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↑冶金反应工程分学科发展↑↑
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↑↑李士琦 曲英↑↑
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↑↑↑Li Shiqi, Qu Ying↑↑
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↑↑Metallurgical Reaction Engineering is a disciplinary course of explo↑ring the general rules of fluid flow, heat a↑nd mass transfer, a↑nd the related reaction peinetics in metallurgical reacto↑rs. Its final purpose is to realize the optimized design, optimized operation, a↑nd the scaling-up of metallurgical reacto↑rs.↑↑
↑↑Metallurgical Reaction Engineering has obtained considerable development in China. In the recent two years (2007 a↑nd 2008), two academic conferences were held, during which 220 papers were called a↑nd published by The Chinese Journal of Process Engineering. The approach acquirements have been successfully applied in various engineering a↑nd technical topics. And the research on the industrial device scale was further extended into the manufacture process scale with system engineering. In addition, the structure a↑nd the behavio↑rs of the space-time multiscale theo↑ry in metallurgical processes have been deeply studied, by using of which the preliminary achievement has been acquired in fields of production efficiency a↑nd energy-saving.↑↑
↑↑The strategic target of Metallurgical Reaction Engineering is to provide fundamental suppo↑rt fo↑r the leap-fo↑rward development of metallurgical technologies in China, a↑nd to make it reach the international advanced level within 10 to 20 years.↑↑
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↑↑↑（一）学科定义与研究对象↑↑
↑↑冶金反应工程学（↑↑Metallurgical Reaction Engineering↑↑）是研究冶金反应器内的流体流动、质量传递和热量传递以及冶金反应宏观动力学的一般性规律的学科。↑↑
↑↑冶金反应工程学的研究对象是冶金反应的工程问题的科学：研究伴随各类传递过程的冶金反应的规律以及实现冶金反应的各类冶金反应器和系统的操作过程特征和规律，所形成的独特的学科体系。↑↑
↑↑冶金反应的特点是高温、多相的化学反应，综合考察物理条件对化学反应的影响及化学反应的物理效应。按经典的化学反应动力学，冶金工程中的速率问题，仅考察浓度、压力和温度对物质浓度（随时间）的变化速率的影响，这是远远不够的。大多数冶金反应，特别是火法冶金过程，由于反应温度较高，其本征化学反应的速率较快，整个过程的速率主要取决于传质过程。为此，宏观反应动力学将物质在空间上的分布和传输与化学反应作为一个统一的过程来研究。不仅如此，工程中的实际过程必然在某个具体装置中进行，考虑到反应器特征的冶金反应过程动力学称之为冶金反应工程学。一般来说，宏观反应动力学属于冶金反应工程学。另一方面，为了便于区分，传统的反应动力学可称之为微观化学反应动力学。↑↑
↑↑冶金反应工程学借助于数学和物理模拟方法，以研究和解析冶金反应器和系统的操作工程规律为核心，以实现冶金反应器和系统的优化操作、优化设计和放大为目的的新兴工程学科。↑↑
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↑现代冶金学科研究的问题和对象，正经历着一个从微观层次到宏观层次的变化。即冶金物理化学↑↑—↑↑冶金反应工程学↑↑—↑↑冶金流程工程学↑↑—↑↑冶金系统工程。↑↑
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↑冶金物理化学是冶金学科的基础，它使冶金从技艺转变为科学。人们首先认识到从矿石提取金属元素是化学过程，运用化学热力学原理，研究各个冶金反应，进一步运用溶液理论的活度方法测定金属和熔渣中各个组元的活度，运用物质结构理论探讨高温下熔渣、熔盐的结构和热力学模型，逐渐深入认识了冶金过程中化学变化的本质和规律，包括化学反应进行方向的可能性，反应平衡的极限，不同元素间反应的选择性、排序性，化学反应中的能量变化等。冶金物理化学属于基础性学科的研究，是在原子↑↑-↑↑分子的尺度层次上的研究，是冶金学中最成熟的学科。↑↑
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↑冶金反应工程学属于工业装置尺度和工序层次上学科研究。冶金中的化学反应以及熔化、凝固、加热、蒸发等过程，都是在工业规模的装置中进行的。装置中各类过程的热力学和动力学基本规律和原子↑↑-↑↑分子尺度层次所研究的理论并无差别。然而，由于装置尺寸的增大，其中物质浓度的分布，温度的分布和介质停留时间的分布和实验室装置有较大差别，这种差别和装置↑↑-↑↑反应器的几何因素有关。冶金反应的特点是高温下的多相反应，因此利用气泡、液滴、颗粒等弥散分布的系统提高反应速率和过程效率尤为重要。这种弥散相的尺寸大小、数量、所处位置和停留时间的分布，也和反应装置的几何因素密切相关。为了使实验室研究的结果能有效地应用于工业生产，而又不过多地进行耗费人力和物力的中间试验，因而产生了装置及工序层次的动力学研究，也就是反应工程学。在反应工程学中，三传（动量、热量、物质的传递）一反（反应器理论）和解析方法是广泛应用的定量化手段。↑↑
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