先进热能工程丛书--过程装备节能技术

1.专业作者——本书作者是浙江大学长期从事节能环保型设备设计、改造研究和教学工作的教授及其团队共同编著，是作者从事本行业30多年的经验总结，内容全面，图表清晰，实用性强。 2.内容全面——本书在介绍能源及节能基本知识的基础上，分专门章节按照“三传一反”过程阐述动量、热量、质量、反应过程中的设备设计与节能技术，调理清晰，内容实用，有较好的参考性。 3.适用面宽——本书精选流程工业中的主要设备进行阐述，包括泵、风机、压缩机、阀门、换热器、干燥器、精馏塔、各种反应器在设计及应用过程中的节能技术，还阐述了节能技术的评价方法，可供化工、冶金、环保等流程工业的设备技术人员参考。

以化工、石化、煤化工、生物化工、制药、能源、冶金、环境保护等行业为代表的过程工业是国民经济的支柱产业，其通过一系列有机结合的工艺过程得以实现，这些工艺过程涉及动量传递过程、热量传递过程、质量传递过程、反应过程、热力过程和机械过程等。作为耗能大户，过程工业生产过程需要消耗大量能源，从建设节约型社会、实现过程工业可持续发展的角度考虑，进行过程工业的节能很有必要。特别是在中国过程工业单位产品能耗较国际平均水平仍有较大差距的情况下，进行过程节能势在必行。
过程装备是实现过程工业生产的硬件设施，过程工艺依靠各种各样的过程装备来实现，过程能耗的很大部分都消耗在过程装备上，因此选用和开发高效过程装备很有必要。但过程装备种类繁多，分类方法多样，不同类型过程装备的节能既有共性也有个性。而“三传一反”是被广泛接受的过程工艺基础，依此分类进行过程装备节能的介绍，有利于兼顾内容的系统性和全面性。
本书系统介绍了动量传递过程装备、热量传递过程装备、质量传递过程装备、反应过程装备的节能技术，同时阐述了过程节能的必要性以及节能技术的评价方法等。本书内容编写力争体现以下特点：
① 内容编排和表达上有所创新。以往对过程节能的介绍更多地将过程与装备分离，内容偏理论或偏应用，本书内容编排以经典的“三传一反”过程原理为主线，融合过程与设备，兼顾基础理论和工程实际，便于读者理论联系实际。
② 力求展示过程装备节能技术的最新成果。有选择地增加了过程节能的新理论、高效节能的新装备、节能评价的新方法等，以体现过程装备节能技术的进展和趋势。
③ 兼顾专业需求，拓宽应用范围。考虑到过程工业学科门类较多的特点，本书更注重专业性和通用性的协调，略去了复杂的演绎推导，重点介绍了各专门过程的节能原理以及高效节能、量大面广的典型装备。
本书的编写工作由浙江大学刘宝庆、钱锦远、洪伟荣等共同完成。具体编写分工为：刘宝庆编写第1章、第4章、第5章、第6章，钱锦远编写第2章、第3章，洪伟荣参与编写了第2章部分内容。本书成稿，融汇了编著者从事过程装备节能技术研究的成果与心得，同时学习和吸收了相关优秀著作的精华，对编写过程中所参阅文献的原始作者表示诚挚的谢意。编写过程中，浙江大学郑津洋教授、金志江教授、陈志平教授、蒋家羚教授、林兴华教授等对本书编写体系的确定，给予了有益的建议和帮助，研究生徐子龙、王博、杨潮、张子璇、张自强、杨晨、仇畅等参与了图文录入加工等工作，在此一并表示衷心的感谢。
由于编著者水平有限，书中难免有不尽如人意之处，敬请读者批评指正，以利改进和完善，不胜感激。

编著者
2021年3月

《过程装备节能技术》以过程工业“三传一反”为纲，分6章系统介绍了过程节能相关的理论、技术和装备成果。第1章在分析过程节能必要性的基础上，概述了能源、节能、过程装备的基本概念以及过程用能分析的基本方法;第2章为动量传递过程装备节能技术，涉及泵、风机、压缩机与阀门节能的理论、技术和典型装备;第3章为热量传递过程装备节能技术，介绍了过程传热、强化传热的理论技术以及微通道换热器、蜂窝夹套换热器、螺旋槽管换热器等新型节能换热器;第4章为质量传递过程装备节能技术，重点介绍了蒸发过程、干燥过程、精馏过程的节能技术与典型节能装备;第5章为反应过程装备节能技术，重点介绍了机械搅拌反应器的混合与传热技术，同时介绍了固定床反应器、移动床反应器、流化床反应器、超临界反应器、超重力旋转填充床反应器和微反应器等典型装备;第6章为过程装备节能技术的评价，介绍了节能技术的经济评价与全生命周期评价等。
本书过程与装备结合，理论与实用并重，经典与前沿兼具，可作为过程工业企业管理人员、工程技术人员的参考书，亦可作为高等院校化学工程与工艺专业、过程装备与控制工程专业以及制药、生物化工、冶金、能源、环境保护等相关专业的教材。

第1 章　绪论　001
1.1　能源概论002
1.1.1　能源定义002
1.1.2　能源分类002
1.1.3　能源评价005
1.2　节能的概念及必要性006
1.2.1　节能的定义006
1.2.2　节能的必要性007
1.2.3　节能的相关概念009
1.3　过程用能分析基础015
1.3.1　热力学分析015
1.3.2　热经济学分析018
1.3.3　夹点技术020
1.4　过程装备概述027

第2 章　动量传递过程装备节能技术029
2.1　动量传递过程节能的理论基础030
2.1.1　动量传递概论030
2.1.2　流体流动概述033
2.1.3　流体流动的基本方程037
2.1.4　流体流动的阻力046
2.2　动量传递过程节能技术050
2.2.1　泵节能技术050
2.2.2　风机节能技术061
2.2.3　压缩机节能技术069
2.2.4　阀门节能技术078
2.3　动量传递过程节能的典型装备091
2.3.1　轴流泵091
2.3.2　动叶可调轴流风机095
2.3.3　多级轴流压缩机102
2.3.4　主给水调节阀106
2.3.5　先导式截止阀109

第3 章　热量传递过程装备节能技术113
3.1　热量传递过程节能的理论基础114
3.1.1　传热基础知识114
3.1.2　强化对流传热的物理机制120
3.1.3　场协同强化原理125
3.1.4　强化传热的评价方法127
3.2　热量传递过程节能技术129
3.2.1　有源强化技术130
3.2.2　无源强化技术136
3.2.3　复合强化技术156
3.3　热量传递过程节能的典型装备159
3.3.1　微通道换热器159
3.3.2　蜂窝夹套换热器173
3.3.3　螺旋槽管换热器180

第4 章　质量传递过程装备节能技术187
4.1　质量传递过程节能的理论基础188
4.1.1　扩散传质188
4.1.2　对流传质189
4.1.3　传质工程描述190
4.2　蒸发过程及蒸发器的节能192
4.2.1　蒸发过程热力学分析193
4.2.2　蒸发过程节能技术198
4.2.3　典型蒸发器202
4.3　干燥过程及干燥器的节能205
4.3.1　干燥过程的热力学分析205
4.3.2　不同干燥方法的比较209
4.3.3　干燥过程节能技术212
4.3.4　典型干燥器215
4.4　精馏过程及精馏塔的节能220
4.4.1　精馏过程热力学分析221
4.4.2　精馏过程节能技术222
4.4.3　典型精馏塔232

第5 章　反应过程装备节能技术236
5.1　反应过程热力学分析237
5.1.1　化学反应有效能的计算237
5.1.2　实际反应过程有效能损耗及复杂反应的反应有效能估算238
5.2　反应过程节能技术239
5.2.1　化学反应热的有效利用239
5.2.2　反应装置的改进242
5.2.3　催化剂的开发242
5.2.4　反应与其他过程的结合243
5.3　机械搅拌反应器的节能245
5.3.1　搅拌混合技术245
5.3.2　换热技术259
5.4　典型反应器268
5.4.1　固定床反应器268
5.4.2　移动床反应器269
5.4.3　流化床反应器270
5.4.4　微反应器272
5.4.5　超临界反应器276
5.4.6　超重力旋转填充床反应器279

第6 章　过程装备节能技术的评价284
6.1　节能技术评价的必要性285
6.2　节能技术经济评价286
6.2.1　技术经济基础286
6.2.2　节能方案经济评价基础288
6.2.3　节能方案评价方法290
6.3　节能技术生命周期评价295
6.3.1　生命周期评价的概念及发展历程295
6.3.2　生命周期评价技术框架299
6.3.3　节能技术生命周期评价应用策略301
6.3.4　生命周期评价注意问题及发展趋势302

附录1　常见物质的热力学性质304

附录2　理想气体摩尔定压热容的常数306

附录3　常见气体在不同温度区间的平均摩尔定压热容308

参考文献310