化工节能原理与技术

化学工业一直是国民经济的用能大户，能耗大约占全国能源消耗总量的10%。近年来国家各项战略发展规划积极倡导化学工业向能源资源节约型和环境友好型生产模式转变，以减少对化石资源依存度和温室气体排放。与此相适应，涌现了一些新型的学科方向，如能源化工等。因此，在这种背景下，《化工节能原理与技术》课程显得更具有时代特色。
   本书主要内容为化工节能的热力学原理、化工节能的新技术、新设备和新理论等，从多角度解答例题，加深对基础知识的理解和应用；在内容上注重引入化工节能技术方面的研究成果，尽量开拓读者视野。
    第1章主要介绍了化工过程的特点、节能的意义及途径、分离过程和反应过程中的节能。
   第2章主要介绍了化工节能的热力学的基本原理。首先介绍了化工热力学的一些基本概念及热力学三大定律；引入理想功和热力学效率的概念，并详细介绍了分离过程和反应过程中理想功的计算；介绍了的概念，并以具体实例说明了各种情况下的计算方法；后介绍了损失和衡算方程式。
   第3章主要介绍了化工节能的新技术。首先介绍了夹点技术，针对化工换热过程中的夹点问题、阈值问题以及实际工程项目中的换热网络合成等进行了详细的说明；随后介绍了多效精馏及中间换热器、热偶精馏、热泵精馏、共沸精馏、萃取精馏和反应精馏的原理，并结合具体实例来说明化工过程的节能；本章后以工业异丙苯合成工艺为例，通过对分离和反应工段的优化来实现过程的节能降耗。
   第4章主要介绍了化工节能过程中的新设备，包括新型的塔板技术、填料技术，并详细介绍了整体式结构化催化剂在化工过程强化中的应用。
   第5章主要介绍了化工过程节能的新理论，介绍了应用于小分子溶剂体系、含小分子无机盐体系、含聚合物体系和离子液体体系的预测型分子热力学模型，并结合具体应用实例加以详细说明。
   本书可供化工领域研究人员和工程技术人员参考，也可作为高等院校化工类专业本科生和研究生教材。
   本书是在作者近几年来讲授《化工节能原理与技术》课程的基础上，结合自己的科研体会编写而成，书中难免有不妥之处，恳请读者批评指正，以利日后再版修改。
编者
2011年8月

 　本书重点介绍化工节能的热力学原理，化工节能的新技术(包括夹点技术、热偶精馏、热泵精馏、共沸精馏、萃取精馏、反应精馏及离子液体分离过程强化等)、新设备(主要包括新型塔板、新型填料及整体式结构化催化剂技术等)和新理论(各种体系的预测型分子热力学理论)。
   本书编写的原则是：从多角度解答例题，加深对基础知识的理解和应用，并以实例的形式介绍ProII、Aspen和CFD等化工模拟软件在化工中的应用；对有些陈旧的节能技术尽量少介绍或不介绍，以避免内容上的重复；重视对基本概念的理解，避免冗长的数学计算和推导。本书在内容上注重引入化工节能技术方面*的研究成果，尽量开拓读者视野，期望对读者的科学研究工作有所帮助。
    本书可作为高等院校化工类专业本科生和研究生教材，也可供化工领域研究人员参考。

第1章总论
1.1化工过程的特点
1.2化学工业节能的意义与途径
1.2.1节能的意义
1.2.2节能的途径
1.3分离过程
1.3.1分离过程的特点
1.3.2分离过程的发展历史
1.3.3分离过程的发展趋势
1.4反应过程
参考文献

第2章节能的热力学基本原理
2.1热力学基本概念
2.1.1系统(热力系统)
2.1.2状态和状态参数
2.1.3强度性质和广度性质
2.1.4平衡态
2.1.5功和热
2.2热力学定律
2.2.1热力学第一定律和能量平衡方程
2.2.2热力学第二定律和熵平衡方程
2.2.3热力学第三定律
2.3理想功
2.3.1分离过程的理想功(最小功)
2.3.2反应过程的理想功(最大功)
2.3.3净功消耗
2.3.4热力学效率
2.4及其计算
2.4.1的概念
2.4.2环境参考态
2.4.3功的
2.4.4热量
2.4.5气体的扩散
2.4.6物质的化学
2.5损失和衡算方程式
2.5.1损失和衡算方程式
2.5.2封闭系统的衡算方程式
2.5.3稳定流动系统的衡算方程式
符号说明
参考文献

第3章化工节能的新技术
3.1夹点技术
3.1.1温焓图与复合曲线
3.1.2夹点及夹点温差
3.1.3问题表法
3.1.4夹点的意义
3.1.5夹点法设计能量最优的换热网络
3.1.6换热网络的调优
3.1.7阈值问题
3.1.8实际工程项目的换热网络合成
3.2多效精馏及中间换热器
3.2.1多效精馏流程
3.2.2多效精馏的节能效果和效数
3.2.3多效精馏应用实例——甲醇.水分离
3.2.4精馏塔中间换热器
3.3热偶精馏
3.3.1热偶精馏流程
3.3.2热偶精馏流程的适用范围
3.4热泵精馏
3.4.1热泵的工作原理
3.4.2热泵精馏流程
3.4.3热泵精馏应用实例——甲醇.水分离
3.4.4热泵技术应用需注意的几个问题
3.5共沸精馏
3.5.1变压共沸精馏
3.5.2二元非均相共沸精馏
3.5.3三组分共沸精馏
3.5.4共沸剂的选择
3.6萃取精馏
3.6.1萃取精馏流程安排
3.6.2加盐萃取精馏
3.6.3络合萃取精馏
3.7反应精馏
3.7.1利用反应促进精馏的反应精馏
3.7.2利用精馏促进反应的反应精馏
3.7.3催化精馏
3.7.4反应精馏过程的特点
3.7.5悬浮床催化精馏
3.8离子液体分离过程强化
3.8.1离子液体萃取精馏
3.8.2离子液体液.液萃取
3.8.3离子液体吸收
3.9异丙苯工艺流程节能优化
3.9.1二异丙苯塔的优化
3.9.2泡点反应器合成异丙苯
3.9.3催化精馏合成异丙苯
3.9.4烷基化和烷基转移反应同时进行的固定床催化精馏
符号说明
参考文献

第4章化工节能的新设备
4.1新型塔板技术
4.2新型填料技术
4.3整体式结构化催化剂技术
4.3.1开放错流结构化催化剂
4.3.2蜂窝整体式结构化催化剂
4.3.3蜂窝整体式结构化催化剂应用于选择性催化还原法烟气脱硝
过程研究
符号说明
参考文献

第5章化工节能的新理论
5.1小分子溶剂体系的预测型分子热力学
5.1.1UNIFAC模型
5.1.2改进的UNIFAC模型
5.1.3基于γ∞的UNIFAC模型
5.1.4应用实例1——无限稀释溶液活度系数计算
5.1.5计算机辅助分子设计(CAMD)
5.1.6应用实例2——ACN法萃取精馏分离C4的分子设计
5.2含小分子无机盐体系的预测型分子热力学
5.2.1定标粒子理论推导
5.2.2应用实例3——DMF法萃取精馏分离C4组分
5.3含聚合物体系的预测型分子热力学
5.3.1GCLF EOS模型
5.3.2应用实例4——GCLF EOS模型预测气体在聚合物中的溶解度
5.3.3应用实例5——GCLF EOS模型预测聚合物的结晶度
5.3.4应用实例6——GCLF EOS模型预测聚合物的比容
5.4含离子液体体系的预测型分子热力学
5.4.1COSMO.RS模型
5.4.2UNIFAC模型
5.4.3应用实例
符号说明
参考文献

 　本书重点介绍化工节能的热力学原理，化工节能的新技术(包括夹点技术、热偶精馏、热泵精馏、共沸精馏、萃取精馏、反应精馏及离子液体分离过程强化等)、新设备(主要包括新型塔板、新型填料及整体式结构化催化剂技术等)和新理论(各种体系的预测型分子热力学理论)。
   本书编写的原则是：从多角度解答例题，加深对基础知识的理解和应用，并以实例的形式介绍ProII、Aspen和CFD等化工模拟软件在化工中的应用；对有些陈旧的节能技术尽量少介绍或不介绍，以避免内容上的重复；重视对基本概念的理解，避免冗长的数学计算和推导。本书在内容上注重引入化工节能技术方面*的研究成果，尽量开拓读者视野，期望对读者的科学研究工作有所帮助。
    本书可作为高等院校化工类专业本科生和研究生教材，也可供化工领域研究人员参考。