冶金反應(yīng)工程分析基礎(chǔ)課程教學(xué)大綱

1、冶金反應(yīng)工程分析基礎(chǔ)課程教學(xué)大綱課程名稱：冶金反應(yīng)工程分析基礎(chǔ)英文名稱：Base of Engineering Analysis on Metallurgical Reactions 課程編號(hào)：x4011741學(xué) 時(shí) 數(shù)：32 其中實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)：8 課外學(xué)時(shí)數(shù)：0 學(xué) 分 數(shù)：2.0適用專業(yè)：冶金工程A一、課程的性質(zhì)和任務(wù)冶金反應(yīng)工程學(xué)是冶金工程學(xué)科中研究冶金反應(yīng)工程問題的一個(gè)重要分支。它以實(shí)際冶金反應(yīng)過程為研究對(duì)象，研究伴隨各類傳遞過程的冶金化學(xué)反應(yīng)的規(guī)律；它又以解決工程問題為目的，研究實(shí)現(xiàn)不同冶金反應(yīng)的各類冶金反應(yīng)器的特征。二者的有機(jī)結(jié)合形成了冶金反應(yīng)工程學(xué)這門以研究和解析冶金反應(yīng)器和系統(tǒng)操

2、作過程為中心的獨(dú)特科學(xué)體系。經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，冶金反應(yīng)工程學(xué)已形成了完整的學(xué)科體系：建立起了具有特色的理論基礎(chǔ)、有效的實(shí)驗(yàn)研究方法以及處理復(fù)雜反應(yīng)體系的指導(dǎo)思想。冶金反應(yīng)工程的理論基礎(chǔ)是“三傳一反”，研究內(nèi)容是過程的解析（反應(yīng)器的控制和優(yōu)化）和反應(yīng)器的比例放大。1三傳一反所謂的“三傳”系指動(dòng)量、熱量和質(zhì)量傳遞，而“一反”則指化學(xué)反應(yīng)（系指宏觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，系指伴隨“三傳”過程的動(dòng)力學(xué)）。“三傳”過程的傳遞速率與化學(xué)反應(yīng)速度之間的關(guān)聯(lián)和相互影響表現(xiàn)為宏觀動(dòng)力學(xué)過程。2過程的解析冶金反應(yīng)過程學(xué)過程解析的對(duì)象是各類反應(yīng)器。在“三傳一反”研究基礎(chǔ)上，對(duì)反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生的各種現(xiàn)象和子過程及其相互關(guān)系進(jìn)行綜

3、合分析，運(yùn)用流動(dòng)、混合及分布函數(shù)的概念，在一定簡化假定條件下，通過動(dòng)量、熱量和物料的衡算來建立反應(yīng)器操作過程數(shù)學(xué)模型，然后通過求解該數(shù)學(xué)模型，對(duì)反應(yīng)器操作過程進(jìn)行工程學(xué)分析，獲得不同條件下的反應(yīng)器操作特性及各過程參數(shù)變化規(guī)律，尋求最佳操作參數(shù)（反應(yīng)器的優(yōu)化條件）和確定合理的反應(yīng)器尺寸和結(jié)構(gòu)參數(shù)（反應(yīng)器優(yōu)化設(shè)計(jì)）。3比例放大比例放大系指用小型實(shí)驗(yàn)裝置獲得的數(shù)據(jù)和結(jié)果來設(shè)計(jì)工業(yè)規(guī)模的反應(yīng)器。反應(yīng)工程的比例放大的基本方法和步驟：（1）小型實(shí)驗(yàn)研究化學(xué)反應(yīng)規(guī)律，建立宏觀動(dòng)力學(xué)方程，確定其動(dòng)力學(xué)參數(shù)；（2）冷模型實(shí)驗(yàn)研究傳遞過程規(guī)律，建立傳遞過程方程，確定各類傳遞過程參數(shù)；（3）在（1）和（2）中獲得的

4、方程基礎(chǔ)上，建立反應(yīng)器操作過程數(shù)學(xué)模型，并通過計(jì)算機(jī)求解該模型，預(yù)測實(shí)際反應(yīng)器性能，優(yōu)選其尺寸和操作條件；（4）在（3）的計(jì)算結(jié)果指導(dǎo)下，建造中間實(shí)驗(yàn)反應(yīng)器，檢驗(yàn)所建立數(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(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模的反應(yīng)器。二、課程教學(xué)內(nèi)容的基本要求、重點(diǎn)和難點(diǎn)雖然我們目前還不具備對(duì)實(shí)際反應(yīng)體系進(jìn)行詳盡描述的能力，但在正確運(yùn)用這些在簡單假定基礎(chǔ)上建立起來的理論，加上我們已掌握了在充分理解理論基礎(chǔ)上的判斷、鑒別和處理問題的能力、方法和技巧，通過合理有效且有針對(duì)性地組織實(shí)驗(yàn)工作，是可以解決大多數(shù)實(shí)際問題的。反應(yīng)工程從學(xué)科到應(yīng)用可以歸納為“科學(xué)、技術(shù)和藝術(shù)

5、”?？茖W(xué)是指從各種尺度研究化學(xué)反應(yīng)和傳遞過程相互影響所獲得的客觀規(guī)律的認(rèn)識(shí)。技術(shù)則是指解決實(shí)際工程問題時(shí)形成的各種比較成熟的方法，如煉鐵、煉鋼技術(shù)，各種反應(yīng)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)和技巧，冷模實(shí)驗(yàn)技術(shù)和流體均布技術(shù)等。藝術(shù)則指在反應(yīng)工程理論指導(dǎo)下，如簡化與分解，一定條件下的線性化，因素的敏感性分析等，正因?yàn)檫@是將復(fù)雜問題簡化處理卻不導(dǎo)致明顯偏離過程本質(zhì)與特征的工作方法，它更加依賴于研究者的經(jīng)驗(yàn)、才干、素質(zhì)，甚至靈感，需要大膽的構(gòu)思和想象，有點(diǎn)像藝術(shù)家作素描或印象處理時(shí)的情景。（一）緒論了解冶金反應(yīng)工程是冶金工程學(xué)科發(fā)展里程的一個(gè)標(biāo)志；冶金反應(yīng)工程的理論體系及實(shí)用化方法。難點(diǎn)和重點(diǎn)：冶金反應(yīng)工程的方法。（

6、二）化學(xué)反應(yīng)體系的工程分析反應(yīng)體系的化學(xué)計(jì)量分析了解反應(yīng)體系的化學(xué)計(jì)量分析；反應(yīng)體系的化學(xué)平衡分析；工程反應(yīng)體系動(dòng)力學(xué)及數(shù)學(xué)描述；工程反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究方法。案例式教學(xué)采用非幾何穩(wěn)定的氣-固反應(yīng)模型。難點(diǎn)和重點(diǎn)：反應(yīng)體系的化學(xué)平衡分析。（三）反應(yīng)器的類型及特點(diǎn) 了解流動(dòng)模型概述；理想流動(dòng)反應(yīng)器；非理想流動(dòng)反應(yīng)器。案例式教學(xué)采用新型高爐煤氣重力除塵器技術(shù)的開發(fā)和薄板坯連鑄水口的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。難點(diǎn)和重點(diǎn)：非理想流動(dòng)反應(yīng)器。（四）綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)掌握兩相流及中間包水模實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用FLUENT軟件對(duì)中間包水模實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較分析。三、教學(xué)方式及學(xué)時(shí)分配序號(hào)主要內(nèi)容教學(xué)方式學(xué)時(shí)分配輔導(dǎo)答疑比例1緒論講授21

7、：12化學(xué)反應(yīng)體系的工程分析反應(yīng)體系講授與研討121：13反應(yīng)器的類型及特點(diǎn) 講授101：14綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)81：1四、課程其他教學(xué)環(huán)節(jié)要求本課程教學(xué)內(nèi)容涉及理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課外教學(xué)。在教學(xué)過程中，擬采取理論教學(xué)與案例式教學(xué)相結(jié)合以及開展綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)模擬等，實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容與科研成果的有機(jī)結(jié)合，有針對(duì)性地培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的應(yīng)用型高級(jí)人才。在教學(xué)中要求學(xué)生：（1）全面掌握反應(yīng)工程科學(xué)的理論基礎(chǔ)和研究問題的基本方法；（2）以案例式教學(xué)內(nèi)容為基礎(chǔ)，通過查閱文獻(xiàn)資料，全面理解教學(xué)內(nèi)容，重點(diǎn)掌握科學(xué)研究的思想和方法；（3）結(jié)合專業(yè)基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程學(xué)習(xí)的內(nèi)容，提出相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法，進(jìn)行綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)；（4）初步掌握數(shù)值分析軟件FLUENT的基本應(yīng)用，進(jìn)而與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較分析。要求同學(xué)在學(xué)習(xí)時(shí)，通過理論學(xué)習(xí)初步掌握冶金反應(yīng)工程學(xué)的理論、研究問題的方法；通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，掌握冶金反應(yīng)工程的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法；通過課外教學(xué)，使同學(xué)能夠應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)，針對(duì)某一反應(yīng)過程能夠進(jìn)行具體分析，并完成本教學(xué)的考試內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)：16學(xué)時(shí)，課內(nèi)：課外=1：1。五、本課程與其他課程的聯(lián)系 本課程是一門工程課程，要求同學(xué)學(xué)習(xí)過專業(yè)基礎(chǔ)課（如物理化學(xué)、傳輸原理、實(shí)驗(yàn)技術(shù)等）和專業(yè)課（如鋼鐵冶金工藝、材料制備工藝、化工工藝等），并初步掌握計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上選修本課程。六、教