冶金反应工程分析基础课程教学大纲

1、冶金反应工程分析基础课程教学大纲课程名称：冶金反应工程分析基础英文名称：Base of Engineering Analysis on Metallurgical Reactions 课程编号：x4011741学 时 数：32 其中实验学时数：8 课外学时数：0 学 分 数：2.0适用专业：冶金工程A一、课程的性质和任务冶金反应工程学是冶金工程学科中研究冶金反应工程问题的一个重要分支。它以实际冶金反应过程为研究对象，研究伴随各类传递过程的冶金化学反应的规律；它又以解决工程问题为目的，研究实现不同冶金反应的各类冶金反应器的特征。二者的有机结合形成了冶金反应工程学这门以研究和解析冶金反应器和系统操

2、作过程为中心的独特科学体系。经过半个多世纪的发展，冶金反应工程学已形成了完整的学科体系：建立起了具有特色的理论基础、有效的实验研究方法以及处理复杂反应体系的指导思想。冶金反应工程的理论基础是“三传一反”，研究内容是过程的解析（反应器的控制和优化）和反应器的比例放大。1三传一反所谓的“三传”系指动量、热量和质量传递，而“一反”则指化学反应（系指宏观反应动力学，系指伴随“三传”过程的动力学）。“三传”过程的传递速率与化学反应速度之间的关联和相互影响表现为宏观动力学过程。2过程的解析冶金反应过程学过程解析的对象是各类反应器。在“三传一反”研究基础上，对反应器内发生的各种现象和子过程及其相互关系进行综

3、合分析，运用流动、混合及分布函数的概念，在一定简化假定条件下，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，然后通过求解该数学模型，对反应器操作过程进行工程学分析，获得不同条件下的反应器操作特性及各过程参数变化规律，寻求最佳操作参数（反应器的优化条件）和确定合理的反应器尺寸和结构参数（反应器优化设计）。3比例放大比例放大系指用小型实验装置获得的数据和结果来设计工业规模的反应器。反应工程的比例放大的基本方法和步骤：（1）小型实验研究化学反应规律，建立宏观动力学方程，确定其动力学参数；（2）冷模型实验研究传递过程规律，建立传递过程方程，确定各类传递过程参数；（3）在（1）和（2）中获得的

4、方程基础上，建立反应器操作过程数学模型，并通过计算机求解该模型，预测实际反应器性能，优选其尺寸和操作条件；（4）在（3）的计算结果指导下，建造中间实验反应器，检验所建立数学模型的等效性，修正模型，确定模型参数；（5）根据修正后的数学模型，用计算机设计生产规模的反应器。二、课程教学内容的基本要求、重点和难点虽然我们目前还不具备对实际反应体系进行详尽描述的能力，但在正确运用这些在简单假定基础上建立起来的理论，加上我们已掌握了在充分理解理论基础上的判断、鉴别和处理问题的能力、方法和技巧，通过合理有效且有针对性地组织实验工作，是可以解决大多数实际问题的。反应工程从学科到应用可以归纳为“科学、技术和艺术

5、”。科学是指从各种尺度研究化学反应和传递过程相互影响所获得的客观规律的认识。技术则是指解决实际工程问题时形成的各种比较成熟的方法，如炼铁、炼钢技术，各种反应动力学实验技术和技巧，冷模实验技术和流体均布技术等。艺术则指在反应工程理论指导下，如简化与分解，一定条件下的线性化，因素的敏感性分析等，正因为这是将复杂问题简化处理却不导致明显偏离过程本质与特征的工作方法，它更加依赖于研究者的经验、才干、素质，甚至灵感，需要大胆的构思和想象，有点像艺术家作素描或印象处理时的情景。（一）绪论了解冶金反应工程是冶金工程学科发展里程的一个标志；冶金反应工程的理论体系及实用化方法。难点和重点：冶金反应工程的方法。（

6、二）化学反应体系的工程分析反应体系的化学计量分析了解反应体系的化学计量分析；反应体系的化学平衡分析；工程反应体系动力学及数学描述；工程反应动力学的实验研究方法。案例式教学采用非几何稳定的气-固反应模型。难点和重点：反应体系的化学平衡分析。（三）反应器的类型及特点 了解流动模型概述；理想流动反应器；非理想流动反应器。案例式教学采用新型高炉煤气重力除尘器技术的开发和薄板坯连铸水口的结构设计。难点和重点：非理想流动反应器。（四）综合性设计性实验掌握两相流及中间包水模实验，应用FLUENT软件对中间包水模实验结果进行比较分析。三、教学方式及学时分配序号主要内容教学方式学时分配辅导答疑比例1绪论讲授21

7、：12化学反应体系的工程分析反应体系讲授与研讨121：13反应器的类型及特点 讲授101：14综合性设计性实验实验81：1四、课程其他教学环节要求本课程教学内容涉及理论教学、实验教学和课外教学。在教学过程中，拟采取理论教学与案例式教学相结合以及开展综合性设计性实验和计算机模拟等，实现教学内容与科研成果的有机结合，有针对性地培养具有创新精神的应用型高级人才。在教学中要求学生：（1）全面掌握反应工程科学的理论基础和研究问题的基本方法；（2）以案例式教学内容为基础，通过查阅文献资料，全面理解教学内容，重点掌握科学研究的思想和方法；（3）结合专业基础课程和专业课程学习的内容，提出相关的实验内容和方法，进行综合性设计性实验；（4）初步掌握数值分析软件FLUENT的基本应用，进而与实验结果进行比较分析。要求同学在学习时，通过理论学习初步掌握冶金反应工程学的理论、研究问题的方法；通过实验教学，掌握冶金反应工程的实验技术和方法；通过课外教学，使同学能够应用所学的知识，针对某一反应过程能够进行具体分析，并完成本教学的考试内容。实验环节：16学时，课内：课外=1：1。五、本课程与其他课程的联系 本课程是一门工程课程，要求同学学习过专业基础课（如物理化学、传输原理、实验技术等）和专业课（如钢铁冶金工艺、材料制备工艺、化工工艺等），并初步掌握计算机技术的基础上选修本课程。六、教