制冷工艺过程优化对化工等工业部门具有重要意义。论文采用基于T-H图的过程系统综合优化方法，分别对复叠制冷系统、液化天然气系统、空气分离系统三个低温工艺进行了优化设计的研究。通过不断改进工艺，改善T-H图中冷热物流组合曲线的相对位置，使T-H图中的冷热物流组合曲线趋于平行，以达到节能的目的，具体内容和研究内容如下：1、对可对外输出三种温位冷量的复叠制冷系统进行了研究。提出了一套基于T-H图的设计新方法，按照T-H图中冷热物流曲线各段的能量匹配状况，建立对应的能量守恒方程，就可以计算系统三个制冷循环过冷度、压缩机吸气温度、制冷剂使用量。通过提高吸气过热度，调整三个复叠制冷循环制冷剂的过冷度，最大化地利用制冷剂回热产生的冷量，减少了系统自身消耗的制冷剂蒸发产生的潜热，降低了制冷剂的使用量，减少了压缩机的功耗，与传统工艺相比节能约16%。新流程的T-H图中冷热物流曲线间距更加合理，呈现“平行状”匹配，能量利用效率得到了提高。这种设计方法可适用与不同的工艺要求，也能适用于双级压缩制冷和多级（大于三级）压缩制冷。2、对一带丙烷预冷的混合制冷循环液化天然气流程进行了能量集成和系统优化的研究。提出了通过调整混合制冷剂组成的方式改变系统T-H图中冷物流的曲线形状和相对位置，减少了冷热物流曲线的距离，提高了系统能量利用率。将低沸点的氮气除去，减少了低温区的换热温差。通过调整两处物流的冷却温度和制冷剂的节流压力，以改善了流程T-H图中冷热物流曲线的匹配状况，回收了系统内部能量，并能够向外输出高品位的低温冷量。通过优化调整，在系统功耗不变的情况下，产生的总冷量提高了10.8%，使天然气液化量提高了3.9%。3、对一利用LNG冷量的200000Nm3/d空气分离液化流程进行了研究。通过修改系统流程，就可以改变T-H图中冷热物流曲线的相对位置，从而调整T-H图，这样就减少了系统的火用损失，最大化地回收了系统能量。充分利用了系统内未被合理利用的低温位冷量，提高了精馏塔下塔顶部液氮的过冷度，这样就减少了对氮制冷循环产生冷量的需要，降低了氮气压缩机的功耗，并改变氮循环中氮气的液化流程，使之只在第一换热器中液化，减少了对低温位冷量的消耗。另外，在LNG的汽化流程中添加节流阀和压缩机，改变LNG进入主换热器的压力和温度，使LNG的消耗量降低了10.2%。虽然额外添加了一台压缩机，但对于整个系统来说，总能耗是降低的，系统单位产品能耗减少了3.7%。调整生产工艺使T-H图中的冷热物流曲线位置趋于相对平行，减少了冷热物流之间的传热温差，降低了过程中的火用损失，实现了能量的梯级利用，最大化的回收系统内部能量，提高整个系统的能量利用率，降低了对外部能量消耗。本文为低温工艺过程的节能提供了新的思路，有一定的应用价值。