冶金反应工程学基础

目录

1绪论

1.1冶金科学的发展及冶金反应工程学

1.2冶金反应工程学的范畴及与相关学科的关系

1.2.1传递过程

1.2.2冶金宏观动力学

1.2.3过程解析

1.2.4比例放大

1.3冶金反应工程学的数学模型

1.3.1反应器内各主要反应的宏观动力学方程

1.3.2反应器内主要传递过程方程

1.3.3衡算方程

1.3.4方程中的系数

1.4冶金反应器的分类

习题

参考文献

第一篇 冶金宏观动力学概论

2气体－固体间反应

2.1引言

2.2不生成固体产物层的无孔颗粒与气体间反应

2.2.1反应过程描述及模型化

2.2.2反应过程数学模型的解

2.3生成固体产物层的无孔颗粒与气体间反应

2.3.1反应过程描述及模型化——缩小的未反应核模型

2.3.2反应过程数学模型的解及讨论

2.3.3反应过程数学模型解的扩展

2.4多孔固体与气体间反应

2.4.1多孔固体的气化反应

2.4.2有固体产物生成的多孔固体与气体间的反应

习题

参考文献

3气体－液体间反应

3.1气泡与液体间反应

3.1.1气泡的形成

3.1.2气泡在液体中的运动

3.1.3气泡与液体间的传质

3.1.4气泡与液体间的反应

3.2持续接触的气液相间反应

3.2.1气液间传质理论概述

3.2.2界膜模型在气液反应中的应用

习题

参考文献

4液体－液体间反应

4.1渣和金属反应概述

4.2渣和金属反应的速度表达式

习题

参考文献

5液体－固体间反应

5.1固体在液态金属中的溶解

5.1.1供热为控制步骤情况

5.1.2液体边界层内扩散为控制步骤情况

5.2浸出过程

5.2.1浸出反应过程

5.2.2浸出过程解析

习题

参考文献

6固体－固体间反应

6.1固体－固体加成反应模型

6.1.1化学反应控制模型

6.1.2扩散控制模型

6.2有气体中间产物的固－固反应模型

6.2.1模型表达式

6.2.2极限情况的讨论

习题

参考文献

第二篇 反应器理论基础

7理想反应器

7.1有关理想反应器的基本概念

7.1.1理想流动模型和理想反应器

7.1.2停留时间、空间时间和空间速度

7.1.3反应器分析与设计的基础

7.2间歇式全混槽

7.2.1基本方程

7.2.2等温操作的解

7.2.3绝热操作的解

7.2.4间歇式全混槽设计计算举例

7.3连续式全混槽

7.3.1基本方程

7.3.2等温等容解

7.3.3连续式全混槽设计计算举例

7.4半连续式全混槽

7.4.1第一种情况的物质衡算方程

7.4.2第二种情况的物质衡算方程

7.4.3热量衡算方程

7.5活塞流反应器

7.5.1基本方程

7.5.2绝热解和等温解

7.5.3活塞流反应器设计计算举例

7.6串联全混槽

7.6.1只有一种流体的情况

7.6.2有两种流体的情况

7.7理想反应器的比较

7.7.1操作特性的比较

7.7.2转化率的比较

7.7.3反应器容积的比较

7.7.4理想反应器数学模型的启示

7.8反应器选择的一般原则

7.8.1单一反应

7.8.2复杂反应

习题

参考文献

8非理想流动反应器

8.1停留时间分布

8.1.1停留时间分布概念

8.1.2停留时间分布函数

8.2停留时间分布函数的数学特性

8.2.1分布的均值t

8.2.2分布的方差σ2

8.2.3δ函数和单位阶梯函数

8.2.4卷积分

8.2.5传递函数

8.3停留时间分布的实验测定

8.3.1刺激－响应实验技术

8.3.2C曲线和E曲线

8.3.3F曲线

8.3.4闭式反应器中不同流动类型的F C和E曲线

8.4停留时间分布信息的应用

8.4.1利用分布的方差判断流动类型

8.4.2利用分布曲线分析流体流动状态

8.4.3利用分布函数预测反应的效率

8.5非理想流动反应器数学模型

8.5.1扩散模型

8.5.2槽列模型

8.5.3组合模型

8.5.4示踪剂法测定技术和非理想流动模型在冶金中的应用举例

习题

参考文献

9搅拌和反应器内液体的混合

9.1搅拌对冶金反应的意义

9.2冶金中应用的搅拌方式

9.3气体搅拌

9.3.1气体搅拌的类型

9.3.2混合时间的实验测定

9.3.3tm与ε之间关系的理论分析

9.3.4气体搅拌功率的计算

9.4机械搅拌

9.4.1搅拌器的主要参数

9.4.2机械搅拌的功率密度

9.5电磁搅拌

9.5.1概述

9.5.2电磁搅拌的类型

9.5.3电磁搅拌的基本理论分析

9.5.4电磁搅拌在冶金中的应用举例

习题

参考文献

第三篇 典型冶金反应器的操作特性及解析方法

10冶金过程的物理模拟

10.1概述

10.1.1模化法——人类认识自然的一种科学的研究方法

10.1.2物理模拟实验的意义

10.1.3物理模拟的一般原则

10.1.4冶金研究中物理模型的分类

10.2相似特征数的求法

11.2.1相似原理——物理模拟的理论基础

10.2.2相似特征数的求法

10.2.3无因次方程的获得

10.3物理模拟实验

10.3.1探索性实验

10.3.2确定物理模型实验条件

10.3.3半严格的物理模型实验

10.3.41：1几何相似比的应用

10.3.5流动显示和测试技术简介

习题

参考文献

11数学模拟和数学模型化方法

11.1数学模型的分类

11.1.1按对现象认识程度的数学模型分类

11.1.2按其他特征的数学模型分类

11.2建立数学模型的步骤

11.2.1初步研究

11.2.2建立数学模型

11.2.3模型参数的估算

11.2.4编制程序和计算

11.2.5数学模型适用性检验

11.3数学模型的选择

习题

参考文献

12冶金气－固反应器

12.1固定床反应器操作特性解析

12.1.1非催化反应等温固定床操作特性解析

12.1.2以气体净化为目的的固定床操作解析

12.2移动床反应器操作特性解析

12.2.1移动床反应器操作解析概述

12.2.2逆流式移动床反应器等温操作解析

12.2.3非等温逆流式移动床反应器内的温度分布

12.3流化床反应器

12.3.1流化床反应器操作解析概述

12.3.2间歇式等温非催化反应流化床反应器的操作解析

12.3.3多段连续式等温流化床反应器的操作解析

12.3.4流化床反应器的两相模型

12.4回转窑反应器

12.4.1回转窑操作特点及数学模型概述

12.4.2回转窑过程数学模型及其应用

习题

参考文献

13冶金气－液反应器

13.1冶金气－液反应器及其数学模型研究概述

13.2氧气射流及液面冲击坑的形状和表面积

13.2.1拉伐尔喷嘴的氧气射流

13.2.2液面冲击坑的形状和表面积

13.3底吹氩钢包流动的数学模型

13.3.1气液两相流模型

13.3.2流函数－涡量法

13.4真空脱气反应器（钢包）的数学模型

13.4.1RH真空脱气过程模型

13.4.2RH真空脱气钢包内钢水流动及脱碳反应模型

习题

参考文献

14冶金液－液反应器

14.1渣金反应为主的冶金反应器操作解析概述

14.2不同接触方式的渣金反应操作解析

14.2.1间歇式持续接触

14.2.2渣滴连续通过金属相的短促接触

14.2.3金属滴连续通过渣相的短促接触

14.2.4连续式渣金两相逆流接触

14.3浸入式喷粉精炼过程数学模型

14.3.1模型假定

14.3.2基本方程的推导

14.3.3渣相中硫化物饱和时的修正

14.3.4数值计算方法及对喷粉实验的模拟计算结果

习题

参考文献

附录I 物理量和化学量的因次

附录Ⅱ 常用无因次特征数

附录Ⅲ 不同坐标系中的Navier－St0kes方程和扩散方程

附录Ⅳ 常用物质的物性值选辑

主题索引

主要符号表