2012冶金反应工程学复习
冶金反应工程学
冶金反应工程学班级:冶金10-A4姓名：孙征学号：120103402010冶金反应工程学的概念： (3)冶金反应工程学的研究内容： (3)冶金反应宏观动力学与传统化学动力学的区别： (3)积分法与微分法求取化学反应动力学参数的比较： (4)（辽宁科技大学材料与冶金学院，鞍山114000）摘要：主要介绍冶金反应工程学的内容与优缺点，以及与传统冶金学的联系。
关键词：工程学积分法微分法参数比较冶金反应工程学的概念：冶金反应工程学，简略地说，就是研究冶金工业中反应规律及其应用于反应器选型设计的方法。
它应用于对原有反应器的改进，新型反应器的开发研制以及各种反应器的操作条件与效果之间关系的解析，从而确定最优条件和最优设计。
冶金反应工程学的研究内容：反应工程学方法中的一方面内容是比例放大和中间试验工场问题。
所谓“比例放大”是指在小型试验装置进行试验所得数据的基础上，能以怎样的规模扩大设计工业生产装置。
一般地说，如果对象过程是以物理变化为主的话，利用相似方法就基本可以了。
然而对存在极其复杂的化学反应的冶金装置，只利用物理相似就显得卜分不足和相当困难了。
尽管如此，仍不乏人从事或尝试着冶金反应装置的比例放大方面的研究。
反应工程学方法的另方面内容是过程体系和过程设计问题。
所谓过程体系是指由多个具有独立变化能力的单个过程联合组成的完整系统过程。
过程设计研究对这类过程体系进行综合分析和过程的合理组合等问题。
冶金反应宏观动力学与传统化学动力学的区别：宏观动力学是反应工程学中最基本的内容。
关于反应速度问题，在物理化学或化学动力学中均有详细的论述，但是它们关于反应速度的研究多是限定在纯化学反应上的，对此可以称之为“微观动力学”。
在实际反应装置内所发生的反应过程中，化学反应总是有热和物质的传递相伴随的。
对反应装置内反应过程的进行速度，必须将化学反应速度与传热、传质速度一并予以考虑。
这种既考虑化学反应过程速度又考虑物理移动过程速度的反应动力学称为“宏观动力学”，此种过程的反应速度称为“综合反应速度”。
冶金反应工程
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：“实验室一一中间试验一一工业生产”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、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力学作了较全面的论述。
冶金工程概论复习要点
脱氧常数K、常用脱氧元素的脱氧能力顺序、复合脱氧及常用的 复合脱氧剂， 3.3 脱氧产物
一次脱氧产物、二次脱氧产物、三次脱氧产物，沉淀脱氧动力学 (脱氧反应、脱氧产物形核、长大、上浮等)、Stokes定律运用计算 3.4 非金属夹杂物
5.7 电炉预热技术 竖炉技术、双炉壳技术、Consteel 电炉技术的各自特 点
5.8 电炉加铁水及余热回收技术 加铁水的作用及利弊等
5.9 直流电炉的特点
六、炉外精炼工艺
6.1 炉外精炼的内容及功能（手段）、升温的方法、搅拌的方 法、
6.2 LF、 VD、VOD、RH 、RH-OB、CAS工艺特点、功能 及冶金效果
供电的基本知识、供氧的目的及方法、各方法的特点，供电与 供氧的关系 5.4 电炉炼钢的物料及热平衡
电炉热量的来源、物料及热平衡计算方法，电能的计算
五、电炉炼钢工艺-2
5.5 合金加入量的计算方法 包括钢种的成分配平、增碳量等
5.6 泡沫渣的作用 形成条件及造泡沫渣的方法、影响泡沫渣的因素、泡沫 渣的作用
热力学分析、热效应、氧化程度 、温度对脱锰反应的影响 2.6 脱磷反应
有利于脱磷因素、炉渣的重要作用、高磷及超低磷工艺、回磷的原因及解决 2.7 脱硫反应
脱硫的方法及工艺、有利于脱硫因素、炉渣的重要作用、金属脱硫及气化脱硫、 回硫的原因及控制策略、衡量脱硫渣能力的方法
三、脱氧与钢中非金属夹杂物
3.1 脱氧方式 脱氧的重要性、总氧的概念、终点氧的控制、挡渣技术（转炉与
6.3 吹氩、喷粉、喂丝工艺的特点、功能及冶金效果 6.4 高洁净度炼钢的方法
超低硫钢的生产工艺、超低磷生产工艺、超低碳生产工艺 6.4 轴承钢、不锈钢、IF钢、管线钢等的冶炼
2012现代冶金学考试题目
一、名词详解（共20分，每小题5分）
1. 湿法冶金
2. 化学精炼
3. 炉外精炼
4. 非高炉炼铁
二、简答题（共20分,每小题4分）
1. 写出火法冶金熔炼过程的主要反应方程并列举代表生产。
2. 简述湿法冶金浸出及溶液净化工艺的主要类型。
3. 简述电化冶金的分类。
4. 简述高炉炼铁烧结工艺的作用及烧结过程的主反应。
5. 简述顶底复吹炼钢工艺的优缺点。
三、回答分析题（共40分,每小题8分）
1. 写出高炉脱硫反应方程，从热力学及动力学角度分析高炉冶炼过程降低生铁[S]含量的措施。
2. 写出氧气顶吹转炉脱磷反应方程，从热力学及动力学角度分析转炉冶炼过程降低钢中[P]含量的措施。
3. 从热力学角度分析说明TiCl4生产反应机理，并阐述影响氯化速度的因素。
4. 画出拜耳法氧化铝生产工艺流程图，分析说明拜耳法及拜耳—烧结联合法的工艺特点。
5. 画出湿法炼锌的生产工艺流程图，分析影响浸出速度及浸出率的因素，并阐述现代锌冶金在浸出工艺技术上的发展。
另外，让大家关注一下我国有色冶金行业的发展状况。
冶金反应工程学复习题
冶金反应工程学复习题一、填空题1、冶金生产中的（ ）、（ ）、（ ）、加热、相变、变形、再结晶过等程，都在（ ）中进行，其热力学、动力学规律都符合（ ）的理论研究成果。
2、冶金反应工程学是（ ）的研究工业装置（反应器）中的（ ）、（ ）、（ ），明确其对冶金反应过程的影响及其规律的科学。
是运用解析手段分析所提出的数学模型；为改进（ ）性能、提高（ ）、提高（ ）提供保证的“中观”的技术科学。
3、冶金反应工程学是以（ ）为研究对象，以（ ）为目的，在明确冶金（ ）和各类（ ）的基础上，研究伴随各种传递过程规律，并把二者密切结合起来形成自己独特的学科体系。
4、微观动力学研究的主要内容是研究机理和预测速度，反应速度的预测是通过测定反应的1）（ ）、2）（ ）、3）求反应活化能E 、4）给出反应速度表达式来实现的。
5、冶金宏观动力学目的为：1）弄清化学反应本身的规律（热力学、动力学）；2）弄清试验体系内物质的（ ）规律；3）用（ ）平衡关系联立求解（1）、（2)之间的相互联系。
6、在实际反应中，反应速度受到压力、温度、物质的浓度、催化剂、（ ）、（ ）等因素影响，当温度、压力一定时，反应速度决定于（ ）和催化剂的素影响。
7、在实际冶金过程的均相反应中，通常使用的反应器有（ ）、（ ）、（ ）和（ ）等四种基本型式。
8、停留时间分布可用应答技术中的（ ）和（ ）测定；前者测定的是停留时间（ ），后者测定的是停留时间（ ）。
9、物料混合分为（ ）和（ ）的混合，后者是微元体之间均匀混合为一体，并达到（ ）的均匀；其形成原因为湍动、湍旋的分割加（ ）。
10、冶金反应过程中的数学模型有（ ）、（ ）和（ ）模型三种。
11、用（ ）可直接检测出停留时间分布（ ）；用（ ）可直接检测出停留时间（ ）。
12、一级反应的混合早晚对反应结果（ ）影响；二级反应的混合早晚对反应结果（ ）影响。
13、冶金过程中气体/流体之间的传质模型主要用（ ）理论、（ ）论、（ ）论和（ ）等理论来描述。
冶金反应工程学
冶金反应工程学冶金反应工程学是研究冶金过程中各种反应的科学。
它涉及到金属矿石的还原、氧化、合成、分解等多种反应过程。
通过研究这些反应，可以优化冶金工艺，提高金属的提取率和产品质量。
冶金反应工程学的研究内容非常广泛。
首先，它研究金属矿石的还原反应。
金属矿石中的金属元素往往以氧化物的形式存在，需要通过还原反应将其转化为金属。
这涉及到金属矿石的热还原、气体还原、浸出还原等多种反应方式。
冶金反应工程学通过研究不同条件下的还原反应，确定最佳的还原工艺和工艺参数。
冶金反应工程学还研究金属矿石的氧化反应。
金属在高温下与氧气反应会生成氧化物。
氧化反应在冶金过程中非常重要，它不仅影响金属的提取率，还会对金属的质量产生重要影响。
冶金反应工程学通过研究氧化反应的动力学特性和影响因素，优化氧化工艺，减少氧化反应对金属的损失。
冶金反应工程学还研究金属的合成反应和分解反应。
合成反应是指通过化学反应合成金属或金属化合物。
分解反应是指将金属或金属化合物分解为其他物质。
这些反应在冶金工艺中也经常出现，冶金反应工程学通过研究这些反应的条件和机理，指导合成和分解过程的控制。
冶金反应工程学的研究方法主要包括实验研究和数值模拟。
实验研究通过设计实验装置和进行实验操作，获得反应过程中的数据和参数。
数值模拟则通过建立数学模型和计算方法，模拟和预测反应过程中的各种物理和化学现象。
实验研究和数值模拟相互结合，可以更全面地了解冶金反应过程，为优化冶金工艺和设计反应装置提供依据。
冶金反应工程学在冶金工业中具有重要的应用价值。
通过研究冶金反应过程，可以改进金属提取工艺，降低生产成本。
同时，还可以提高产品质量，增加产品附加值。
冶金反应工程学的研究成果也可以应用于环境保护和资源回收领域，实现冶金过程的可持续发展。
冶金反应工程学是研究冶金过程中各种反应的科学。
它通过研究金属矿石的还原、氧化、合成、分解等反应，优化冶金工艺，提高金属的提取率和产品质量。
冶金反应工程学具有广泛的研究内容和重要的应用价值，是冶金工业发展的重要支撑。
冶金反应工程学复习题doc
冶金反应工程学复习题一、填空题1、冶金生产中地（）、（）、（）、加热、相变、变形、再结晶过等程,都在（）中进行,其热力学、动力学规律都符合（）地理论研究成果.2、冶金反应工程学是（）地研究工业装置（反应器）中地（）、（）、（）,明确其对冶金反应过程地影响及其规律地科学.是运用解析手段分析所提出地数学模型；为改进（）性能、提高（）、提高（）提供保证地“中观”地技术科学.3、冶金反应工程学是以（）为研究对象,以（）为目地,在明确冶金（）和各类（）地基础上,研究金属提炼过程中伴随地各种传递规律,并把二者密切结合起来形成自己独特地学科体系.4、微观动力学研究地主要内容是研究机理和预测速度.反应速度地预测是通过测定反应地1）（）、2）（）、3）求反应活化能E、4）给出反应速度表达式来实现地.5、冶金宏观动力学目地为：1）弄清化学反应本身地规律（热力学、动力学）；2）弄清试验体系内物质地（）规律；3）用（）平衡关系联立求解（1）、（2)之间地相互联系.6、在实际反应中,反应速度受到压力、温度、物质地浓度、催化剂、（）、（）等因素影响,当温度、压力一定时,反应速度决定于（）和催化剂地素影响.7、在实际冶金过程地均相反应中,通常使用地反应器有（）、（）、（）和（）等四种基本型式.8、停留时间分布可用应答技术中地（）和（）测定；前者测定地是停留时间（）,后者测定地是停留时间（）.9、物料混合分为（）和（）地混合,后者是微元体之间均匀混合为一体,并达到（）地均匀；其形成原因为湍动、湍旋地分割加（）.10、冶金反应过程中地数学模型有（）、（）和（）模型三种.11、用（）可直接检测出停留时间分布（）；用（）可直接检测出停留时间（）.12、一级反应地混合早晚对反应结果（）影响；二级反应地混合早晚对反应结果（）影响.13、冶金过程中流体/流体之间地传质模型主要用（）理论、（）论、（）论和（）等理论来描述.14、铜镍闪速熔炼炉炉身部分属于非等温（）（）反应器；炼铁高炉炉身部分属于非等温逆流（）（）反应器；炼钢用转炉、电炉熔池部分属于（）（）反应器.15、在炉渣/金属脱除杂质元素地液/液相冶金反应装置中,有（a）间歇式持续接触、（b）炉渣通过金属层地移动接触、（c）金属连续通过炉渣层地移动接触和（d）炉渣/金属逆流移动接触等四种典型接触方式地理论模型,根据该类模型地理论计算结果,其四种典型接触方式地杂质元素脱除率从大到小地排序为（）、（）、（）、（）.二、名词解释1、间歇反应器及其特点2、活塞流反应器地特点3、全混流反应器地其特点4、停留时间5、固定床反应器地优缺点/,c p r r ξ≡6、移动床反应器地优点及其应用范7、流化床反应器地特点8、两相以上复杂冶金反应装置地特点9、高温炉渣/金属液-液相反应地动力学特点10、解释以下各反应器中无因次量地物理意义（含义）1）流体/固体反应地逆流式移动床反应器：00()/()A A A Ae C C C C ψ≡--/Z L η≡03(1)/gA p k L u r ωε≡-203(1)/e p D L u r βε≡- 03(1)(1)/r p k L K u r αε≡-+2）浸入式喷粉精炼反应器三、论述题 1、阐述冶金反应工程学地解析步骤2、试述反应器中三传过程地各种物理量地衡算通式.3、试描述求解反应器地最佳性能指标和操作条件时必须考虑地内容.4、试写出化学反应速度式地确定地步骤.5、简述流体—固体反应地特点.6、试描述反应器类型地选择原则（从理想反应器特性与化学反应机理上考虑）.7、试叙述活塞流反应器地空时与停留时间之间地关系.8、试论述把冶金过程变为数学模型地必备知识和步骤.9、试论述精炼过程中炉渣/金属之间地化学反应动力学特点.10、试描述流化床反应器地形成过程.11、试描述钢液循环流量模型地建模条件及其示意图.四、计算题1.定量描述流体—固体之间未反应收缩核模型地传质和化学反应过程数学模型.000()/3B A Ae B bM u C C G ϕ≡-0/s s m x C L C ≡0/m m yC C ≡/t in m Atv V θ≡()()()///p p m m s in p p s in a A k V V L v A k L v ≡=()()()///t t s in t pow e pow s b k A L v k A V L τ≡=2.对流体在多孔固体中扩散时、在以下3种情况计算多孔介质中地扩散系数.1）当固体地孔径远远大于A分子地平均自由程（λ/2r≤10-3）时；2）当A分子地平均自由程远远大于固体地孔径（λ/2r≥10）时；3）当A分子地平均自由程几乎等于固体地孔径（λ/2r≈1）时.3.表述活塞流反应器中均相反应时、反应率随时间地变化地数学模型.4.表述活塞流反应器中恒容体系反应时、反应率随时间地变化地数学模型.5.表述全混流反应器在恒容反应条件下、物料浓度随时间地变化地数学模型.6.一种方铁矿（FeO）球体,直径为2cm,用H2流在400℃时还原.如果H2流地线速度为50cm/sec,试计算其传质系数.假设条件为,该气体以氢气为主,μ637k=1.53×10-4g/cm·sec,氢气与水蒸气地二元扩散系数为3.46 cm2/sec,ρH2 637k=3.6×10-5g/cm3.7.球形石墨颗r p=1mm,在900℃、10%O2地静止气氛中燃烧,总压力为101.325Kpa,反应是C+O2=CO2地一级不可逆化学反应,计算完全反应时间,并判断反应控制环节.并重复计算当r p=0.1mm时地情况.已知条件：ρ石墨=3.26g/cm3,k=20cm/sec,D=20cm2/sec, Ke=4.31X10178.用间歇反应器进行等温定容反应,其反应动力学方程为r A=kC A2[kmol/L·min],C A0=0.005Kmol/L., K=1.97L/kmol·min1）求转化率为0.6,0.8,0.9时所需地反应时间.2）当转化率为0.8时,日处理量为20.4kmol,每批操作地非生产时间为1.5hr,计算反应器地体积（设反应器装料系数为0.8）.9.假设不可逆等温化学反应J→2P中地物系体积随转化率线性增加,当反应体系中加入50%地惰性气体后,试计算该体系地膨胀率；并分析、比较其对反应器中地空时和停留时间地影响.10．描述渣/金持续接触脱除杂质元素地数学模型,并分析热力学因数和动力学因素对杂质元素未反应率地影响.1反应,请描述A、B地消耗速度、Q\S地生成速度（反应速度,请描述其速度式、物料转化率和反应程度表示式；同时用转化率和反应程表征其反应速度.六、举例说明冶金反应工程在冶金过程中地应用.（根据各自熟悉地冶金过程进行解析、写出数学模型）。
冶金反应工程学
1.定量描述流体—固体之间未反应收缩核模型的传质和化学反应过程数学模型。
解：当传质为限制环节时，其质量流量可表述为：A 传质到固体表面的mol 通量为：N A = —D AC ▽C+X A （N A +N C ） （1） 其中： D AC —反应气体/生成气体之间的扩散系[cm 2/sec] X A —流体中反应气体A 的mol 分率N A —传递到固体表面的mol 通量[mol/sec] N C —产物C 的mol 通量[mol/sec]因为N A = —（1/C ）N C ,则（1）式可改写为：N A =Vk m (C Ab -C As ) k m —传质系数[cm/sec]当化学反应为控制环节时，总反应速度可用单位面积上A 的消失速度表示，)]/([e mRs n As A K C C k r -=此时，C AS =C Ab ，C RS =C Rb ，A 与B 的消失计量关系为， dtdr b r c S A ρ=其中，rc 为颗粒半径[cm]，ρs 为颗粒密度[g/cm 3]4.表述活塞流反应器中恒容体系反应时、反应率随时间的变化的数学模型。
解：根据活塞流反应器的反应特点：流入量 = 流出量 + 反应量 + 累积量R A A A A A dV r dx x C V x C V A +--=-)1()1(0000对于长度dl ，断面积为A 的微元体，其物料衡算式如下：⎰⎰=-=-=-==-+-Xj jj Vj j j j j j j j j j j j r dX F dVdX F X F d dF dV r dF dV r dF F F 00000)]1([0)(所以因为整理得整理后得：⎰⎰====Xj jj j j j Xj j j j j r dX C F VC r dX C F V 0000000ττ或------（1） ------（1）那么（1）式可变为：⎰==Cj Cj jj j j j r dC C C F V 00001或⎰⎰-===Cj Cj jj Xj j j j j r dC r dX C F V0000τ5.表述全混流反应器在恒容反应条件下、物料浓度随时间的变化的数学模型。
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《冶金反应工程》复习题一、名词解释1、冶金学:研究人类从自然资料中提取有用金属和制造材料的学科.2、冶金反应工程学:以实际冶金反应过程为研究对象，冶金伴随各类传递过程的冶金化学反应的规律。
又以解决工程问题为目的，研究实现冶金反应的各类冶金反应器的特征，并把二者有机结合形成一门独特的学科体系.3、化学动力学方法:研究冶金过程的速度和机理，以分析影响冶金反应进行的因素和探索提高反应速度的途径。
4、宏观动力学:用数学公式将各传递过程速度的操作条件与反应进行速度联系起来，从而确定一个综合反应速度来描述过程的进行，不考虑化学反应本身的微观机理。
5、过程系统：为完成物质的某种物理（化学）变化而设置的具有不同变换机能的各个部分所构成的整体成为过程系统。
各部分成为分系统，分析系统又由更小的亚分系统组成。
6、解析方法：运用流动、混合及分布函数的概念，在一定合理简化条件下，通过动量、热量和物料的衡算来建立反应器操作过程数学模型，然后求解，寻求最佳操作参数。
7、数学模型:用数学公式来描述各类参数之间的关系，即对所研究的对象过程进行定量描述。
8、间歇操作:一次将反应原料按配比加入反应器，等反应达到要求后，将物料一次卸出。
9、反应器理论:就是研讨反应器内流动和混合对化学反应转化过程之影响的共同性规律。
10.空混:流体在反应器内流动，不论其因何种原因而产生的流体粒子在反应器内相对位置发生变化而造成的物料微元之间的混合，称为空间混合，简称空混。
二、问答题1、冶金中的搅拌方式有哪几种，并简要说明。
（1）气体搅拌利用氧枪等气体喷射枪进行吹气的同时引起对冶金熔池的一种搅拌作用。
（2）电磁搅拌对钢水施加一个交变磁场，当磁场以一定速度切割钢液时，会产生感应电势，这个电势可在钢液中产生感应电流J，载流钢液与磁场的相互作用产生电磁力f，从而驱动钢液运动，达到搅拌钢液的目的。
（3）循环搅拌典型的循环搅拌: RH、DH法。
又称吸吐搅拌。
（4）物理搅拌机械搅拌器进行搅拌的方式。
2、如何理解冶金反应工程学在冶金生产和科学研究中的作用和任务？（1）．冶金反应工程研究内容和化学反应工程学基本相同，包括：研究反应器内的基本现象。
研究反应器内反应动力学的控制环节，以及流动、传热、传质等宏观因素的特征和它们对反应速率的影响。
②研究反应器比拟放大设计。
依据宏观动力学的规律，把实验装置科学地放大到工业规模，确定反应器的形状、大小和反应物达到的转化程度。
③过程优化。
在给定的反应器工艺和设备条件及原料和产品条件（统称为约束条件）下，选择最合适大操作方法达到最好的生产目标。
生产目标除产量、消耗、成本等因素外还包括环境、安全等。
为运用最优化数学方法，把要达到的目标用函数形式表达，称为目标函数。
④反应器的动态特性。
研究反应器的稳定性和响应性，即当过程受到扰动后，过程所发生的变化以及时间滞后情况，以找到有效的控制方法。
（2）．与一般的化工过程相比，冶金过程有自己的特点： ①高温过程，过程监控困难；②高温过程，过程的限制环节是传质，最少涉及催化反应； ③冶金过程涉及大原料多，因此副反应多； ④冶金过程涉及的原料、熔渣的性质未完全测定； ⑤冶金产品不仅有成分要求，还有结构、夹杂等的要求； ⑥冶金炉的设计基本上靠经验。
（3）．根据冶金过程的特点，冶金反应工程学的任务主要有： ①解析冶金过程； ②优化操作工艺；③过程控制。
3、试分析未反应核模型的反应步骤，以反应A(g)+ bB(s)=gG(g)+sS(s)为例。
(1) A(g) 穿过气相边界层到达气-固相界面（外传质）(2) A(g) 穿过多孔的S(s) 层，扩散到反应界面;（内扩散） (3) 反应界面上发生： A(g)+ bB(s)=gG(g)+sS(s) ；界面反应 (4) G(g) 穿过多孔的S(s)层扩散到达气-固相界面；（内扩散） (5)G(g) 穿过气相边界层到达气相本体内。
（外传质） 4、任意写出四个无量纲准则数的表达式及其物理意义。
（1）H 0称为均时数。
表示系统流动过程所需进行的时间与速度为v 的流体质点通过某一长度距离l 所需时间之比。
（2）Re 称为雷诺数。
表示流体中惯性力与黏性力之比。
（3）Eu 称为欧拉数。
表示流体的压力与惯性力之比。
ll u //Re 2μρυυρυ==2ρυpEu =（4）Fr 称为弗鲁德数 表示位能与动能之比（重力与惯性力之比）。
（5）柯西准数 表示弹性势能与位能之比5、N-S 方程及各项物理意义。
N-S 方程为粘性流体的动量平衡方程，其矢量形式为：——作用在微团上单位质量流体的质量力；——作用在微团上单位质量流体的压强合力；——作用在微团上单位质量流体的黏性体积膨胀力； ——作用在微团上单位质量流体黏性偏应力张量之和。
6、边界层的概念及特点。
(1)边界层:又叫附面层，具有黏性的流体，流过固体表面时，紧靠固体表面处流速为零。
由于流体黏性力的作用，在固体表面附近形成了有速度差的一薄流层，这个薄流层就是附面层。
(2)特点：①与物体的程度相比，附面层的厚度很小。
②附面层内沿附面层的厚度的速度变化非常急剧，即速度梯度很大。
③附面层厚度沿着流体流动的方向逐渐增厚。
④由于附面层很薄，可以近似认为附面层各截面的压力等于截面层外边界的压力。
⑤附面层内粘力和惯性力是同一数量级。
⑥附面层内流体的流动与管内流动一样，也不可以有层流，过渡层，和紊流三种状态。
7、简述年龄与寿命的区别。
年龄——物料在反应器中已经停留的时间。
寿命——物料在反应器中总共停留的时间区别在于：前者指反应器出口流出流体的年龄分布，而后者是反应器中流体的年龄分布。
8、间歇操作的搅拌釜的优缺点。
特点：物料一次加入，一起放出，全部物料t 相同，T ，n 可以达到均匀一致，反应物料的温度和浓度等操作参数随时间而变，不随空间位置而变。
①优点：装置简单、操作方便、灵活、适应性强，应用广②缺点:设备利用率不高，劳动强度大，不易自动控制，产品质量不稳定 9、连续釜式反应器的特点 ①.反应器的参数不随时间变化21ρυρgl Fr =Ev C a 2ρ=)2(1)32(11S u p f dt udμρμρρ∇+∇⋅∇-∇-=fp ∇-ρ1)32(1u ∇⋅∇-μρ)2(1S μρ∇②.不存在时间自变量，也没有空间自变量 ③.多用于液相反应，恒容操作④.出口处的C, T=反应器内的C, T 10、简单反应选择反应器类型的原则；三、计算题1、900℃和1大气压(0.1MPa)下，半径为1mm 的球形石墨颗粒在含10％氧的静止气体中燃烧。
试计算完全燃烧所需要的时间并确定过程控制步骤。
若石墨颗粒半径改为0.1mm ，其他条件不变时，结果有何变化?己知该条件下，k r ＝0.2m ／s ，D ＝2×10-4m2／s ，ρb ＝1.88×105mol ／m3。
(20分)解：石墨颗粒半径为1mm 时，完全燃烧所需的时间为：限制环节为混合控制石墨颗粒半径为0.1mm 时，完全燃烧所需的时间为：限制环节为化学反应过程2、写出数学模拟的通用方程及各项物理意义（动量、能量、质量、k-ε方程）。
3/039.122mmol RT P C OO ==min 62.22)21(0,0=+=Dr k c bk r t r b A r B c ρ5.0202==Dr k r σmin 58.1)21(0,0=+=Dr k c bk r t r b A r B c ρ1.005.0202<==Dr k r σ答：在进行数学模拟时，模拟方程的通用形式为：——控制方程的主要变量 ——速度矢量——控制方程的源项 ——扩散系数 ——散度符号 ——梯度符号3、某一级反应，速度常数为1.0min-1，欲使转化率达到90%，试按以下条件比较采用间歇反应釜与连续反应釜所需容积的大小（两者单位时间的产量相同）。
（1）忽略辅助时间；（2）每批操作的辅助时间为5min ；（3）每批操作的辅助时间为10min。
4、应用串联全混釡式反应器进行一级不可逆反应，假设各釡的容积和操作温度相同，已知在该温度下的速率常数为K ＝0.92h -1，原料进料速率V 0＝10m 3/h ，要求最终转化率为90%，试计算当串联釜数N 分别为1、2、3、4、5、10、50时的反应器总体积与所需时间，如果采用间歇操作，不考虑辅助生产时间条件下的体积是多少？解：应用多釜串联计算式ΦΦ=ΦΓ-Φ∙+Φ∂∂S grand div div t )()()( υρρΦυ ΦS ΦΓgrand div得 τ＝Vi/V0=V/NV0 可得各N 值下得总体积N （个数） 1 2 3 4 5 10 50 100 V （m3）97.847.037.633.831.828.125.625.3对间歇操作：＝2.503hV ＝2.503×10＝25.03m3N （个数） 1 2 3 4 5 10 50 100 V （m3）97.847.037.633.831.828.125.625.3讨论：1. 串联得釜数N 越多，所需反应器的体积越小，当N>50时已接近BSTR 所需体积。
2. 在N<5时，增加反应器数对降低反应器的总体积效果显著。
当N>5时，增加串联釜数的效果不明显，且N 越大，效果越小。
5、某二级液相反应A+B →C ，已知C A0=C B0 ，在间歇反应器中达到x=0.99，需反应的时间为10min ，若在全混流反应器中进行，需多少时间？ (1) 在全混流反应器中进行时， 应为多少？(2) 在两个串联全混流反应器(反应体积相等)中进行时， 又是多少？ 解：在间歇反应器中，对二级反应（CA0=CB0,所以相当于 r=-kCA2）（１）在单个CSTR 中(1)=(2) 则0009.9)99.01(1099.0)1(A A A C C x C x k =-=-=τ20)1(x kC x A -=ττττ020209900)99.01(99.0)1(A A A C C x C x k =-=-=min10000==V V R m τ6、化学反应 该反应在全混流反应器中进行，反应温度为20℃，液料的体积流量为V 0=0.5m 3/h, C A0=96.5mol/m 3, C B0=184mol/m 3,催化剂的浓度C D =6.63mol/m 3。
实验测得该反应的速度方程为：r A =kC A C D式中k=1.15*10-3m 3/(mol.ks)。
若要求A 的转化率为40%，试求反应器的体积。
解：设A 的转化率为x ，则有：（A 为反应物，故k 前为正）(2) 两个CSTR 串联 2212022)1(A Ao A A R x kC x x V V --==τ12120100)1(R A A A A V x kC x C V -=21111)1(A Ao A R x kC x V V -==τ222201200)1()(R A A A A A V x kC x x C V -=-CSTR-1:CSTR-2:RR R V V V ==21220021)1(A A R A A x kC V V x x --=(3)？(4)代入(3)min2.796.3922=⨯==V V R τ6.390=V V R 3014.1228.245.0mV V R =⨯==τC B A D−−−→−+催化剂D A A C x kC r )1(0-=DD A A A A C x k xC x kC x C r x x C )1()1()(0000-=-=-=τhks 28.244.87)63.6)(4.01)(1015.1(40.03==-⨯=-τ。