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本文针对目前冶金产业中萃取单元常用的设备(如混合澄清槽、萃取塔、离心萃取器等)占地面积大和传质反应时间长等问题,提出了将小型化设备应用到湿法冶金领域,也就是将3D打印多通道微流体反应器取代传统萃取设备,从而推动冶金行业的产业升级。常规萃取方法基本依靠外界的能量破坏静止宏观尺寸上的两相流体使其成为湍流状态,从而实现传质反应。而微流体技术是指在微观尺寸下控制、操作和检测复杂流体的技术,即将反应原液泵入到具有微米结构的通道中不断切割为微米尺度的流体,进而实现微米级的混合、传质和反应。其优势在于两相流体的物理尺度被微米通道切割为微米级,使得流体间的界面面积急剧增加,传递距离减小到了微米尺度,从而急剧增强了传热传质推动力。运用微流体技术和3D打印技术,设计并制造了一种大流量微结构反应器。首先使用有限元模拟研究了流体在锯齿型和直型单通道的混合过程,进一步揭示了油水两相在单通道中的流动状态,为设计大流量微结构反应器做了铺垫;然后平行放大了锯齿型通道设计了一种大流量微结构反应器,也研究了流体在该反应器中的混合过程;最后通过研究铜铁萃取分离实验,验证了锯齿型单通道具有促进流体混合的优势和该大流量微结构反应器的萃取效率。主要的研究内容和结论如下:(1)在单通道的流体模拟中,单直通道中单相流体的流动模式随着速度的增加形成稳定的层流;通道中心任一点的速度随着入口速度的增加而趋近稳定。单锯齿型通道中单相流体的流动模式为稳定的段塞流;通道中心任一点的速度在这种流动模式下呈现类似于湍流流动状态。并揭示了在雷诺数(1
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