冶金过程动力学

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1、冶金过程动力学Kineticsofreactionsinmetallurgicalprocesses1第五章冶金反应动力学基础5.1概述（1）基本定义（2）所属范畴（3）应用实例（4）参考书2所属范畴冶金过程动力学3定义与相关课程ChemicalkineticsTransportphenomenaMetallurgyKineticsofreactionsinmetallurgicalprocesses4实例FeOFe5参考书张家芸主编，冶金物理化学，冶金工业出版社，2004郭汉杰编著,冶金物理化学教程,冶金工业出版社,2006韩其勇主编，冶金过程动力学，冶金工业出版社，1983G.H.盖格

2、、D.R.波伊里尔著，冶金中的传热传质现象，冶金工业出版社，1981（俞景禄、魏季和译）鞭岩、森山昭著，冶金反应工程学，科学出版社，1981（蔡志鹏、谢裕生译）65.2化学反应动力学基础（1）反应进度（2）反应速率（3）速率方程(4)反应级数（5）速率方程解析（6）反应速率与温度的关系7化学反应/Chemicalreactions反应物；生成物。8（1）反应进度/Extentofreactiont=0~t范围内，反应进度为：式中、初始和某一时刻物质的量,mol;无论i是反应物或生成物，反应进度均为正值。9导出10（2）反应速率/Reactionratemol·s−1mol·m-3·s−

3、111（3）速率方程/Rateequation质量作用定律：对于一个基元反应，一定温度下的反应速率与各反应物浓度幂指数的乘积成正比。---速率方程(Lawofmassaction:19世纪中期G.M.古德贝格和P.瓦格)(k---反应速度常数)12（4）反应级数/Reactionordern=(-A)+(-B)对于基元反应:反应级数13（5）速率方程解析不可逆反应：AB14不可逆反应:n=0,1,2一级二级零级15（6）反应速率与温度的关系由阿累尼乌斯方程(Arrheniusequation)：式中，E---反应活化能（activationenergy）,A---频率因子（frequ

4、encyfactor）。16A与T对k的作用*T---普通分子活化分子转化的推动力。*E---普通分子活化分子转化时需要的能量。*A---普通分子全部转化成活化分子时反应速度常数。175.3扩散与相间传质Diffusionandinterphasetransmission扩散---热运动导致的物质质点由高化学势向低化学势区域的运动过程。传质---化学势梯度引起的原子、分子运动以及外力场或密度差造成的流体微元运动产生的物质迁移过程。18扩散与传质的区别扩散传质：静止介质中质点的扩散；层流中的传质；紊流中的传质；相际传质。19扩散过程/Diffusionprocess20(1)菲克第一定

5、律Fick’sfirstlawofdiffusiondc/dt=0（稳态）dc/dx=(c2-c1)/△x=常数mol/m2s摩尔扩散通量JA,x，浓度cA的SI单位为molm-3。21(2)菲克第二定律Fick’ssecondlawofdiffusionJ=-D(〆c/〆x)22非稳态扩散Diffusionwithnon-steadystate实际情况23从非稳态到稳态变化12传导介质气相内B浓度B+N2Xt=0t=t1t=t2t=t3t=t4t=t∞cBbcBc24(3)扩散系数和温度的关系Relationshipofdiffusioncoefficientwithtemperatu

6、re经验公式:ED扩散活化能,J·mol-1。D0－频率因子,与D的单位同为m2·s-1。25（4）边界层/Boundarylayeru---速度边界层c---扩散边界层c’--有效扩散边界层26速度边界层与扩散边界层当流体以层流状态流过平板时金属液与熔渣的Sc(Schmidt)值103-104，所以两者的δc<δu。27扩散边界层流体以层流状态流过平板时：同一位置上，扩散边界层随流体粘度增大而增厚，随流体流速增大而减薄。28有效扩散边界层界面处的浓度梯度：瓦格纳(C.Wagner)定义为有效扩散边界层。29在两相界面处(x=0)流体u=0,为纯分子扩散：根据：30有效扩散边界层与

7、菲克定律在界面处(x=0)，流体流速u=0,为纯分子扩散，有代入有效扩散系数当cb不随传质过程变化，cs又保持热力学平衡浓度，这样就符合菲克第一定律的稳定扩散，简化了数学处理过程。31（5)传质系数Masstransfercoefficient考虑相间传质阻力集中在有效扩散边界层，取：有传质方程，kd---传质系数，cm/s。32气-固间传质系数(雷诺准数：Reynolds）(舍伍德准数:Sherwood)(施密特准数：