冶金反应工程学考试题答案

由天下分享时间：2025/3/20 5:53:34 加入收藏我要投稿点赞

冶金反应工程学复习题答案

一、填空题

1 化学反应熔化凝固工业装置（反应器）原子、分子层次 2 定量液体流动传热传质反应器生产效率产品质量 3 实际冶金反应解决工程问题基础科学理论反应装置特性 4 反应机理求反应速率常数k和反应级数n 5 三传物质、热量、动量

6 混合程度三传物质的浓度

7 间歇反应器活塞流反应器全混流反应器非理想流动反应器 8 脉冲法阶跃法分布密度分布函数

9 宏观尺度上微观尺度上分子程度上分子扩散 10 机理半经验黑箱

11 脉冲法密度曲线阶跃法分布函数 12 无有

13 双膜渗透表面更新湍流传质

14 流化床管式连续移动式管式连续间歇式槽型 15 d b c a

二、名词解释

1、间歇反应器及其特点 a、由于剧烈搅拌，反应器内物料浓度达到分子尺度上的均匀，且反应器内浓度处处相等，因而排除了物质传递对反应得影响。

b、具有足够强的传热条件，温度始终相等，无需考虑反应器内的传递问题。 c、物料同时加入并同时停止反应，所有物料具有相同的反应时间。

2:、活塞流反应器的特点

a、连续定态下，各个截面上的各种参数只是位置的函数，不随时间变化。 b、径向速度均匀，径向也不存在浓度梯度。 c、反应物料具有相同的停留时间。

3、全混流反应器的特点

反应器内物料的浓度和温度处处相等，且等于反应器流出物料的浓度和温度。

4、停留时间

物料从进入反应器开始到离开反应器为止，在反应器中所经历的时间。它与化学反应时间直接相关，是影响反应结果的重要参数。

5、固定床反应器的优缺点

优点：a、装置内的气流接近活塞流，可获得较高的转化率；

b、可调节气体流量，控制和改变气体反应物的停留时间；

c、可调节和控制反应体系的温度分布。

缺点：a、间歇式非稳态过程，更换物料需要时间，作业率受到影响： b、床层内传热条件差，要有控温手段。

6、移动床反应器的特点及其应用范围

特点：a、反应气体通过固料填充层流动，与固定床特性相似：

b、固体物料在床层间缓慢了流动，原料颗粒可以连续供给，产物可以连续排出，

它属于逆流逆流式连续稳态反应器

c、反应效率（转化率）高，停留时间均匀、操作弹性大；即使气流速度变化大，床层密度可视为不变。

应用范围：各种矿石的烧结、球团的烧结、炼铁高炉、铜铅的古风熔炼炉炉身部分。

7、流化床反应器的特点

a、在流化床层内，颗粒呈剧烈的沸腾状态，传热效率高，床层温度均匀，主要用于热效率大的反应；

b、固体颗粒直径小，颗粒内部扩散阻力小，则反应效率较高适用于大规模的连续生产； c、颗粒运动接近全混流，需要采用多级反应器提高固体物料转化率。

8、两相以上复杂冶金反应装置的特点 a、反应过程中气-液-固三态并存；

b、各相之间化学反应、相变互相发生；

c、各相之间伴随着物质、热量的相互转移或流动。

9、高温炉渣/金属液-液相反应的动力学特点

a、因为反应温度高，冶金反应中传质过程为限制环节渣金反应一般可用双膜理论来描述；

b、渣金反应都是有电子传递的氧化还原反应，两者都是导体，反应必须涉及电化学问题；

c、实际上的渣金反应都是在高温下进行的，通常情况下，接口反应速度比通过边界层的传质速度快，因此，该类反应往往受边界层的传质速度控制。但有些情况下也受化学反应控制。

10解释以下各反应中无因次量的物理意义（含义）

1）流体/固体反应的逆流式移动床反应器：

Ψ---气相无因次浓度 η---反应层无因次高度

ξ---无因次反应接口半径 ω---无因次气模质量扩散速度常数

β---无因次产物层质量扩散速度常数 α---无因次化学反应速度常数 φ---无因次反应性常数

2）浸入式喷粉精炼反应器：

x---渣中无因次浓度 y---金属相中无因次浓度 θ---无因次时间 a---持续接触反应无因次速度常数 b---上浮期间移动接触反应无因次速度常数

三、论述题

1、阐述冶金反应工程学的解析步骤

a、综合分析装置内发生的各种现象与子过程之间的相互作用关系；

b、假定（简化）建模：运用流动、混合和分布函等概念，简化条件，通过动量、热量和物料平衡建立反应装置操作过程的数学模型；

c、求解：得到操作特性与各种参数间的变化规律，寻求优化设计和生产过程的最优化操作条件；

d、验证：用实际生产过程的反应器验证该数学模型的正确性和适应性。

2、试述反应器中三传过程的各种物理量的衡算通式动量输入速度—输出速度=积累速度

质量流入速度—流出速度—反应消耗速度=积累速度

热量热流入速度—热流出速度+反应放热速度—系统外交换速度=热积累速度

3、试描述求解反应器的最佳性能指针和操作条件是必须考虑的内容

a、反应机理----原料（反应物）如何到达反应区，产物如何离开反应区 b、反映接口状况（g/s、g/l、g/g、l/s、l/l、s/s）与物质结构影响 c、求反应活化能E(温度、浓度变化)

d、求出表征反应器内化学反应+流动+混合+质量能量传递的反应速度表达式 e、求解反应器的最佳性能指针和操作条件

4、试写出化学反应速度式的确定步骤

a、弄清化学反映本镇的规律（热力学、动力学）； b、弄清试验体系内物质的“三传”规律；

c、用捂着、热量、动量平衡关系联立求解a、b间的相互联系。

5、简述流体-固体反应得特点

反应物和生成物在s/l接口之间传递（传质）、在相接口发生反应、反应过程中s相结构、相接口的几何形状改变、反应过程中产生热效应相等。反应规律大致相同 6、试描述反应器类型的选择原则（从理想反应器特性与化学反应机理上考虑）为获得较高的反应率，根据理想反应器特性必须遵循： a、当反应物浓度很低时，选择全混流反应器

b、对于单一反应，反应级数较高，需采用间歇或活塞流反应器 c、对于复杂反应，反应级数较低，则采用全混流反应器

7、试叙述活塞流反应器的空时与停留时间的关系

如果化学反应体系为恒容反应，则其空时与停留时间相等。如果化学反应体系为膨胀反应，则其空时小于停留时间。

如果化学反应体系为收缩反应，则其空时大于停留时间。

8、是论述把冶金过程变为数学模型的必备知识和步骤其必备知识为：a、根据冶金反应过程确定假定条件

b、根据冶金反应过程确定化学反应方程式

c、根据冶金流程选择、确定冶金反应装置（反应器）类型

其步骤为：a、根据假定条件确定数学模型的边界条件

b、根据冶金反应化学方程式确定热量、质量平衡方程

c、根据冶金反应装置（反应器）的条件确定动力学方程、动量平衡方程 d、应用与反应器相同类型的质量、热量平衡方程表征研究对象的质量、热

量与时间的变化关系

e、用边界条件、反应器几何条件、传输理论和数学方法等求解该过程

9、试论述精炼过程中炉渣/金属之间的化学反应动力学特点

a、因为反应温度高，冶金反应中传质过程为限制环节渣金反应一般可用双膜理论来描述； b、渣金反应都是有电子传递的氧化还原反应，两者都是导体，反应必须涉及电化学问题； c、实际上的渣金反应都是在高温下进行的，通常情况下，接口反应速度比通过边界层的传质速度快，因此，该类反应往往受边界层的传质速度控制。但有些情况下也受化学反应控制。

10、试描述流化床反应器的形成过程

气体流速较低时，气体通过颗粒间流动而颗粒基本不动------固定床当气体流速增加，床层的孔隙率开始增大-----膨胀床

当气体流速增加到某一临界值以上，床层中的颗粒被流体托起-----流化床进一步增加气体流速，床层膨胀均匀、颗粒粒度分布均匀-----散式流化床气体流速越高，气泡造成的床层波动（扰动）越剧烈-----聚式流化床更大气体流速会造成床层的节涌达到气力输送。

11、试描述干风格也循环流量模型的建模条件及其示意图

建模条件：a、把钢液分为钢液主体区和反应区两部分；

b、钢液进入反应区的各组元立即发生反应并平衡；

c、离开反应区的钢液与主体钢液混合后再次进入反应区；

d、反应区的钢液量远小于总钢液量，其组元的元素积累可以忽略。

示意图见4-12（67）

四、计算题

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：