冶金过程动力学 在化学反应动力学基础上，结 合反应器研究传质、传热和流体流 动对过程的机理和速率的影响。
4
实例
FeO Fe
5
参考书


张家芸主编，冶金物理化学，冶金工业出版社，2004 郭汉杰编著,冶金物理化学教程,冶金工业出版社,2006 韩其勇主编，冶金过程动力学，冶金工业出版社，1983 G. H. 盖格、D. R. 波伊里尔著，冶金中的传热传质现象， 冶金工业出版社，1981 （俞景禄、魏季和译） 鞭岩、森山昭著，冶金反应工程学，科学出版社，1981 （蔡志鹏、谢裕生译）
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（3）速率方程 / Rate equation
v kc

A B A B
c
---速率方程
(k---反应速度常数)
质量作用定律：对于一个基元反应，一定温度下的 反应速率与各反应物浓度幂指数的乘积成正比。
(Law of mass action:19世纪中期G.M.古德贝格和P.瓦格)
dc/dx=(c2-c1)/△x=常数
J Ax
dcA DA ( ) dx
mol/m2 s
摩尔扩散通量 JA, x，浓度cA的SI单位为molm-3。
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( 2 ) 菲克第二定律 Fick’s second law of diffusion
J c x t
J=-D(〆c/〆x)
Chemical kinetics
物质（热量、动量、质量） 相内与相间传输
传输原理
Transport phenomena
钢铁冶金学 有色冶金学 各种工艺与反应器内 经济、有效地提取金属
Metallurgy
Kinetics of reactions in metallurgical processes
n 1,
[c]c c0 kt c c0 kt
c c0
一级
ln[c] kt ln(c / c ) ln(c0 / c ) kt
ln(c0 / c) kt,
二级
1c n 2, [ ]c0 kt c 1 1 1 1 kt, kt c0 c c c0
lnk

ln k
E ln A RT
( 2.2 30)

lnA
tg =-E/R

* T---普通分子活 化分子转化的推动力。 * E---普通分子活 化分子转化时需要的 能量。 * A---普通分子全部 转化成活化分子时反 应速度常数。
0
1/T
17
5.3 扩散与相间传质 Diffusion and interphase transmission 扩散--- 热运动导致的物质质点由高化学势 向低化学势区域的运动过程。 传质--- 化学势梯度引起的原子、分子运动 以及外力场或密度差造成的流体微元运动产 生的物质迁移过程。
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（6）反应速率与温度的关系
由阿累尼乌斯方程(Arrhenius equation)：
E ln( k / k ) ln( A / A ) RT

式中，E---反应活化能（activation energy）, A---频率因子（frequency factor）。
16
A 与 T 对k 的作用
12
（4）反应级数/ Reaction order
对于基元反应:
A A BB Y Y Z Z
n = (-A)+(-B)
反应级数
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Hale Waihona Puke （5）速率方程解析
不可逆反应： AB
dcA n kc A dt
14
不可逆反应: n = 0, 1, 2
零级
n 0, c0 c kt,
反应物 i 0 ；生成物 i 0 。
8
（1）反应进度 / Extent of reaction
t =0~t 范围内，反应进度 为：

o i、 i
ni n
i
o i
式中 n n 初始和某一时刻物质的量, mol; 无论i是反应物或生成物，反应进度均为正值。
9
导出

nA nB nY nZ ni


18
扩散与传质的区别
(1)静止介质中质点的扩散； 扩散 传质： (2) 层流中的传质； (3)紊流中的传质； (4) 相际传质。
19
扩散过程 / Diffusion process
20
( 1 ) 菲克第一定律 Fick’s first law of diffusion

dc/dt=0（稳态）
6
5.2 化学反应动力学基础

（1）反应进度 （2）反应速率 （3）速率方程 (4) 反应级数 （5）速率方程解析 （6） 反应速率与温度的关系
7
化学反应 / Chemical reactions
aA bB cY dZ
A A B B Y Y Z Z
气相内B浓度 t=t∞ t=t4 t=0 cBb
cB
t=t3 t=t2 t=t1 X 2 1
24
( 3 ) 扩散系数和温度的关系 Relationship of diffusion coefficient with temperature
冶金过程动力学 Kinetics of reactions in metallurgical processes
1
第五章 冶金反应动力学基础
5.1 概述


（1）基本定义 （2）所属范畴 （3）应用实例 （4）参考书
2
所属范畴
冶金过程 动力学
3
定义与相关课程
化学反应动力学 （均相） 均相内物质间 反应机理与反应速度
A
B
Y
Z
i
dni
d
dnA
A

dnB
B

dnY
Y

dnZ
Z

i
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（2）反应速率/ Reaction rate
d 1 dni dt i dt

mol· s−1
1 d (ni / V ) 1 dci v V i dt i dt

mol· m-3· s−1
c c (D ) t x x
c c D 2 t x
2
22
非稳态扩散 Diffusion with non-steady state
实际情况
c ( J1 J 2 ) A dx A t
J c x t
23
从非稳态到稳态变化
c 传导介质
B+N2