插頁附錄2主要的無機化合物和有機化合物的摩爾標(biāo)準化學(xué)E0xc以及溫度修正系數(shù)ξ（E0xc用龜山-吉田環(huán)境模型計算）351

章節(jié)摘錄

插圖：3.4.3塔頂蒸氣余熱的回收利用塔頂蒸氣的冷凝熱從量上講是比較大的。例如煉油廠最大的冷卻負荷就是移走常壓塔頂?shù)睦淠裏?，溫度一般?8～104℃；其次是催化裂化裝置精餾塔頂?shù)睦淠裏幔瑴囟葹?3～121℃。日加工原油3萬桶的催化裂化裝置的精餾塔頂冷凝熱為31.6×106kJ／h。塔頂蒸氣余熱的回收利用方法有以下幾種。（1）直接熱利用  通常產(chǎn)生低壓蒸汽。在高溫精餾、加壓精餾中，用蒸汽發(fā)生器代替冷凝器把塔頂蒸氣冷凝，可以得到低壓蒸汽，外供其他用戶作熱源。（2）余熱制冷  采用吸收式制冷裝置（例如溴化鋰制冷機）產(chǎn)生冷量，通常產(chǎn)生高于0℃的冷量。（3）余熱發(fā)電  用塔頂余熱產(chǎn)生低壓蒸汽驅(qū)動透乎發(fā)電。例如日本東麗公司川崎化工廠，其最大的精餾塔是從混合二甲苯中分離鄰二甲苯的精餾塔，直徑7m，塔板120塊，塔頂用空冷式冷凝器，大量塔頂排氣的余熱沒有利用而放空，塔頂氣體溫度153℃，排熱損失達190×106 kJ／h。該廠于1980年建成了使用低壓蒸汽透平回收該精餾塔塔頂余熱進行發(fā)電的系統(tǒng)，如圖3-25所示。其中：二甲苯系統(tǒng)：精餾塔塔頂?shù)亩妆斤柡驼魵猓?53℃、0.05MPa表壓）在蒸發(fā)器內(nèi)冷凝到142℃，進入受槽。受槽保持0.02MPa的表壓，經(jīng)排氣冷凝器與排氣系統(tǒng)相通。出受槽的液態(tài)二甲苯，在2#給水加熱器內(nèi)冷卻到125℃，一部分送入二甲苯吸附分離工序及作為回流餾分，另一部分經(jīng)1#給水加熱器冷卻到80℃，然后進入二甲苯深冷分離工序。

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