冶金反應工程學發(fā)展-全文預覽
【正文】 擴散通過該產(chǎn)物層到達反應界面，使反應能夠持續(xù)進行；對于有固體產(chǎn)物在反應物表面形成并生長的反應， 固體產(chǎn)物層的擴散阻力隨著產(chǎn)物層致密程度和厚度的增加而增大 。固 — 液比大的體系，反應過程中液相反應物濃度顯著降低，反應速度也隨之下降，過程的控制環(huán)節(jié)可能由化學反應轉(zhuǎn)化為擴散步驟；固 — 液比小時，液相反應物濃度變化較小，過程中反應速度變化不大。相比 當傳質(zhì)為控制環(huán)節(jié)時，增大氣體流速可提高氣體 — 固體間反應過程速度，強化攪拌會使液體 — 固體間反應速度增大。綜合反應速度正比于反應界面積，固體顆粒的幾何形狀對過程進行速度有重要影響。界面積和幾何形狀 因此，過程是分步驟完成的。溶劑萃取，渣金反應液 — 固 L1+S=L2L1+S1=L2+S2 溶劑浸出置換沉淀固 — 固S1+S2=S3+GS1+S2=S3+S4S1+S2=S3氧化物碳還原氧（鹵）化物金屬還原合金化，固體滲碳，金屬氧化物陶瓷化注： G— 氣體； S— 固體； L— 液體 相間反應的研究比均相反應要復雜得多。例氣 — 固多數(shù)冶金反應發(fā)生在不同相的相間，屬于多相反應 ,也有均相反應。宏觀動力學的任務就是研究在工業(yè)生產(chǎn)條件下過程進行的速度，除化學反應外，還要考慮到其它的物理過程，即傳質(zhì)過程、傳熱過程和動量傳遞過程。 有些參數(shù)可以從文獻資料中引用，有些（如綜合反應速度常數(shù)、相間接觸面積和關(guān)鍵的傳遞過程速度系數(shù)等）往往須由實驗求取 。質(zhì)量（物料）和熱量衡算方程通式分別為：流體流動過程有 NavierStokes方程，傳熱過程為 Fourier定律，傳質(zhì)過程為 Fick定律，化學反應速率為質(zhì)量作用定律。因此，無論是在改進和強化反應器操作中，尋找最優(yōu)化操作條件，還是在新技術(shù)、新流程開發(fā)中，指導設(shè)計、解決比例放大問題，都必須對所研究的對象進行定量描述，即用數(shù)學公式來描述各類參數(shù)之間的關(guān)系，這就是數(shù)學模型。冶金反應工程學的數(shù)學模型— 連續(xù)性方程 反應器設(shè)計的基本內(nèi)容包括：1. 選擇合適的反應型式 在 1和 2的基礎(chǔ)上，建立反應器操作過程數(shù)學模型，求解，預測實際反應器性能，優(yōu)選其尺寸和操作條件；4.小型實驗研究化學反應規(guī)律，建立宏觀動力學方程，確定其動力學參數(shù)；2.傳統(tǒng)的冶金反應器設(shè)計中通常采用逐級放大法。可以提高放大倍數(shù)，縮短開發(fā)周期； (3)半經(jīng)驗放大法；l 采用逐級放大法費時費力，但采用數(shù)學模型放大法時，往往由于缺乏對過程的深刻認識而告失敗。過程解析傳統(tǒng)化學動力學以反應體系均勻分散為條件，研究純化學反應的微觀機理、步驟和速度，稱微觀動力學。冶金宏觀動力學傳遞過程冶金爐的設(shè)計基本上依靠經(jīng)驗。過程最優(yōu)化 —— 在給定的工藝和設(shè)備條件以及原料和產(chǎn)品條件下，確定最優(yōu)的操作條件， 達到最好的生產(chǎn)目標 。 l反應器 ：在宏觀反應動力學的基礎(chǔ)上，論述反應器的設(shè)計和操作的優(yōu)化等問題。冶金反應工程 彭志宏 宏觀反應動力學： 從工程應用的角度闡明反應速率與各項物理因素（溫度、濃度、壓力等）之間的關(guān)系。冶金反應動力學 宏觀反應動力學 冶金反應工程學 冶金系統(tǒng)工程化學熱力學 傳輸現(xiàn)象化學動力學 反應器系統(tǒng)工程一、緒 論冶金反應工程學 反應工程學的內(nèi)容和任務 l反應器內(nèi)基本現(xiàn)象 —— 研究反應器內(nèi)反應動力學的控制環(huán)節(jié)，以及流動、傳熱、傳質(zhì)等宏觀因素的特征和它們對反應速率的影響； 以獲得進行工業(yè)反應器的設(shè)計和操作所必需的動力學知識。反應器的比例放大設(shè)計 —— 依據(jù)宏觀動力學的規(guī)律，把實驗裝置科學地放大到工業(yè)規(guī)模，確定反應器的形狀、大小和反應物達到的轉(zhuǎn)化程度； l但冶金過程有自己的特點：l高溫下化學反應速度快，傳質(zhì)是控制環(huán)節(jié)的較多，基本不涉及催化；l冶金過程涉及的流體是礦漿、金屬熔體（渣），對這些流體性質(zhì)的了解比一般流體差；l因此冶金反應工程學主要用于解析冶金過程、優(yōu)化工藝操作和過程控制等 研究冶金反應器內(nèi)的傳遞過程規(guī)律及對反應過程的影響。 l 目前使用的化學反應器放大法有： (1)逐級經(jīng)驗放大法（主要靠經(jīng)驗）； (2)數(shù)學模型法。比例放大對于以化學反應為中心的反應器的比例放大，應用相似原理方法很困難。比例放大步驟：1.根據(jù)修正后的數(shù)學模型，用計算機設(shè)計生產(chǎn)規(guī)模的反應器。；要完成上述任務，需要使用下列三類基本設(shè)計方程：l 物料衡算式 (描述濃度變化 )這三個式子是相互耦聯(lián)的，需要同時求解。冶金反應工程學的核心是對冶金反應器內(nèi)發(fā)生的過程進行定量的工程學解析。均相體系可用一般的化學動力學方法描述；對于冶金中常見的各類多相反應，要根據(jù)所選用的反應模型寫出相應的綜合反應速度式
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