2015冶金反应工程学

冶金反响工程学

ReactionEngineeringinMetallurgy冶金工程学院赵俊学课程介绍1、冶金学理论体系的开展2、化学反响工程学与单元操作的开展3、冶金反响工程学的研究内容4、冶金反响工程学和化学反响工程学的差异5、冶金反响工程学的研究方法6、本课程的教学内容7、参考资料8、教学要求冶金学理论体系的开展在化学工业的开展过程中，人们最初以具体产品为对象，分别进行各种产品的生产过程和设备的研究。随着化工生产的开展,人们逐渐认识到,各种不同产品的生产过程是由为数不多的根本操作和各种化学反响过程所组成的。在19世纪末英国学者G.E.戴维斯便提出了这种观点。1915年美国学者A.D.利特尔首先提出单元操作这一概念,明确指出:“任何化工生产过程不管规模如何，皆可分解为一系列名为单元操作的过程，例如粉碎、混合、加热、吸收、冷凝、浸取、沉降、结晶、过滤等。”1923年W.H.华克尔，W.K.刘易斯和W.H.麦克亚当斯等合著的<化工原理>一书出版，成为第一本全面阐述单元操作的著作。从此单元操作得到了广泛重视，成为化学工程中的奠基学科，常称为化工原理。2、化学反响工程学与单元操作的开展分类随着化工生产的开展，新的单元操作不断形成。现在化工生产中常用的单元操作已达二十余种。单元操作按照所依据的根本原理分为：①流体动力过程。这是一类以动量传递为主要理论根底的单元操作，有流体输送、沉降、过滤、混合等。②传热过程。这是一类以热量传递为主要理论根底的单元操作，有换热、蒸发等。③传质别离过程。这是一类以质量传递为主要理论根底的单元操作，用于各种均相混合物的别离，有蒸馏、吸收、萃取等。④热质传递过程。这是一类由热量传递和质量传递两种规律共同决定的单元操作。这种过程与传热过程或传质别离过程不同，它的速率计算更加复杂，过程的极限也不再是热平衡和相平衡。此过程包括增湿、减湿、枯燥、结晶等单元操作。⑤热力过程。这是一类以热力学为主要理论根底的单元操作，如制冷。⑥粉体工程。这是与固体颗粒加工、运动等有关的操作，有粉碎、流态化、颗粒分级等。5在各不相同的化工过程中，可以概括和抽象出一些共同的原理。如混合、过滤、沉降、流体输送等都和流动有关。掌握流体流动的规律可以有效控制和改进这些操作。把传热为主要内容的蒸发、加热、冷却、冷凝等归纳到传热过程里，把精馏、浸出、萃取、吸收等归纳到传质过程里，系统研究这些过程的本质及其共同规律这就促进了化学工程学学科的开展形成一门独立的工程科学——最早的化学反响工程学。在五十年代中期以前化学工程还限于上述那些物理过程作为研究对象，把依据物理变化而划分的单元，称为单元操作〔unitprocess〕。化学工厂被看作假设干单元操作组成的系统。然而单元操作不能解决有化学反响进行的过程，直到1957年第一届欧洲化学工程学讨论会，提出了以研究化学反响过程为中心的化学反响工程的事情又前进了一步。自那时以来，化学反响工程学的开展非常迅速，单元操作和反响工程成为化学工程学的两大支柱。6化学反响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响的影响的学科。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。冶金反响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根底上的正在开展的新学科。和反响器紧密结合。传统开发途径：“实验室——中间试验——工业生产”3、冶金反响工程学的研究内容7冶金反响工程的特点是在宏观动力学的根底上更多地考虑操作条件和反响器，主要内容有： ①反响器内的根本现象； ②反响器的比较放大设计； ③过程的最优化； ④反响器动态特性； 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，依据反响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响器，这就使得研制新工艺的速度大大加快，代价显著减少。910两者根本内容和方法上是一致的。但冶金过程有以下特点：1)冶金过程在高温下进行，而高温测试手段颁不完备，获得信息困难且数量少；2)高温下化学反响速率快，传质是控制环节的较多，根本不涉及催化；3)冶金过程所用原科成分复杂种类繁多，特别在有色冶金中，杂质比有用金属高出许多倍，于是不能不考虑许多副反响；4)冶金过程所涉及的流体是金属熔体、熔渣或含有矿粉的矿浆，对这些流体性质的了解比一般流体差；5)冶金产品不仅有化学成分的要求，而且还对组织纺构、偏析和夹杂物等有要求；6)冶金炉的设计根本上依靠经验。4、冶金反响工程学和化学反响工程学的差异由于以上特点，目前冶金反响工程学主要用于解析冶金过程、优化操作工艺和过程控制等，用于反响器设计方面那么较少。由于冶金工厂比的中间试验难度大，花费代价高，应用反响工程方法解析冶金过程具有特别的意义。1112对研究对象用数学语言作出定量描述，也就是建立数学模型。1)流体的流动、2)传热、3)传质、4)化学反响这四种现象，对于这些现象部有其根本的数学解析式可以描述。求得方程的数值解。进行数学模拟的最大困难往往在于确定边界条件和方程中的系数。合理的简化是经常使用的方法，这种简化不同于数学上的近似计算，而是建立在对过程的物理本质的深刻理解和高度概括的根底上的。模型虽经简化但仍能抓住过程的主要矛盾。模型中所用的系数可以测定，也可从文献资料中查找。往往要用关联式加以计算或在模型中作为待定参数，通过模型和实验数据相匹配的方法，进行参数估计。高温下的冶金反响器难以直接观察，常需要用相似模型进行研究。物理模型也是反响工程学中常用的一种方法。5、冶金反响工程学的研究方法13绪论第一章冶金工程动力学第二章理想反响器第三章非理想均相反响器第四章填充床反响第五章流化床反响器第六章金属和熔渣的接触方式及精炼反响效率第七章弥散系统第八章冶金过程的物理模拟第九章冶金过程的计算机模拟6、课程内容教材：《冶金反响工程学导论》曲英刘今冶金工业出版社1988.5；参考书：《冶金反响工程学》〔中译本〕[日]鞭岩森山昭科学出版社1981.5。《冶金反响工程学根底》肖兴国谢蕴国冶金工业出版社1997.4。《冶金反响工程学》曲英，冶金工业出版社，1988天津大学，化学反响工程学，课件过程工程研究所，化学反响工程学，课件147、参考资料