2冶金动力学基础

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1、什么是化学动力学？研究化学反应的速度和反应机理的科学。化学动力学的分类：微观动力学：从分子论角度研究化学反应本身的速率和机理.宏观动力学：在有流体流动，传质或传热，并考虑体系几何特征条件下，宏观地研究反应过程的速率和机理冶金动力学属宏观动力学的范畴。2冶金动力学多相反应的一般过程：（1）反应物对流扩散到反应界面上；（2）在反应界面上进行化学反应；（3）反应产物离开反应界面向相内扩散。2冶金动力学多相反应过程速率的限制性环节：反应过程是由物质的扩散和界面化学反应诸环节组成的串连过程，其中速率最慢或阻力最大，对总反应速率影响很大的环

2、节是反应过程速率的限制性环节扩散控制：传质过程慢于界面化学反应过程，此时界面化学反应达到或接近化学平衡态界面化学反应：界面化学反应过程慢于传质过程2冶金动力学研究冶金反应动力学的目的a了解反应在各种条件下的组成环节（机理）及其速率表达式；b导出总反应的速率方程，确定反应过程的限制环节；c讨论反应机理及各种因素对速率的影响；d选择合适的反应条件，控制反应的进行达到强化冶炼过程，缩短冶炼时间及提高反应器生产率的目的。冶金反应动力学的发展目前，除了用动力学的理论和实验方法研究冶金过程的速率和机理外，还进一步向冶金反应工程学领域发展。使

3、得某些复杂的冶炼过程有可能进行多因素分析和计算机自动控制2冶金动力学2.1化学反应的速率化学反应的速率式对于大多数化学反应，根据反应的质量作用定律，速率可表示为：化学反应速率常数反应级数（要经过实验测定）反应的速率的表示：一般用速率常数来表示，把它视为反应物浓度为1单位的反应速率。2.1化学反应的速率反应级数的确定尝试法:将实验测定的各时间反应物的浓度代入速率的各积分式中，试探其中哪个积分式求出的k是不随时间而变化，则该式的级数就是所求反应的级数。适用于不太复杂的反应特别是冶金中的反应作图法：分别用c,1nc,1/c等对t作图，

4、呈直线关系的，即为所求反应的级数2.1化学反应的速率反应速率常数k与T、Ea的关系：对于k0有相近值的不同反应，活化能愈小，则在一定温度时的k就愈大，即反应趋向于沿着活化能较小的途径进行。活化能愈大，k受温度的影响就愈强烈2.1化学反应的速率Ea的求解：a活化能不随温度改变时，以不同温度下得出的lnk对1／T作图，斜率为-Ea／R，截距为k0b活化能随温度改变时，则1nk与1／T的关系是曲线。可从曲线上的温度点作切线，由切线的斜率得出该温度的活化能2.1化学反应的速率可逆反应的速率式对于可逆反应净反应速率为当反应达到平衡时2.1

5、化学反应的速率多相化学反应的速率式由于在体系内相界面上进行，所以在其速率式中要引人相界面的面积(A，m2)这一因素。对于多相反应，当反应为一级反应，有：2.2分子扩散及对流传质什么是扩散？扩散是体系中物质自动迁移、浓度变均匀的过程。它的驱动力是体系内存在的浓度梯度或化学势梯度（）促使组分从高浓度区向低浓度区内迁移。自扩散：纯物质体系中的扩散。是因同位素的浓度不同，发生了熵变互扩散或化学扩散：当溶液中有浓度梯度存在时，发生的扩散。它是一种原子在其他种作为基体的原子中的相对扩散。原子的这种迁移导致体系的组成均匀。上述两种扩散均属于分

6、子扩散，发生于静止的体系中。对流传质或紊流湍动传质：在流动体系中出现的扩散。它是由分子扩散和流体的分子集团的整体运动(即对流运动)，使其内的物质发生迁移。物质的扩散通量：单位时间内，通过单位截面积的物质的量(mol)亦称为物质流或称传质速率，其单位是，单位时间通过某截面积的物质的量则称为扩散流，mol/s。2.2分子扩散及对流传质2.2.1分子扩散菲克定律常量稳定态的扩散，称为菲克第一定律。扩散通量表达式：变量非稳定态的扩散，称为菲克第二定律。扩散通量表达式：一维三维扩散层有化学反应在选定的初始条件和边界条件(即体系和环境之间物

7、质和能量的交换条件)下，解菲克第二定律微分方程，可得出的数学表达式：2.2分子扩散及对流传质扩散系数D是浓度梯度的扩散通量，它是体系局部状态的函数，和T、p及体系的局部成分有关。根据爱因斯坦公式式中—原子的平均平方移动距离，它是原子单位跳跃的长度；t—原子两次移动的平均时间。2.2分子扩散及对流传质扩散系数2.2分子扩散及对流传质原子间平均移动距离Δ2=r2,代入爱因斯坦公式：对于溶液或用通式表示为根据斯托克公式而溶液中上式称为斯托克—爱因斯坦公式，适用于原子(或质点)的尺寸比介质质点的尺寸大得多的条件下对于气体，当保持稳态扩散

8、时，由菲克第一定律：A在B或B在A中的互扩散系数根据气体分子的动力理论：2.2分子扩散及对流传质在其他温度的扩散系数可用下列公式计算2.2分子扩散及对流传质气体在多孔介质（烧结矿、球团矿等）孔隙中的扩散当孔隙很小，气体分子的平均自由程(A)比孔隙的直径大得多时，