過程裝備節能技術

第1 章緒論001
1.1能源概論002
1.1.1能源定義002
1.1.2能源分類002
1.1.3能源評價005
1.2節能的概念及必要性006
1.2.1節能的定義006
1.2.2節能的必要性007
1.2.3節能的相關概念009
1.3過程用能分析基礎015
1.3.1熱力學分析015
1.3.2熱經濟學分析018
1.3.3夾點技術020
1.4過程裝備概述027

第2 章動量傳遞過程裝備節能技術029
2.1動量傳遞過程節能的理論基礎030
2.1.1動量傳遞概論030
2.1.2流體流動概述033
2.1.3流體流動的基本方程037
2.1.4流體流動的阻力046
2.2動量傳遞過程節能技術050
2.2.1泵節能技術050
2.2.2風機節能技術061
2.2.3壓縮機節能技術069
2.2.4閥門節能技術078
2.3動量傳遞過程節能的典型裝備091
2.3.1軸流泵091
2.3.2動葉可調軸流風機095
2.3.3多級軸流壓縮機102
2.3.4主給水調節閥106
2.3.5先導式截止閥109

第3 章熱量傳遞過程裝備節能技術113
3.1熱量傳遞過程節能的理論基礎114
3.1.1傳熱基礎知識114
3.1.2強化對流傳熱的物理機制120
3.1.3場協同強化原理125
3.1.4強化傳熱的評價方法127
3.2熱量傳遞過程節能技術129
3.2.1有源強化技術130
3.2.2無源強化技術136
3.2.3複合強化技術156
3.3熱量傳遞過程節能的典型裝備159
3.3.1微通道換熱器159
3.3.2蜂窩夾套換熱器173
3.3.3螺旋槽管換熱器180

第4 章品質傳遞過程裝備節能技術187
4.1品質傳遞過程節能的理論基礎188
4.1.1擴散傳質188
4.1.2對流傳質189
4.1.3傳質工程描述190
4.2蒸發過程及蒸發器的節能192
4.2.1蒸發過程熱力學分析193
4.2.2蒸發過程節能技術198
4.2.3典型蒸發器202
4.3乾燥過程及乾燥器的節能205
4.3.1乾燥過程的熱力學分析205
4.3.2不同乾燥方法的比較209
4.3.3乾燥過程節能技術212
4.3.4典型乾燥器215
4.4精餾過程及精餾塔的節能220
4.4.1精餾過程熱力學分析221
4.4.2精餾過程節能技術222
4.4.3典型精餾塔232

第5 章反應過程裝備節能技術236
5.1反應過程熱力學分析237
5.1.1化學反應有效能的計算237
5.1.2實際反應過程有效能損耗及複雜反應的反應有效能估算238
5.2反應過程節能技術239
5.2.1化學反應熱的有效利用239
5.2.2反應裝置的改進242
5.2.3催化劑的開發242
5.2.4反應與其他過程的結合243
5.3機械攪拌反應器的節能245
5.3.1攪拌混合技術245
5.3.2換熱技術259
5.4典型反應器268
5.4.1固定床反應器268
5.4.2移動床反應器269
5.4.3流化床反應器270
5.4.4微反應器272
5.4.5超臨界反應器276
5.4.6超重力旋轉填充床反應器279

第6 章過程裝備節能技術的評價284
6.1節能技術評價的必要性285
6.2節能技術經濟評價286
6.2.1技術經濟基礎286
6.2.2節能方案經濟評價基礎288
6.2.3節能方案評價方法290
6.3節能技術生命週期評價295
6.3.1生命週期評價的概念及發展歷程295
6.3.2生命週期評價技術框架299
6.3.3節能技術生命週期評價應用策略301
6.3.4生命週期評價注意問題及發展趨勢302

附錄1常見物質的熱力學性質304
附錄2理想氣體摩爾定壓熱容的常數306
附錄3常見氣體在不同溫度區間的平均摩爾定壓熱容308
參考文獻310

以化工、石化、煤化工、生物化工、製藥、能源、冶金、環境保護等行業為代表的過程工業是國民經濟的支柱產業，其通過一系列有機結合的工藝過程得以實現，這些工藝過程涉及動量傳遞過程、熱量傳遞過程、品質傳遞過程、反應過程、熱力過程和機械過程等。作為耗能大戶，過程工業生產過程需要消耗大量能源，從建設節約型社會、實現過程工業可持續發展的角度考慮，進行過程工業的節能很有必要。特別是在中國過程工業單位產品能耗較國際平均水準仍有較大差距的情況下，進行過程節能勢在必行。

過程裝備是實現過程工業生產的硬體設施，過程工藝依靠各種各樣的過程裝備來實現，過程能耗的很大部分都消耗在過程裝備上，因此選用和開發高效過程裝備很有必要。但過程裝備種類繁多，分類方法多樣，不同類型過程裝備的節能既有共性也有個性。而“三傳一反”是被廣泛接受的過程工藝基礎，依此分類進行過程裝備節能的介紹，有利於兼顧內容的系統性和全面性。

本書系統介紹了動量傳遞過程裝備、熱量傳遞過程裝備、品質傳遞過程裝備、反應過程裝備的節能技術，同時闡述了過程節能的必要性以及節能技術的評價方法等。本書內容編寫力爭體現以下特點:

① 內容編排和表達上有所創新。以往對過程節能的介紹更多地將過程與裝備分離，內容偏理論或偏應用，本書內容編排以經典的“三傳一反”過程原理為主線，融合過程與設備，兼顧基礎理論和工程實際，便於讀者理論聯繫實際。

② 力求展示過程裝備節能技術的成果。有選擇地增加了過程節能的新理論、高效節能的新裝備、節能評價的新方法等，以體現過程裝備節能技術的進展和趨勢。

③ 兼顧專業需求，拓寬應用範圍。考慮到過程工業學科門類較多的特點，本書更注重專業性和通用性的協調，略去了複雜的演繹推導，重點介紹了各專門過程的節能原理以及高效節能、量大面廣的典型裝備。

本書的編寫工作由浙江大學劉寶慶、錢錦遠、洪偉榮等共同完成。具體編寫分工為:劉寶慶編寫第1章、第4章、第5章、第6章，錢錦遠編寫第2章、第3章，洪偉榮參與編寫了第2章部分內容。本書成稿，融匯了編著者從事過程裝備節能技術研究的成果與心得，同時學習和吸收了相關優秀著作的精華，對編寫過程中所參閱文獻的原始作者表示誠摯的謝意。編寫過程中，浙江大學鄭津洋教授、金志江教授、陳志平教授、蔣家羚教授、林興華教授等對本書編寫體系的確定，給予了有益的建議和幫助，研究生徐子龍、王博、楊潮、張子璿、張自強、楊晨、仇暢等參與了圖文錄入加工等工作，在此一併表示衷心的感謝。
由於編著者水準有限，書中難免有不盡如人意之處，敬請讀者批評指正，以利改進和完善，不勝感激。

編著者
2021年3月