冶金单元操作课程简介

3,天津大学化工原理教研室.《化工原理》（上册）
4, 阮 奇，叶长燊，黄诗煌.《化工原理优化设计与解题指南》. 5. 何洪朝，窦 梅，钱栋英.《化工原理操作型问题的分析》. 6. 丛德滋，方图南.《化工原理示例与练习》. 2016/4/25
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化学wk.baidu.com应
产物后处理
化学反应过程 反应器 单元过程
物理过程 单元操作 有共性 产品的提纯
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单元操作（Unit Operation）
•单元操作按其遵循的基本规律分类： 单击此处编辑母版文本样式
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单击此处编辑母版标题样式 冶金学的发展
（2）冶金反应热力学
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– 第四级 （3）冶金反应动力学 » 第五级
是将物理化学中的化学热力学原理来讨论冶金过程，也 – 第二级 可以说是狭义的冶金过程热力学，是冶金学中最成熟的部分， • 第三级 应用也最广泛。 是将物理化学中的化学动力学原理来讨论冶金过程，也 可以说是狭义的冶金过程动力学，也是冶金学中多年来经常 讨论的内容。
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过程系统－－将进行物质变换而由原料加工成产品的工 • 单击此处编辑母版文本样式
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钢铁生产工艺流程
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– 第二级
• 第三级
– 第四级 » 第五级
• 系统内部的结构往往很复杂，并存在不确定性、竞争等。 而从外部来看，系统具有特定的功能。
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单击此处编辑母版标题样式 冶金工程系统的单元构成
业生产过程。 –冶金材料的生产过程是一个典型的过程系统。所谓过程 第二级 系统是一个具有下述特征的人造有目的的系统： • 第三级 （1）系统的功能（目的）是实现工业生产过程中物质和 – 第四级 能量的转换；» 第五级 （2）系统的元素为进行物质及能量的转换、输送与储存 的单元装置或单元装置组； （3）单元装置（组）之间借物料流和能量流相联形成一 定的关系； （4）系统的高协调运行依赖于一个完善的信息及管理系 统。
与此相类似，化工中将以化学变化为主的作业称之为 单元程序。 根据这种观点，可将化工过程视为一连串的单元操作 和单元程序的协调配合，原料经此而转化为产品。这种观 点用于对冶金过程的认识显然也非常富有启发性：将复杂 的冶金工程问题归纳成若干个有共性的单元过程或单元操 作来讨论。
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课程情况
» 第五级
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– 第二级
化学冶金 冶金反应热 力学
冶金学家族的八个分支
冶金反应动 力学
• 第三级
– 第四级 冶金反应工 » 第五级 程学 宏观反应动 力学 传输原理
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。 » 第五级
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冶金学的划分： 第一个时代：初期的冶金学，即早期的化学冶金； 第二个时代：经典的冶金学，化学的冶金学； 第三个时代：近代的冶金学； 第四个时代：未来的冶金学，系统的冶金学。
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（8）冶金系统工程
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冶金系统工程是应用系统工程的观点、原理和方法 – 第二级 来研究、阐述和处理冶金工程。冶金工程本身是一类客 观存在的工程实体，是一类过程系统。这样的体系具有 • 第三级 众多的变量，变量之间的关系又非常复杂，无论是用化 – 第四级 学的方法、物理化学的方法，或物理的方法都实在难以 » 第五级 给出恰当的描述，而采用系统工程的方法可能更能接近 其本来的面目。实际上，在冶金工程中人们一直在大量 地、经常地使用着系统工程的观念和方法，只是尚未提 炼和归纳给出明确的理论体系。
–）遵循流体动力学基本规律的单元操作：包括 第二级 （1 流体输送、沉降、过滤、固体流态化等； – 第四级 （ 2）遵循热量传递基本规律的单元操作：包括加 热、冷却、冷凝、蒸发等； （ 3）遵循质量传递基本规律的单元操作：包括蒸
• –一是是系统由若干单元所组成； 第二级 • 二是系统内各单元之间具有某种关系。也就是说，系 • 第三级 统是由组成系统的各个部分以及这些部分的关系所构成的， – 第四级 即单元和结构。 » 第五级 • 系统的含义的理解可以通过与其反义的两个词来理解： 一是单元(Element)或部分(Component)；另一是混乱或无 序(Chaos)。
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冶金生产的组成-单元操作
反应组合而成。 – 第二级
• 第三级
– 第四级 原料预处理 » 第五级 物理过程 单元操作 有共性 为化学反应做准备
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各种冶金的生产过程可以由这些单元操作与化学 •• 单击此处编辑母版文本样式
这里讲的是狭义的宏观反应动力学，以便与反应工程 » 第五级 学相区别。若一个化学反应的速度不仅与反应本身有关， 还须考虑质量在空间上的传递过程，这就是宏观反应动力 学。 × 钢铁冶金过程主要是火法冶金过程，多为高温、多相反应，
在绝大多数的情况下，化学反应速度是很快的，与之相比传质速度较 慢，常是限制性的环节。在化工过程中也有类似的现象。
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– 第二级
• 第三级
– 第四级 » 第五级
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系统工程与单元操作
（1）系统(system) • 单击此处编辑母版文本样式
• –系统这个词具有各种各样的广泛的含义，根据使用的领 第二级 域和目的常有不同的理解。 • 第三级 • 按照一般性的理解，系统的含义是有组织的或是组织化 – 第四级 了的总体； » 第五级
• 首先，冶金生产特别是钢铁冶金已形成了巨大的生产规模，足以和整 个化学工业的规模相比较； • 其次，以钢铁冶金为代表的冶金过程中，火法冶金占了主导地位，反 应温度高达1000～1800℃，远远高于一般化工过程； • 第三，钢铁冶金生产中已形成了一些独特的、有很高生产效率的冶炼 工序或设备，如高炉、氧气转炉等，这些设备明显地有别于化工装置， 而形成了特有的冶金单元； • 第四，用户对钢铁材料的要求，以及钢铁材料的加工、制品等都形成 了不同于化工产品的独特的体系。
冶金单元（操 作）设计
冶金系统工 程
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冶金学家族的八个分支： （1）化学冶金 • 单击此处编辑母版文本样式 申克以前的冶金学，可称为是化学冶金或冶金化学，其中 尚未引入物理化学原理。 – 第二级 化学所揭示的原理是冶金学的基本信条。人们认为冶金过 • 第三级 程是一类特殊的化学工程，这种观点在于强调冶金与化工之间 – 第四级 的共性。 » 第五级 从特殊性的角度来讨论，冶金与化工之间又有明确的不同：
1, W L McCabe，J C Smith，P Harriott. Unit Operations of Chemical engineering. McGraw-Hill Companies, Inc . 2,谭天恩，窦梅，周明华.《化工原理》（上册，第三版）
教材（作者. 书名. 出版地：出版社. 出版时间）
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（4）传输原理
• 单击此处编辑母版文本样式 传输现象是指动量、热量和质量的传输，又称为三传。
关于对传输现象的认识和描述的理论称之为传输原理，传 – 第二级 输原理现在已是冶金学的重要基础。 • 第三级 （5）宏观反应动力学 – 第四级
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（6）冶金反应工程学
• 单击此处编辑母版文本样式 狭义的宏观反应动力学单独存在的时间很短，几乎同时
出现了化学反应工程的定义。 1957年在荷兰阿姆斯特丹召开 – 第二级 了第一届欧洲化学反应工程会议，此后化学反应工程发展迅 • 第三级 速，成效卓著，化学工程逐渐形成了以“三传一反”为核心 – 第四级 的现代格局。
• • 是构成结合起来的总体的各种概念、各种原理的综合； 是有规则的相互作用或相互依赖的形式结合起来的对象 的集合等。
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系统工程与单元操作
2）从工程的角度来理解，系统包括两个内涵： •（单击此处编辑母版文本样式
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– 第二级
• 第三级
– 第四级 » 第五级
冶金过程单元操作
（化工原理）
李宏煦
lihongxu@ustb.edu.cn
13611019382 ; 010-82375103
北京科技大学冶金与生态工程学院
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单击此处编辑母版标题样式 教材与参考书
• 单击此处编辑母版文本样式 范光前，冶金单元，冶金工业出版社，2000
– 第二级
• 陈敏恒 丛德濨 方图南 等《化工原理》上 下册 第2章 流体输送机 • 第三级 械； 第3章 液体的搅拌；第5章流态化与颗粒的沉降；第7章 蒸发； 第11 – 14 第四级 章 萃取； 第 章 固体干燥 » 第五级 主要教学参考资料
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•冶金学发展的四条纵线： 单击此处编辑母版文本样式
（1）物理的渗入； – 第二级 （2）数学方法的近代化； • 第三级 （3）变量个数的增多； – 第四级 （4）从微观走向宏观。 » 第五级
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– 第二级
专业课,实用性强,要重视!
好好听讲+好好写作业 • 第三级 ,很多,内容基本相差不大 – 参考书目 第四级 习题集建议多看看,多做题才能没问题 每班需要科代表一名,班长课后告诉我 • 成绩的算法：七试卷三平时 • 平时成绩的给法：期末考试完再看情况给 作业+出席+课堂提问 • 课件的问题：可以给，大家酌情考虑是否印。
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（7）冶金单元（操作）设计
• 单击此处编辑母版文本样式 单元操作的概念首先出现于化学工程领域，在本世纪
二、三十年代，化工界已认识到在许多不同的工业生产过 – 第二级 程中有着共同的加工步骤，其中以物理过程为主的被称为 • 第三级 单元操作，单元操作的认识和研究在历史上对化工和其他 – 第四级 工业的发展曾起了积极的推动作用。