伴随着经济的高速发展,我国的水资源逐年匮乏而环境问题日趋严重。化工过程工业是水资源消耗的大户同时也是产生废水的主要来源,化工过程工业中用水网络的合理与否直接决定着企业用水成本和对环境污染程度的高低。因此,化工过程用水网络设计与优化具有十分重要的意义和价值。自上世纪八十年代以来,工业用水网络优化设计问题日益得到重视。本文综述了近年来国内外对用水网络的研究现状和理论进展,分析了质量交换网络综合应用于用水网络设计的方法,发现了目前研究工作中存在的不足,并主要作了以下几方面的工作:首先,研究分析了目前最常用的三类用水网络优化设计的基本方法:源阱图法、水夹点法和数学规划法。介绍了将源阱曲线组合成为水夹点图的方法和步骤,建立了一个通用的用水网络超结构模型。对同一个实例分别绘出了源阱图和水夹点图,并进行求解,二者所得结果完全一致。研究发现,三种方法各有优势和不足,若能用源阱图和水夹点图指导数学规划,将有助于数学规划法得到更好的计算结果。其次,论文分析了多源阱关系的用水网络超结构模型,将源阱关系作为数学模型的约束条件,引入源-阱匹配可调节因子z_i,j,构建了基于源阱关系约束的数学规划模型,通过分步线性规划的方法对该模型进行了求解。能够在满足新鲜水用量最小的目标下,利用数学规划法定性的选择计算出具有最佳工程性能的用水网络,保证所设计的用水网络最优,解决了一般数学规划法得到的用水网络最优解不唯一,经济性、可操作性等工程性能不好的问题。再次,采用基于源阱关系约束的数学规划模型,充分发挥MATLAB软件数值计算和工程运算功能强大等优点,开发出了界面友好的水网络集成优化系统,该系统集成了源阱图和夹点图,以数学规划法为核心对用水网络进行优化设计,实现了夹点技术和数学规划法的结合,通过对实例求解,得到了优于文献报道的结果。最后,通过在石油化工和食品工业中的应用,对所开发系统的工业实用性进行检验。结果表明,本文所开发的水网络集成优化系统达到了提高工业用水网络设计效率的目的,且操作简单加快了用水网络设计优化技术在实际节水工程中的应用。