冶金反應(yīng)工程ppt課件

1、彭志宏彭志宏 博士、教博士、教授授07309冶金化學(xué)冶金反響熱力學(xué) 冶金反響動力學(xué)宏觀反響動力學(xué)冶金反響工程學(xué)冶金系統(tǒng)工程化學(xué)熱力學(xué)傳輸景象化學(xué)動力學(xué)反響器系統(tǒng)工程一、緒一、緒 論論 冶金反響工程學(xué)是以研討和解析冶金反冶金反響工程學(xué)是以研討和解析冶金反響器和系統(tǒng)的操作過程為中心的新興工程響器和系統(tǒng)的操作過程為中心的新興工程學(xué)科，即研討冶金反響工程問題的科學(xué)。學(xué)科，即研討冶金反響工程問題的科學(xué)。 運用現(xiàn)代化學(xué)工程學(xué)、計算流膂力學(xué)、運用現(xiàn)代化學(xué)工程學(xué)、計算流膂力學(xué)、傳輸實際等知識，利用數(shù)學(xué)解析方法和計傳輸實際等知識，利用數(shù)學(xué)解析方法和計算技術(shù)，來定量分析和處理冶金學(xué)實際和算技術(shù)，來定量分析和處理冶

2、金學(xué)實際和工藝方面的問題工藝方面的問題 。 冶金過程本質(zhì)上屬于化學(xué)過程。冶金過程本質(zhì)上屬于化學(xué)過程。 鞭巖把化學(xué)反響工程學(xué)的研討方法鞭巖把化學(xué)反響工程學(xué)的研討方法和手段運用于冶金領(lǐng)域，和手段運用于冶金領(lǐng)域，72年初次提出年初次提出了冶金反響工程學(xué)稱號。了冶金反響工程學(xué)稱號。 70年代末引入我國。年代末引入我國。 l 反響器內(nèi)根本景象反響器內(nèi)根本景象研討反響器內(nèi)反響動力學(xué)的研討反響器內(nèi)反響動力學(xué)的控制環(huán)節(jié)，以及流動、傳熱、傳質(zhì)等宏觀要素的特征控制環(huán)節(jié)，以及流動、傳熱、傳質(zhì)等宏觀要素的特征和它們對反響速率的影響；和它們對反響速率的影響； l 反響器的比例放大設(shè)計反響器的比例放大設(shè)計根據(jù)宏觀動力學(xué)的

3、規(guī)律，根據(jù)宏觀動力學(xué)的規(guī)律，把實驗安裝科學(xué)地放大到工業(yè)規(guī)模，確定反響器的外把實驗安裝科學(xué)地放大到工業(yè)規(guī)模，確定反響器的外形、大小和反響物到達的轉(zhuǎn)化程度；形、大小和反響物到達的轉(zhuǎn)化程度； l 過程最優(yōu)化過程最優(yōu)化在給定的工藝和設(shè)備條件以及原料在給定的工藝和設(shè)備條件以及原料和產(chǎn)品條件下，確定最優(yōu)的操作條件，到達最好的消和產(chǎn)品條件下，確定最優(yōu)的操作條件，到達最好的消費目的。為運用最優(yōu)化數(shù)學(xué)方法，把要到達的目的用費目的。為運用最優(yōu)化數(shù)學(xué)方法，把要到達的目的用函數(shù)方式表達，成為目的函數(shù)。函數(shù)方式表達，成為目的函數(shù)。 冶金反響工程學(xué)和化學(xué)反響工程學(xué)在根本內(nèi)容和冶金反響工程學(xué)和化學(xué)反響工程學(xué)在根本內(nèi)容和方法

4、上是一致的。但冶金過程有本人的特點：方法上是一致的。但冶金過程有本人的特點：l 在高溫下進展的冶金過程，由于高溫測試手段不完備，在高溫下進展的冶金過程，由于高溫測試手段不完備，獲得信息困難且數(shù)量少；獲得信息困難且數(shù)量少；l 高溫下化學(xué)反響速度快，傳質(zhì)是控制環(huán)節(jié)的較多，根高溫下化學(xué)反響速度快，傳質(zhì)是控制環(huán)節(jié)的較多，根本不涉及催化；本不涉及催化；l 所用原料成分復(fù)雜、種類繁多，雜質(zhì)往往比有用金屬所用原料成分復(fù)雜、種類繁多，雜質(zhì)往往比有用金屬高出許多倍，要思索其它副反響；高出許多倍，要思索其它副反響；l 冶金過程涉及的流體是礦漿、金屬熔體渣，對這冶金過程涉及的流體是礦漿、金屬熔體渣，對這些流體性質(zhì)的

5、了解比普通流體差；些流體性質(zhì)的了解比普通流體差；l 冶金產(chǎn)品不僅要求化學(xué)成分，而且還對組織構(gòu)造、偏冶金產(chǎn)品不僅要求化學(xué)成分，而且還對組織構(gòu)造、偏析和夾雜物有要求；析和夾雜物有要求；l 冶金爐的設(shè)計根本上依托閱歷。冶金爐的設(shè)計根本上依托閱歷。 因此冶金反響工程學(xué)主要用于解析冶金過程、優(yōu)因此冶金反響工程學(xué)主要用于解析冶金過程、優(yōu)化工藝操作和過程控制等化工藝操作和過程控制等 研討冶金反響器內(nèi)的傳送過程規(guī)律研討冶金反響器內(nèi)的傳送過程規(guī)律及對反響過程的影響。及對反響過程的影響。 涉及熱量、動量和質(zhì)量傳送。涉及熱量、動量和質(zhì)量傳送。 傳統(tǒng)化學(xué)動力學(xué)以反響體系均勻分散為條傳統(tǒng)化學(xué)動力學(xué)以反響體系均勻分散為條

6、件，研討純化學(xué)反響的微觀機理、步驟和速度，件，研討純化學(xué)反響的微觀機理、步驟和速度，稱微觀動力學(xué)。稱微觀動力學(xué)。 冶金反響工程學(xué)實踐冶金反響過程中冶金反響工程學(xué)實踐冶金反響過程中的動力學(xué)是思索了伴隨反響發(fā)生的各種傳送過的動力學(xué)是思索了伴隨反響發(fā)生的各種傳送過程的動力學(xué)。程的動力學(xué)。 研討冶金反響器內(nèi)的傳送過程規(guī)律及宏觀研討冶金反響器內(nèi)的傳送過程規(guī)律及宏觀反響動力學(xué)，即所謂三傳一反，既是冶金反響反響動力學(xué)，即所謂三傳一反，既是冶金反響工程學(xué)的研討范疇，又是其最重要的實際根底。工程學(xué)的研討范疇，又是其最重要的實際根底。 冶金反響工程學(xué)的過程解析對象主要是各類冶金反響工程學(xué)的過程解析對象主要是各類冶

7、金反響器，其解析方法通常是在三傳一反研討冶金反響器，其解析方法通常是在三傳一反研討根底上，對反響器內(nèi)發(fā)生的各種景象和子過程及根底上，對反響器內(nèi)發(fā)生的各種景象和子過程及其相互關(guān)系進展綜合分析，運用流動、混合及分其相互關(guān)系進展綜合分析，運用流動、混合及分布函數(shù)的概念，在一定的合理簡化假定條件下，布函數(shù)的概念，在一定的合理簡化假定條件下，經(jīng)過動量、熱量和物料的衡算來建立反響器操作經(jīng)過動量、熱量和物料的衡算來建立反響器操作過程數(shù)學(xué)模型，然后經(jīng)過求解該數(shù)學(xué)模型，對反過程數(shù)學(xué)模型，然后經(jīng)過求解該數(shù)學(xué)模型，對反響器操作過程進展工程學(xué)解析，獲得不同條件下響器操作過程進展工程學(xué)解析，獲得不同條件下的反響器操作特

8、性及各過程參數(shù)變化規(guī)律，尋求的反響器操作特性及各過程參數(shù)變化規(guī)律，尋求最正確操作參數(shù)反響器的優(yōu)化操作和確定合最正確操作參數(shù)反響器的優(yōu)化操作和確定合理的反響器尺寸和構(gòu)造參數(shù)反響器優(yōu)化設(shè)計。理的反響器尺寸和構(gòu)造參數(shù)反響器優(yōu)化設(shè)計。 根據(jù)小型實驗安裝獲得的數(shù)據(jù)和結(jié)果來設(shè)計根據(jù)小型實驗安裝獲得的數(shù)據(jù)和結(jié)果來設(shè)計工業(yè)規(guī)模反響器。工業(yè)規(guī)模反響器。 以類似原理為根底的比例放大，適用以物理以類似原理為根底的比例放大，適用以物理變化過程為主的單元操作。對于以化學(xué)反響為中變化過程為主的單元操作。對于以化學(xué)反響為中心的反響器的比例放大，運用類似原理方法很困心的反響器的比例放大，運用類似原理方法很困難。傳統(tǒng)的冶金反響

9、器設(shè)計中通常采用逐級放大難。傳統(tǒng)的冶金反響器設(shè)計中通常采用逐級放大法。耗資耗時。法。耗資耗時。 反響工程學(xué)的比例放大法是將反響器內(nèi)部的反響工程學(xué)的比例放大法是將反響器內(nèi)部的過程分解為化學(xué)反響和各類傳送等子過程，在分過程分解為化學(xué)反響和各類傳送等子過程，在分別研討其規(guī)律的根底上，進展合理簡化，使得能別研討其規(guī)律的根底上，進展合理簡化，使得能用數(shù)學(xué)方程來描畫各個子過程，而反響其內(nèi)部發(fā)用數(shù)學(xué)方程來描畫各個子過程，而反響其內(nèi)部發(fā)生的行為和結(jié)果，可以經(jīng)過聯(lián)立求解這些方程獲生的行為和結(jié)果，可以經(jīng)過聯(lián)立求解這些方程獲得。得。 1. 小型實驗研討化學(xué)反響規(guī)律，建立宏觀動力學(xué)小型實驗研討化學(xué)反響規(guī)律，建立宏觀動

10、力學(xué)方程，確定其動力學(xué)參數(shù)；方程，確定其動力學(xué)參數(shù)；2. 冷模型實驗研討傳送過程規(guī)律，建立傳送過冷模型實驗研討傳送過程規(guī)律，建立傳送過程方程，確定各傳送過程參數(shù)；程方程，確定各傳送過程參數(shù)；3. 在在1和和2的根底上，建立反響器操作過程數(shù)學(xué)的根底上，建立反響器操作過程數(shù)學(xué)模型，求解，預(yù)測實踐反響器性能，優(yōu)選其尺模型，求解，預(yù)測實踐反響器性能，優(yōu)選其尺寸和操作條件；寸和操作條件；4. 在在3結(jié)果指點下，建立中間實驗反響器，檢驗結(jié)果指點下，建立中間實驗反響器，檢驗數(shù)學(xué)模型的等效性，修正模型，確定模型參數(shù)；數(shù)學(xué)模型的等效性，修正模型，確定模型參數(shù)；5. 根據(jù)修正后的數(shù)學(xué)模型，用計算機設(shè)計消費根據(jù)修正

11、后的數(shù)學(xué)模型，用計算機設(shè)計消費規(guī)模的反響器。規(guī)模的反響器。 冶金反響工程學(xué)的中心是對冶金反響器內(nèi)發(fā)冶金反響工程學(xué)的中心是對冶金反響器內(nèi)發(fā)生的過程進展定量的工程學(xué)解析。因此，無論是生的過程進展定量的工程學(xué)解析。因此，無論是在改良和強化反響器操作中，尋覓最優(yōu)化操作條在改良和強化反響器操作中，尋覓最優(yōu)化操作條件，還是在新技術(shù)、新流程開發(fā)中，指點設(shè)計、件，還是在新技術(shù)、新流程開發(fā)中，指點設(shè)計、處理比例放大問題，都必需對所研討的對象進展處理比例放大問題，都必需對所研討的對象進展定量描畫，即用數(shù)學(xué)公式來描畫各類參數(shù)之間的定量描畫，即用數(shù)學(xué)公式來描畫各類參數(shù)之間的關(guān)系，這就是數(shù)學(xué)模型。關(guān)系，這就是數(shù)學(xué)模型。

12、 流體流動過程有流體流動過程有Navier-Stokes方程，傳熱過方程，傳熱過程為程為Fourier定律，傳質(zhì)過程為定律，傳質(zhì)過程為Fick定律，化學(xué)定律，化學(xué)反響速率為質(zhì)量作用定律。這些定律都是微分方反響速率為質(zhì)量作用定律。這些定律都是微分方程式。程式。 宏觀反響動力學(xué)方程經(jīng)常運用綜合反響速度式。對于宏觀反響動力學(xué)方程經(jīng)常運用綜合反響速度式。對于均相體系可用普通的化學(xué)動力學(xué)方法描畫；而對于冶金均相體系可用普通的化學(xué)動力學(xué)方法描畫；而對于冶金中常見的各類多相反響，要根據(jù)所選用的反響模型寫出中常見的各類多相反響，要根據(jù)所選用的反響模型寫出相應(yīng)的綜合反響速度式。相應(yīng)的綜合反響速度式。 在建立反響

13、工程模型時，應(yīng)該排除對實踐反響過程在建立反響工程模型時，應(yīng)該排除對實踐反響過程速度本質(zhì)上幾乎沒有影響的子過程，以便獲得盡能夠簡速度本質(zhì)上幾乎沒有影響的子過程，以便獲得盡能夠簡化的數(shù)學(xué)表達式；對于綜合反響速度式本身的容量要素，化的數(shù)學(xué)表達式；對于綜合反響速度式本身的容量要素，應(yīng)根據(jù)反響體系特征，可以是單位床層體積、單個顆粒、應(yīng)根據(jù)反響體系特征，可以是單位床層體積、單個顆粒、某相的單位體積或單位面積。某相的單位體積或單位面積。 綜合反響速度式中的動力學(xué)參數(shù)，如反響速度常數(shù)、綜合反響速度式中的動力學(xué)參數(shù)，如反響速度常數(shù)、邊境層傳質(zhì)系數(shù)和多孔體內(nèi)的分散系數(shù)等，在沒有準(zhǔn)確邊境層傳質(zhì)系數(shù)和多孔體內(nèi)的分散系

14、數(shù)等，在沒有準(zhǔn)確的可利用資料時，應(yīng)經(jīng)過小型運用獲得最根底的資料。的可利用資料時，應(yīng)經(jīng)過小型運用獲得最根底的資料。 包括質(zhì)量、熱量和動量的傳送。包括質(zhì)量、熱量和動量的傳送。 對于可以看作等溫過程的數(shù)學(xué)模型只需對于可以看作等溫過程的數(shù)學(xué)模型只需求建立傳質(zhì)和流動過程的數(shù)學(xué)表達式；對于求建立傳質(zhì)和流動過程的數(shù)學(xué)表達式；對于非等溫過程，還要有傳熱過程方程。傳送過非等溫過程，還要有傳熱過程方程。傳送過程規(guī)律及有關(guān)參數(shù)普通需求經(jīng)過實驗求取，程規(guī)律及有關(guān)參數(shù)普通需求經(jīng)過實驗求取，其中冷模型實驗是常利用的手段，也可以借其中冷模型實驗是常利用的手段，也可以借用現(xiàn)有類似消費安裝或文獻數(shù)據(jù)。用現(xiàn)有類似消費安裝或文獻數(shù)

15、據(jù)。 在建立數(shù)學(xué)模型時，常需求對整個體系或其中一部在建立數(shù)學(xué)模型時，常需求對整個體系或其中一部分進展質(zhì)量、能量、動量的平衡計算。在一定簡化假設(shè)分進展質(zhì)量、能量、動量的平衡計算。在一定簡化假設(shè)條件下，就反響器內(nèi)某一代表性單元體積或整個反響條件下，就反響器內(nèi)某一代表性單元體積或整個反響器體積內(nèi)的各相，對所研討的物理量如質(zhì)量、熱量器體積內(nèi)的各相，對所研討的物理量如質(zhì)量、熱量和動量等分別列出一切的輸入速度和輸出速度。和動量等分別列出一切的輸入速度和輸出速度。 衡算的原那么是守恒定律，衡算方程通式為：衡算的原那么是守恒定律，衡算方程通式為：各輸入速度總和各輸入速度總和各輸出速度總和各輸出速度總和總耗費速

16、度總耗費速度 =積累速度積累速度 該式為反響工程數(shù)學(xué)模型中最根本的方程。該式為反響工程數(shù)學(xué)模型中最根本的方程。 質(zhì)量物料和熱量衡算方程通式分別為：質(zhì)量物料和熱量衡算方程通式分別為：流入速度流入速度-流出速度流出速度-反響耗費速度反響耗費速度=積累速度積累速度伴隨物料流入的熱輸入速度伴隨物料流入的熱輸入速度-伴隨物料流出的熱輸出速度伴隨物料流出的熱輸出速度+反響放熱速度反響放熱速度-與系統(tǒng)外熱交換的熱損失速度與系統(tǒng)外熱交換的熱損失速度=蓄熱速度。蓄熱速度。 必需確定數(shù)學(xué)表達方程式中的系數(shù)。有兩類通必需確定數(shù)學(xué)表達方程式中的系數(shù)。有兩類通稱為模型參數(shù)：稱為模型參數(shù)： 一類是和過程的運動變化親密相關(guān)

17、的，如反響一類是和過程的運動變化親密相關(guān)的，如反響動力學(xué)常數(shù)、湍流粘度系數(shù)和傳質(zhì)傳熱系數(shù)等，動力學(xué)常數(shù)、湍流粘度系數(shù)和傳質(zhì)傳熱系數(shù)等，這些系數(shù)往往要和傳送過程聯(lián)立求解；這些系數(shù)往往要和傳送過程聯(lián)立求解； 另一類為介質(zhì)的物理性質(zhì)，如密度、粘度、分另一類為介質(zhì)的物理性質(zhì)，如密度、粘度、分散系數(shù)和熱導(dǎo)率等，需求經(jīng)過實驗測定。散系數(shù)和熱導(dǎo)率等，需求經(jīng)過實驗測定。 有些參數(shù)可以從文獻資料中援用，有些如綜有些參數(shù)可以從文獻資料中援用，有些如綜合反響速度常數(shù)、相間接觸面積和關(guān)鍵的傳送過合反響速度常數(shù)、相間接觸面積和關(guān)鍵的傳送過程速度系數(shù)等往往須由實驗求取。程速度系數(shù)等往往須由實驗求取。 不同的冶金反響和冶金

18、過程，所實驗不同的冶金反響和冶金過程，所實驗的反響器種類和構(gòu)造性能均不同。的反響器種類和構(gòu)造性能均不同。 冶金反響器的分類及適用單元過程冶金反響器的分類及適用單元過程分類根據(jù)分類根據(jù)反響器類別反響器類別冶金反響器實例冶金反響器實例適用冶金單元過程實例適用冶金單元過程實例外形外形管式管式槽式槽式回轉(zhuǎn)窯，豎爐回轉(zhuǎn)窯，豎爐轉(zhuǎn)爐，精練鋼包轉(zhuǎn)爐，精練鋼包焙燒，復(fù)原，燒成焙燒，復(fù)原，燒成精練，吹煉精練，吹煉操作方式操作方式間歇式間歇式延續(xù)式延續(xù)式半間歇式半間歇式轉(zhuǎn)爐，固定床豎爐轉(zhuǎn)爐，固定床豎爐挪動床豎爐，回轉(zhuǎn)窯挪動床豎爐，回轉(zhuǎn)窯噴粉精練鋼包噴粉精練鋼包精練，吹煉，復(fù)原精練，吹煉，復(fù)原復(fù)原，燒成復(fù)原，燒成精

19、煉精煉物料流動形狀物料流動形狀活塞流活塞流完全混合流完全混合流非理想流動非理想流動理想管式反響器理想管式反響器理想槽式反響器理想槽式反響器流態(tài)化反響器流態(tài)化反響器 復(fù)原，煤的氣化復(fù)原，煤的氣化反響體系相態(tài)反響體系相態(tài)均相均相氣固氣固液固液固氣液氣液液液液液固固固固氣液固氣液固氣體熄滅器氣體熄滅器氣固流化床，豎爐氣固流化床，豎爐浸出槽，液固流化床浸出槽，液固流化床轉(zhuǎn)爐，轉(zhuǎn)爐，RH鋼包鋼包有機溶劑萃取器有機溶劑萃取器回轉(zhuǎn)窯回轉(zhuǎn)窯閃速熔煉爐，燒結(jié)機閃速熔煉爐，燒結(jié)機煤的熄滅煤的熄滅焙燒，復(fù)原，燒成焙燒，復(fù)原，燒成浸出，熔化，凝固浸出，熔化，凝固精練，吹煉精練，吹煉萃取萃取焙燒，復(fù)原，燒成焙燒，復(fù)原，

20、燒成復(fù)原，熔煉，燒結(jié)復(fù)原，熔煉，燒結(jié)傳熱方式傳熱方式外部熱交換外部熱交換絕熱絕熱高爐爐缸，連鑄結(jié)晶器高爐爐缸，連鑄結(jié)晶器近似處置的氧氣轉(zhuǎn)爐近似處置的氧氣轉(zhuǎn)爐鑄造鑄造 宏觀動力學(xué)的義務(wù)就是研討在工業(yè)消費條宏觀動力學(xué)的義務(wù)就是研討在工業(yè)消費條件下過程進展的速度。它不同于微觀動力學(xué)之件下過程進展的速度。它不同于微觀動力學(xué)之處在于：除化學(xué)反響外，還要思索到其它的物處在于：除化學(xué)反響外，還要思索到其它的物理過程，即傳質(zhì)過程、傳熱過程和動量傳送過理過程，即傳質(zhì)過程、傳熱過程和動量傳送過程。程。 主要是運用數(shù)學(xué)模型，即對體系的反響情主要是運用數(shù)學(xué)模型，即對體系的反響情況加以簡化，使其能用一定的數(shù)學(xué)式表示反響

21、況加以簡化，使其能用一定的數(shù)學(xué)式表示反響速度與其影響要素間的關(guān)系。速度與其影響要素間的關(guān)系。 微觀動力學(xué)主要涉及到均相反響，微觀動力學(xué)主要涉及到均相反響，而宏觀動力學(xué)可以是均相，也可以而宏觀動力學(xué)可以是均相，也可以是非均相反響。多數(shù)冶金反響發(fā)生是非均相反響。多數(shù)冶金反響發(fā)生在不同相的相間，屬于多相反響在不同相的相間，屬于多相反響,也也有均相反響。有均相反響。 冶金相間反響的分類和實例冶金相間反響的分類和實例界面類型反響類型實 例氣固 S1+G=S2S1+G1=S2+G2S1=S2+GS1+G1=G2金屬的氧化氧化物氣體復(fù)原氧化物、碳硫酸鹽分解碳熄滅氣液L1+G=L2L1+G1=L2+G2氣體吸

22、收冰銅吹煉，吹氧煉銅液液 L1=L2 溶劑萃取，渣金反響液固L1+S=L2L1+S1=L2+S2溶劑浸出置換沉淀固固S1+S2=S3+GS1+S2=S3+S4S1+S2=S3氧化物碳復(fù)原氧鹵化物金屬復(fù)原合金化，固體滲碳，金屬氧化物陶瓷化注：G氣體；S固體；L液體1 分步驟完成分步驟完成 由于反響物分別存在于不同相內(nèi)，各相由于反響物分別存在于不同相內(nèi)，各相主體中的反響物必需不斷傳輸?shù)椒错懡缑?，流體主體中的反響物必需不斷傳輸?shù)椒错懡缑妫黧w反響產(chǎn)物必需適時地分開界面并傳輸?shù)街黧w中去，反響產(chǎn)物必需適時地分開界面并傳輸?shù)街黧w中去，反響才干繼續(xù)進展，而固體反響產(chǎn)物那么導(dǎo)致反反響才干繼續(xù)進展，而固體反響產(chǎn)

23、物那么導(dǎo)致反響界面挪動。因此，過程是分步驟完成的。普通響界面挪動。因此，過程是分步驟完成的。普通條件下，阻力最大的步驟將決議過程總速度，為條件下，阻力最大的步驟將決議過程總速度，為限制環(huán)節(jié)，或控制步驟。限制環(huán)節(jié)，或控制步驟。2 界面積和幾何外形界面積和幾何外形 由于綜合反響速度正比于反響界面積，因由于綜合反響速度正比于反響界面積，因此，固體顆粒的幾何外形對過程進展速度有重此，固體顆粒的幾何外形對過程進展速度有重要影響。固體粉料的流態(tài)化、噴粉精練、液體要影響。固體粉料的流態(tài)化、噴粉精練、液體霧化和乳化及氣體鼓泡和放射等都是增大相間霧化和乳化及氣體鼓泡和放射等都是增大相間反響界面積，強化過程的重要

24、手段。隨反響的反響界面積，強化過程的重要手段。隨反響的進展，球形或圓柱顆粒的反響界面積不斷減少，進展，球形或圓柱顆粒的反響界面積不斷減少，而平板或圓盤狀固體的反響界面積根本不變。而平板或圓盤狀固體的反響界面積根本不變。3 界面的性質(zhì)界面的性質(zhì) 界面張力、界面吸附景象、界面潤濕界面張力、界面吸附景象、界面潤濕性及界面電化學(xué)景象等界表面景象對性及界面電化學(xué)景象等界表面景象對相間反響進展的速度有很大影響。相間反響進展的速度有很大影響。 (4) 流體相的流動速度流體相的流動速度 當(dāng)傳質(zhì)為控制環(huán)節(jié)時，增大氣體流速當(dāng)傳質(zhì)為控制環(huán)節(jié)時，增大氣體流速可提高氣體可提高氣體固體間反響過程速度，強化固體間反響過程速

25、度，強化攪拌會使液體攪拌會使液體固體間反響速度增大。固體間反響速度增大。 5 相比相比 相間反響中兩相體積或質(zhì)量比稱為相相間反響中兩相體積或質(zhì)量比稱為相比。相比不同可使過程中反響物濃度甚至溫度比。相比不同可使過程中反響物濃度甚至溫度變化不同，從而對過程速度有明顯影響，甚至變化不同，從而對過程速度有明顯影響，甚至改動過程控制步驟。如固改動過程控制步驟。如固液比大的體系，反液比大的體系，反響過程中液相反響物濃度顯著降低，反響速度響過程中液相反響物濃度顯著降低，反響速度也隨之下降，過程的控制環(huán)節(jié)能夠由化學(xué)反響也隨之下降，過程的控制環(huán)節(jié)能夠由化學(xué)反響轉(zhuǎn)化為分散步驟；固轉(zhuǎn)化為分散步驟；固液比小時，液相反

26、響物液比小時，液相反響物濃度變化較小，過程中反響速度變化不大。濃度變化較小，過程中反響速度變化不大。 (6)固體產(chǎn)物性質(zhì)固體產(chǎn)物性質(zhì) 對于有固體產(chǎn)物在反響物外表構(gòu)成并生對于有固體產(chǎn)物在反響物外表構(gòu)成并生長的反響，固體產(chǎn)物層的分散阻力隨著產(chǎn)物長的反響，固體產(chǎn)物層的分散阻力隨著產(chǎn)物層致密程度和厚度的添加而增大。假設(shè)固體層致密程度和厚度的添加而增大。假設(shè)固體產(chǎn)物層很疏松，那么流體反響物能分散經(jīng)過產(chǎn)物層很疏松，那么流體反響物能分散經(jīng)過該產(chǎn)物層到達反響界面，使反響可以繼續(xù)進該產(chǎn)物層到達反響界面，使反響可以繼續(xù)進展；當(dāng)產(chǎn)物層非常致密時，過程速度大幅度展；當(dāng)產(chǎn)物層非常致密時，過程速度大幅度降低，甚至導(dǎo)致反響

27、不能繼續(xù)進展。降低，甚至導(dǎo)致反響不能繼續(xù)進展。 7 溫度的影響溫度的影響 雖然傳質(zhì)和化學(xué)反響速度均隨溫度提高而添加，但雖然傳質(zhì)和化學(xué)反響速度均隨溫度提高而添加，但溫度對前者的影響比后者小得多。對于通常得化學(xué)反響，溫度對前者的影響比后者小得多。對于通常得化學(xué)反響，其速度常數(shù)與溫度的關(guān)系遵照其速度常數(shù)與溫度的關(guān)系遵照Arrenius定律，其活化能定律，其活化能大于大于40kj/mol。對于傳質(zhì)過程，只需固體中的原子分散。對于傳質(zhì)過程，只需固體中的原子分散系數(shù)與溫度具有指數(shù)關(guān)系且具有很高的活化能，而氣體系數(shù)與溫度具有指數(shù)關(guān)系且具有很高的活化能，而氣體的分子分散系數(shù)通常與溫度的的分子分散系數(shù)通常與溫度

28、的1.52次方成正比，液體次方成正比，液體的分子分散系數(shù)僅與溫度的的分子分散系數(shù)僅與溫度的1次方成正比。因此，對于次方成正比。因此，對于流體與固體間反響的綜合速度常數(shù)，為化學(xué)反響控制時，流體與固體間反響的綜合速度常數(shù)，為化學(xué)反響控制時，活化能應(yīng)大于活化能應(yīng)大于40kj/mol；在傳質(zhì)為控制步驟時，活化能；在傳質(zhì)為控制步驟時，活化能普通為普通為413kj/mol；而混合控制時，活化能為；而混合控制時，活化能為2025kj/mol。對于同一反響，有能夠在低溫下是化學(xué)反響。對于同一反響，有能夠在低溫下是化學(xué)反響控制，隨著溫度的升高，轉(zhuǎn)化為混合控制，并在更高溫控制，隨著溫度的升高，轉(zhuǎn)化為混合控制，并在

29、更高溫度下，分散傳質(zhì)成為限制環(huán)節(jié)。度下，分散傳質(zhì)成為限制環(huán)節(jié)。反響速率與濃度的關(guān)系反響速率與溫度的關(guān)系2.1 2.1 化學(xué)反響過程的速率化學(xué)反響過程的速率冶金反響按相分類表均相反響 氣相反響 2SO2+O2=2SO3 液相反響 2CuS(l)=Cu2S(l)+1/2S2(l) 氣固相反響 Fe3O4(s)+H2(g)=3FeO(s)+H2O(g) 液固相反響 AlOOH(s)+NaOH(l)=NaAlO2(l)+H2O(l)非均相反響 氣液相反響 C(l)+1/2O2(g)=CO(g) 液液相反響 Mn(l)+(FeO)(l)=(MnO)(l)+Fe(l) 固固相反響 W(s)+C(s)=WC

30、(s) 均相反響指氣相或單一液相中發(fā)生的均相反響指氣相或單一液相中發(fā)生的反響，通常液相中的反響可以為是恒容反響，通常液相中的反響可以為是恒容反響，氣相反響因受壓力變化的影響，反響，氣相反響因受壓力變化的影響，可分為恒容和恒壓兩種情況?？煞譃楹闳莺秃銐簝煞N情況。 l l 單一反響速率方程單一反響速率方程式式 不可逆單一反響不可逆單一反響表達式：表達式： A RA R 假設(shè)為一級反響，假設(shè)為一級反響，那么：那么： l l 連串反響速率方程式連串反響速率方程式 許多水解反響、鹵化反許多水解反響、鹵化反響、氧化反響都是連串反響。響、氧化反響都是連串反響。 例：閃速熔煉過程中例：閃速熔煉過程中 ZnS+

31、1.5O2=ZnO+SO2ZnS+1.5O2=ZnO+SO2 2ZnO+ZnS=3Zn2ZnO+ZnS=3Zn+SO2+SO2 連串反響的方式為：連串反響的方式為： l l 平行反響速率方程式平行反響速率方程式 許多分解反響、取代反許多分解反響、取代反響、加成反響都是平行反響。響、加成反響都是平行反響。 例：冰銅熔煉造渣過程例：冰銅熔煉造渣過程 FeS+1.5O2=FeO+SO2FeS+1.5O2=FeO+SO2 3FeS+5O2=Fe3O4+3SO23FeS+5O2=Fe3O4+3SO2 以一級反響為例：以一級反響為例： l l 可逆反響速率方程可逆反響速率方程式式 化學(xué)平衡常數(shù)大化學(xué)平衡常

32、數(shù)大的反響可忽略逆反響。當(dāng)逆反響不可忽的反響可忽略逆反響。當(dāng)逆反響不可忽略時，需求研討可逆反響的速率問題。略時，需求研討可逆反響的速率問題。 正逆反響均為一正逆反響均為一級的反響：級的反響： A A R Rk1k2 動力學(xué)的義務(wù)是研討反響速率過程的動力學(xué)的義務(wù)是研討反響速率過程的影響要素，確定反響級數(shù)、反響速率常數(shù)，影響要素，確定反響級數(shù)、反響速率常數(shù)，并建立適當(dāng)?shù)膭恿W(xué)方程。并建立適當(dāng)?shù)膭恿W(xué)方程。 動力學(xué)方程中的各項參數(shù)只能經(jīng)過實動力學(xué)方程中的各項參數(shù)只能經(jīng)過實驗來確定。驗來確定。 實驗方法：間歇實驗和延續(xù)實驗實驗方法：間歇實驗和延續(xù)實驗 先在固定溫度下確定反響速率與濃度先在固定溫度下確定反響速率與濃度的關(guān)系，求出級數(shù)；的關(guān)系，求出級數(shù)； 在不同溫度下求出速率常數(shù)與溫度的在不同溫度下求出速率常數(shù)與溫度的關(guān)系。關(guān)系。 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)求速率方程式的方法有：根據(jù)實驗數(shù)據(jù)求速率方程式的方法有： 積分法積分法 微分法微分法 半衰期法等半衰期法等 積分法適用于間歇實驗。積分法適用于間歇實驗。 首先假設(shè)反響的級數(shù)與速率方程，然首先假設(shè)反響的級數(shù)與速率方程，然后在一定溫度下測定反響物濃度的變化與后