冶金反应工程学.

冶金反应工程结课论文化学反应工程学正是研究流动、混合、传热、传质等宏观动力学因素对化学反应的影响的学科。

从本质上说，冶金工程是化学工程的一种，习惯上人们称冶金为高温化工。

冶金反应工程学是应用传输过程理论和冶金过程动力学等来研究冶金生产及其设备的合理设计、最优操作、最优控制的工程理论和方法的学科，它是建立在现代工艺理论、现代测试技术和现代计算技术基础上的正在发展的新学科。

和反应器紧密结合。

传统开发途径：“实验室——中间试验——工业生产”冶金反应工程的特点是在宏观动力学的基础上更多地考虑操作条件和反应器，主要内容有：①反应器内的基本现象；②反应器的比拟放大设计；③过程的最优化；④反应器动态特性；⑤冶金过程的数学、物理模拟。

中间试验曾被誉为工业化的摇篮。

但在计算机广泛应用后，依据反应工程学的原理作数学模拟实验，可以减少中间试验层次实现高倍数放大，甚至直按利用实验室资料设计反应器，这就使得研制新工艺的速度大大加快，代价显著减少。

冶金反应工程学在冶金过程动力学和传输理论的基础上解析冶金过程的各种特性，寻求过程中各主要参变量之间的相互关系，找出其数学表达式（数学模型）；根据各种假设和实验条件，利用计算机解出各参变量之间的定量关系，借以确定最优的反应设备设计和工艺操作参数，以达到操作自动控制的目的。

由物质转化的综合反应速度式，结合物料平衡、热量平衡及动量平衡建立的冶金过程数学模型是冶金反应工程学的关键性问题。

早在60年代，冶金过程数学模型的研究已开始进行。

1969年召开了第一次冶金过程数学模型国际会议。

1973年召开了第一次钢铁冶金过程数学模型国际会议。

鞭岩和森山昭合写的第一本命名为《冶金反应工程学》的专著于1972年问世，对钢铁冶金过程及其反应设备进行了较系统的分析。

1971年赛凯伊（J.Szekely）和西梅利斯(N.J. Themelis)所著的《冶金过程中的速率现象》和1979年孙（H.Y.Sohn）和沃兹沃斯(M.E. Wadsworth)合写的《提取冶金过程的速率》二书，对火法及湿法冶金过程动力学作了较全面的论述。

冶金反应工程学班级:冶金10-A4姓名：孙征学号：120103402010冶金反应工程学的概念： (3)冶金反应工程学的研究内容： (3)冶金反应宏观动力学与传统化学动力学的区别： (3)积分法与微分法求取化学反应动力学参数的比较： (4)（辽宁科技大学材料与冶金学院，鞍山114000）摘要：主要介绍冶金反应工程学的内容与优缺点，以及与传统冶金学的联系。

关键词：工程学积分法微分法参数比较冶金反应工程学的概念：冶金反应工程学，简略地说，就是研究冶金工业中反应规律及其应用于反应器选型设计的方法。

它应用于对原有反应器的改进，新型反应器的开发研制以及各种反应器的操作条件与效果之间关系的解析，从而确定最优条件和最优设计。

冶金反应工程学的研究内容：反应工程学方法中的一方面内容是比例放大和中间试验工场问题。

所谓“比例放大”是指在小型试验装置进行试验所得数据的基础上，能以怎样的规模扩大设计工业生产装置。

一般地说，如果对象过程是以物理变化为主的话，利用相似方法就基本可以了。

然而对存在极其复杂的化学反应的冶金装置，只利用物理相似就显得卜分不足和相当困难了。

尽管如此，仍不乏人从事或尝试着冶金反应装置的比例放大方面的研究。

反应工程学方法的另方面内容是过程体系和过程设计问题。

所谓过程体系是指由多个具有独立变化能力的单个过程联合组成的完整系统过程。

过程设计研究对这类过程体系进行综合分析和过程的合理组合等问题。

冶金反应宏观动力学与传统化学动力学的区别：宏观动力学是反应工程学中最基本的内容。

关于反应速度问题，在物理化学或化学动力学中均有详细的论述，但是它们关于反应速度的研究多是限定在纯化学反应上的，对此可以称之为“微观动力学”。

在实际反应装置内所发生的反应过程中，化学反应总是有热和物质的传递相伴随的。

对反应装置内反应过程的进行速度，必须将化学反应速度与传热、传质速度一并予以考虑。

这种既考虑化学反应过程速度又考虑物理移动过程速度的反应动力学称为“宏观动力学”，此种过程的反应速度称为“综合反应速度”。

冶金反应工程结课论文化学反应工程学正是研究流动、混合、传热、传质等宏观动力学因素对化学反应的影响的学科。

从本质上说，冶金工程是化学工程的一种，习惯上人们称冶金为高温化工。

冶金反应工程学是应用传输过程理论和冶金过程动力学等来研究冶金生产及其设备的合理设计、最优操作、最优控制的工程理论和方法的学科，它是建立在现代工艺理论、现代测试技术和现代计算技术基础上的正在发展的新学科。

和反应器紧密结合。

传统开发途径：“实验室一一中间试验一一工业生产”冶金反应工程的特点是在宏观动力学的基础上更多地考虑操作条件和反应器，主要内容有：①反应器内的基本现象；②反应器的比拟放大设计；③过程的最优化；④反应器动态特性；⑤冶金过程的数学、物理模拟。

中间试验曾被誉为工业化的摇篮。

但在计算机广泛应用后，依据反应工程学的原理作数学模拟实验，可以减少中间试验层次实现高倍数放大，甚至直按利用实验室资料设计反应器，这就使得研制新工艺的速度大大加快，代价显著减少。

冶金反应工程学在冶金过程动力学和传输理论的基础上解析冶金过程的各种特性，寻求过程中各主要参变量之间的相互关系，找出其数学表达式(数学模型)；根据各种假设和实验条件，利用计算机解出各参变量之间的定量关系，借以确定最优的反应设备设计和工艺操作参数，以达到操作自动控制的目的。

由物质转化的综合反应速度式，结合物料平衡、热量平衡及动量平衡建立的冶金过程数学模型是冶金反应工程学的关键性问题。

早在60年代，冶金过程数学模型的研究已开始进行。

1969年召开了第一次冶金过程数学模型国际会议。

1973年召开了第一次钢铁冶金过程数学模型国际会议。

鞭岩和森山昭合写的第一本命名为《冶金反应工程学》的专著于1972 年问世，对钢铁冶金过程及其反应设备进行了较系统的分析。

1971年赛凯伊(J.Szekely)和西梅利斯(N.J. Themelis)所著的《冶金过程中的速率现象》和1979年孙(H.Y.Sohn)和沃兹沃斯(M.E. Wadsworth)合写的《提取冶金过程的速率》二书，对火法及湿法冶金过程动力学作了较全面的论述。

东北大学智慧树知到“冶金工程”《冶金反应工程学》网课测试题答案（图片大小可自由调整）第1卷一.综合考核(共10题)1.选择正确说法()A、冶金宏观动力学把化学反应和与其相关的物质传递及能量传递结合起来研究，给出包括反应速度和物质传递速度的体系综合速度的数学表达式，并与表征反应器内流动、混合和质量与能量传递的数学模型表达式相关联，去求解反应器的主要性能指标和反应操作的最佳条件B、冶金宏观动力学是基于液体理论和固体理论，运用气体分子运动的碰撞理论和由统计力学、量子力学得到的绝对反应速度理论，它只研究化学反应机理，预测反应速度。

不研究反应物如何达到反应区，产物怎样离开反应区，以及反应热的传递和反应区中温度分布对反应本身的影响C、3D、42.微观尺度上的混合：1)不同的微元若能均匀地溶混为一体，并达到分子尺度上的均匀，则称之为微观完全混合;2)在发生混合时，微元之间完全互不溶混，称之为微观完全不混合;3)对一种宏观完全混合状态来说，在微观上不是完全分离就是微观完全混合。

A、1)、2)B、0C、0D、03.反应动力学参数是指： 1)反应结束后的反应物浓度、2)反应结束后的反应体系温度、3)反应速度常数和反应级数、4)反应物的转化率。

A、3B、0C、0D、04.以下各式中按固体单位质量计的反应速度为：1) 2) 3) 4) 5)A、2B、6C、6D、65.图中分别为三种理想反应器的反应物浓度、转化率及反应速度曲线，其中1)图(a)为活塞流反应器的浓度、转化率、反应速度的变化图、2)图(b)为活塞流反应器的浓度、转化率、反应速度的变化图2)图(c)为活塞流反应器的浓度、转化率、反应速度的变化图。

A、2B、0C、0D、06.冶金反应工程学是为了()A、弄清冶金化学反应机理B、弄清冶金化学反应步骤C、解决化学理论问题D、解决工程实际问题7.委托合同与承揽合同的区别有哪些?正确答案：委托合同与承揽合同的区别是：\r\n(1)委托合同的目的在于受托人为委托人处理委托事务；而承揽合同的目的在于承揽人为定做人完成一定的工作。

冶金反应工程学冶金反应工程学是研究冶金过程中各种反应的科学。

它涉及到金属矿石的还原、氧化、合成、分解等多种反应过程。

通过研究这些反应，可以优化冶金工艺，提高金属的提取率和产品质量。

冶金反应工程学的研究内容非常广泛。

首先，它研究金属矿石的还原反应。

金属矿石中的金属元素往往以氧化物的形式存在，需要通过还原反应将其转化为金属。

这涉及到金属矿石的热还原、气体还原、浸出还原等多种反应方式。

冶金反应工程学通过研究不同条件下的还原反应，确定最佳的还原工艺和工艺参数。

冶金反应工程学还研究金属矿石的氧化反应。

金属在高温下与氧气反应会生成氧化物。

氧化反应在冶金过程中非常重要，它不仅影响金属的提取率，还会对金属的质量产生重要影响。

冶金反应工程学通过研究氧化反应的动力学特性和影响因素，优化氧化工艺，减少氧化反应对金属的损失。

冶金反应工程学还研究金属的合成反应和分解反应。

合成反应是指通过化学反应合成金属或金属化合物。

分解反应是指将金属或金属化合物分解为其他物质。

这些反应在冶金工艺中也经常出现，冶金反应工程学通过研究这些反应的条件和机理，指导合成和分解过程的控制。

冶金反应工程学的研究方法主要包括实验研究和数值模拟。

实验研究通过设计实验装置和进行实验操作，获得反应过程中的数据和参数。

数值模拟则通过建立数学模型和计算方法，模拟和预测反应过程中的各种物理和化学现象。

实验研究和数值模拟相互结合，可以更全面地了解冶金反应过程，为优化冶金工艺和设计反应装置提供依据。

冶金反应工程学在冶金工业中具有重要的应用价值。

通过研究冶金反应过程，可以改进金属提取工艺，降低生产成本。

同时，还可以提高产品质量，增加产品附加值。

冶金反应工程学的研究成果也可以应用于环境保护和资源回收领域，实现冶金过程的可持续发展。

冶金反应工程学是研究冶金过程中各种反应的科学。

它通过研究金属矿石的还原、氧化、合成、分解等反应，优化冶金工艺，提高金属的提取率和产品质量。

冶金反应工程学具有广泛的研究内容和重要的应用价值，是冶金工业发展的重要支撑。

1.定量描述流体—固体之间未反应收缩核模型的传质和化学反应过程数学模型。

解：当传质为限制环节时，其质量流量可表述为：A 传质到固体表面的mol 通量为：N A = —D AC ▽C+X A （N A +N C ） （1） 其中： D AC —反应气体/生成气体之间的扩散系[cm 2/sec] X A —流体中反应气体A 的mol 分率N A —传递到固体表面的mol 通量[mol/sec] N C —产物C 的mol 通量[mol/sec]因为N A = —（1/C ）N C ,则（1）式可改写为：N A =Vk m (C Ab -C As ) k m —传质系数[cm/sec]当化学反应为控制环节时，总反应速度可用单位面积上A 的消失速度表示，)]/([e mRs n As A K C C k r -=此时，C AS =C Ab ，C RS =C Rb ，A 与B 的消失计量关系为， dtdr b r c S A ρ=其中，rc 为颗粒半径[cm]，ρs 为颗粒密度[g/cm 3]4.表述活塞流反应器中恒容体系反应时、反应率随时间的变化的数学模型。

解：根据活塞流反应器的反应特点：流入量 = 流出量 + 反应量 + 累积量R A A A A A dV r dx x C V x C V A +--=-)1()1(0000对于长度dl ，断面积为A 的微元体，其物料衡算式如下：⎰⎰=-=-=-==-+-Xj jj Vj j j j j j j j j j j j r dX F dVdX F X F d dF dV r dF dV r dF F F 00000)]1([0)(所以因为整理得整理后得：⎰⎰====Xj jj j j j Xj j j j j r dX C F VC r dX C F V 0000000ττ或------（1） ------（1）那么（1）式可变为：⎰==Cj Cj jj j j j r dC C C F V 00001或⎰⎰-===Cj Cj jj Xj j j j j r dC r dX C F V0000τ5.表述全混流反应器在恒容反应条件下、物料浓度随时间的变化的数学模型。

冶金反应工程学习题第一章绪论客观题部分1. 判断题冶金反应工程学的研究对象是:a) 冶金化学反应 b) 冶金反应器 c) 冶金反应器及器内的化学反应。

2. 判断题冶金反应工程学是为了:a)弄清冶金化学反应机理 b)弄清冶金化学反应步骤c)解决化学理论问题 d)解决工程实际问题。

3. 单选择题冶金反应工程学的研究目的是:a)研究化学反应能否进行 b)研究化学反应的速度如何c)研究反应器内的化学反应进程如何 d)研究反应器的总速度和总效率问题。

4. 判断题冶金反应工程学的主要研究方法是:a)对反应器进行过程解析 b)对反应器进行结构解析c) 对反应器进行改造 d)对反应器进行组合。

5. 判断题冶金反应的特点有:a) 规模大、产量高 b)能耗高、污染严重c)温度高、气固液多相并存 d)反应物、生成物复杂。

6. 单选择题冶金反应工程学的动力学是:a)化学动力学b)微观动力学c)宏观动力学d) 气体动力学。

7. 判断题 1)宏观动力学是传统物理化学中的化学动力学，它是在分子碰撞理论和由量子力学、统计力学导出的绝对反应速度理论基础上，研究纯化学反应的微观机理、步骤和速度的学科。

2)宏观动力学是考虑了热量、动量和质量传递过程，并把决定上述各传递过程速度的操作条件与反应进行速度之间的关系，用数学公式联系起来，它不追究化学反应本身的微观机理。

仅给出一个综合反应速度来描述过程的进行。

8. 判断题所谓传递(或称传输)是指:1)电力的输送 2)热量的传递 3)电磁波信号的传递 4)动量、热量和质量的传递。

9. 判断题“传递现象”是指1)流体力学、传热学和传质学三门各自独立的学科体系，相互之间没有联系。

2)动量、热量和质量的传递，是一门研究三类物理量传输的速率过程及其相互联系的科学。

10. 选择题冶金反应装置中的流体流动和混合情况、温度和浓度分布情况如何1)都直接影响反应过程，2)与反应过程无关。

最终离开反应装置的物料组成则3)完全由构成该物料的诸微元在装置内的停留时间和所经历的温度和浓度的变化决定 4)仅与化学反应微观机理有关。

绪论1、过程系统：为完成物质的某种物理和化学的变化而设定的具有不同变换机能的各个部分所构成的整体。

粗钢生产过程系统：过程系统、分系统、亚分系统2、反应工程学的比例放大法可分为以下几个步骤：1.小型试验研究化学反应规律，建立宏观传递过程方程，确定其动力学参数。

2.冷漠型试验研究传递过程规律，建立传递过程方程，确定各类传递过程参数。

3.在获得方程的基础上，建立反应器操作过程数学模型，并通过计算机求解该模型，预测实际反应器性能，优选其尺寸和操作条件。

4.在（3）的计算结果指导下，建造中间实验反应器，检验所建立数学模型的等效性，修正模型，确立模型参数。

5.根据修正后的数学模型，桶计算机设计生产规模的反应器。

3、衡算方程：（1）各输入速度总和—反应消耗速度=积累速度（2）流入速度—流出速度—反应消耗速度=积累速度（3）伴随物料流入的热输入速度—伴随物料流出的热输入速度+反应放热速度—与系统外热交换的热损失速度=蓄热速度1、宏观动力学研究中必须考虑的特点：1.分步骤完成2.界面积和几何形状3.界面性质4.流体相的流动速度5.相比 6.固体产物性质7.温度的影响三章1、气液间传质理论有界膜理论渗透理论表面更新理论。

界膜理论；流体与界面间的传质阻力完全存在于紧贴界面的薄膜内，膜内传质考分子扩散切浓度分布稳定，膜以外的流体中浓度均匀。

渗透理论；气液相间的传质是由于液体表面上的流体微元不断被来自主体且具有主体浓度的心微元所更换完成的，微元在表面的停留时间很短且是均匀的。

四章1、确定控制步骤通常可采用以下方法：1.改变温度进行实验，若为化学反应控制时，则活化能高。

而传质控制时，活化能低。

2.反应速度本身不受搅拌影响3.在可推算相界面附近渣金两相主体流速时，则从流体力学知识能够推算出边界层厚度或传质系数。

4.大幅度改变渣金两相中B和A的含量比，可判断B成分的传质是否有影响及其影响程度。

5.假定其步骤为限制环节，通过比较计算值与同条件下的实测值来判断限制步骤。

冶金反应工程学1. 冶金反应工程学概述冶金反应工程学是研究冶金过程中物质转化及反应动力学的学科，包括了从矿石提取金属、精炼合金到生产高级金属产品的过程。

在这些过程中，矿石、燃料、还原剂、冷却剂、溶剂等各种物质在高温、高压、特殊气氛下发生化学反应，完成一系列的物质转化。

2. 冶金反应工程学中的基本概念在冶金反应工程学中，有一些基本概念需要了解：反应动力学：研究反应速率与物质浓度、温度、气氛等因素之间的关系。

转化率：在一定时间内，原料中某种成分转化为目标成分的占比。

转化率的高低影响着反应过程的效率和产品质量。

平衡转化率：反应达到平衡状态时的最高转化率。

反应机理：反应过程中物质转化的途径，通常可以分为表面反应、气相反应、溶液反应、多相反应等。

反应速率常量：描述单位时间内反应物质的消耗量、单位时间内产物生成量、反应物质浓度与速率之间的关系的常数。

3. 冶金反应工程学中的反应过程冶金反应工程学中，反应过程可以分为两个阶段：化学反应阶段：该阶段为反应的主要区域，反应物输送、接触和发生反应。

冶金反应一般是异相反应，在化学反应阶段，不同种类的气体、液体、固体存在其中。

传递过程阶段：主要包括物质输送、传热和质量传递等过程。

这个阶段的主要目的是促进化学反应的进行，使得反应物质的浓度等因素尽量贴近反应条件的最优状态。

4. 冶金反应工程学在工业生产中的应用在工业生产中，冶金反应工程学发挥着关键性的作用。

例如，在冶金炉中矿石矿渣的熔炼、在炉内的还原反应、在高温下的溶解炉反应、钢水中气体的排放等等，这些过程都需要借助反应工程学理论来推演和控制反应过程。

通过深入研究反应动力学、反应机理以及相应的化学反应条件，可以优化工业生产的各个环节，使得产品质量更稳定、反应效率更高，同时节省能源和资源的消耗。

5. 冶金反应工程学的未来发展目前，新材料、新能源等领域的快速发展需要更高效、更环保、更可持续的冶金技术。

随着计算机技术的发展和计算方法的更新，反应动力学、反应机理等方面的研究也进入了全新的阶段。