冶金反应工程.doc

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1、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

2、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、

3、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

4、力学作了较全面的论述。这些专门著作对冶金反应工程学的建立发展起了促进的作用。中国冶金学家叶渚沛在60年代初期就明确提出把传输现象的概念及计算机技术应用到冶金过程研究的建议。70年代后期，中国冶金工作者开展了喷射冶金、高炉炼铁、真空脱气、连铸等方面的数学模型工作，取得了一些成果。在1957年第一次欧洲化学反应工程会议确认了化学反应工程这个名称后，1971年，日本边巌和森山昭共教授首次提出了冶金反应工程学这一名词，同时出版了“冶金反应工程学”专著。之后，该专著在国内翻译和出版，之后，国内的一些学者也出版了一些与冶金反应工程学相关的专著。这些促进了反应工程学在国内的发展，

5、经过近十几年的快速发展，目前已经成为冶金学科内活跃的研究领域.冶金学学科中的冶金物理化学经过近百年的不断地发展和完善，形成了自身的一套完整的体系和结构，其中的反应过程动力学的研究方法成为了冶金学学科体系中一个重要的理论基础。在日本边巌教授和森山昭教授的冶金反应工程学一书中，其反应过程动力学的研究方法和内容主要是来自已经成熟冶金物理化学中的内容，在国内的学者出版的冶金反应工程学的相关专著中也在沿用该思路。国内著名学者对冶金反应工程学的内涵提出了一些看法，认为在相关的冶金反应工程学的专著中，对冶金反应工程学和冶金物理化学两领域在学科内容及研究方法上存有分歧，或有不同程度

6、的混淆。其中最为突出的是在冶金反应动力学的研究方面。冶金反应工程学学科作为一门独立的学科，应该有自身独立的体系和结构，对冶金反应过程动力学也须按其需要来建立相应独立的研究方法.本文提出了用分段尝试法研究冶金反应过程动力学的新思路，比较了与冶金物理化学中冶金反应动力学方法和结果的差异。分段尝试法可以作为冶金反应工程学中研究反应过程动力学的方法，对该研究方法进一步的发展进行了讨论。与冶金物理化学中研究反应动力学方法完全不同的分段尝试法，既可提供求解传输和化学反应过程必要的动力学参数，又能为建立独立的冶金反应工程学学科体系提供必要的保障。　　冶金过程涉及到极其复杂的多相反

7、应，高温下的测试手段尚不甚完备，取得的信息难以精确稳定，以及中间产物和金属产品常伴有偏析、有害杂质、非金属夹杂以及表面及晶体缺陷等问题，使得现有的冶金反应工程学理论对这些特殊性，难以进行正确而系统的分析和研究。现阶段仍处于利用经验的传统数据对冶金反应设备进行设计，而对现有冶金过程体系及设备的最优化操作及全面的自动控制，有许多问题尚待研究解决。一、冶金反应工程学的产生和发展1．化学工程学的产生和发展化学工业除冶金外，还包括陶瓷、酿造、造纸、制碱、制酸、有机合成、石油化工等许多工业部门。相当长一段时间，它们被看作互不相关的部门独立地缓慢地发展着，技术的传授只能靠师傅