CN113392596A - 一种微通道反应器萃取分离钪铁溶液的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微通道反应器萃取分离钪铁溶液的方法，包括以下步骤：S1统计微通道反应器的各个工艺参数，分析工艺参数对钪萃取率的影响、铁萃取率和分离系数的影响；S2以CCD高速摄影仪进行观察，得到流型数据；S3将工艺参数和流型数据整合，以CFD软件模拟流型数据，确定最佳的处理工艺的工艺参数与流型数据；S4利用确定的工艺参数与流型数据处理实际的钪铁溶液，统计萃取效率；本发明的有益效果是：通过先采用微通道反应器中各个工艺参数对标准反应液的处理，分析对萃取影响的工艺参数，再通过CCD高速摄影仪观察流型和传质的关系，再以CFD软件模拟确定，从而实现准确分析的目的。
Description
技术领域
本发明涉及稀土元素的提取制备技术领域，具体是一种微通道反应器萃取分离钪铁溶液的方法。
背景技术
微反应器顾名思义是指，基于微流体技术，将化学反应控制在微观尺度下，并对反应进行调观测、操作和控制的反应器。最初将直径为10mm左右，用于动力学研究的管式微反应器定义为微通道反应器；后随着微电子、微机械、微化工等技术的发展，将能够使反应器内部流体直径控制在1um-1mm范围内，可用于进行化学反应的反应器，统称为微反应器。在化工生产中，为适应不同体系下的热力学和动力学的要求，可将微反应器中的流体进行微米到毫米范围的调控，所以微反应器并不是指设备的尺寸必须为微米或亚微米级别，而是指反应器可以借助自身特有的结构，将其内部的流体发展为特殊微小流型，从而达到增强传质、传热的目的，所以微反应器设备可以是电脑CPU大小，也可以是具有货运集装箱大小的体积，其关键在于其内部的流体的尺寸大小。
利用微反应器的安全性高、传质、传热性能好等优点，可以将其应用在稀土的分离领域，而目前将微反应器应用在稀土分离领域技术较为成熟，但是针对钪铁的分离阶段，由于二者性能相似，因此极难分离，并且目前的钪的来源分为：矿物来源、工业废渣以及工业废液三来源，因此其中含有大量的杂质铁元素，而利用微通道进行钪铁的分离目前报道较少，并且针对特定的微反应器，其具体的工艺参数和具体的反应分析的数据较少，因此目前急需一种准确分析的微通道反应器萃取分离钪铁溶液的方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种微通道反应器萃取分离钪铁溶液的方法，以至少达到准确分析以及高萃取率的目的。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种微通道反应器萃取分离钪铁溶液的方法，包括以下步骤：
S1将萃取剂以及稀释剂置于微通道反应器中，同时将标准的钪铁溶液置于微通道反应器中反应，反应开始，统计反应阶段的各个工艺参数，分析工艺参数对钪萃取率的影响、铁萃取率和分离系数的影响；
S2在反应过程中，以CCD高速摄影仪进行观察，分析流型与传质的关系，得到流型数据；
S3将工艺参数和流型数据整合，以CFD软件模拟流型数据，与CCD高速摄影仪数据对比，确定最佳的处理工艺的工艺参数与流型数据；
S4利用确定的工艺参数与流型数据处理实际的钪铁溶液，统计萃取效率。
优选的，为了进一步实现准确分析的目的，所述的微通道反应器选用“T”形进口的螺旋微通道反应器以及并流旋转刮膜式微通道中的一种；所述的工艺参数为，当采用“T”形进口的螺旋微通道反应器时，工艺参数包括萃取剂浓度、水相初始pH、液体总流速、相比(O/A)、停留时间、萃取温度；
当采用并流旋转刮膜式微通道的时，工艺参数包括转速、流速、相比(O/A)、管长、内筒管径；所述的工艺参数还包括反萃率，所述的反萃率的计算公式为：
式中，C’in,o为反萃过程中油相出口铜离子浓度，mg/L；
C’out,o为反萃过程中油相出口铜离子浓度，mg/L；所述的微通道反应器的材质均采用聚四氟乙烯；
通过限定具体的微通道反应器的种类，同时限定工艺参数的具体涉及萃取剂浓度、水相初始pH、液体总流速、相比(O/A)、停留时间、萃取温度，并且根据萃取剂限定反萃率，同时限定微通道反应器的材质为具备良好绝缘反应的聚四氟乙烯，进而能够全面分析出在萃取过程中，钪铁分离的影响因素，从而实现准确分析的目的。
优选的，为了进一步实现高萃取率的目的，所述的钪的萃取率与铁的萃取率均通过下列计算公式得到：
式中，E代表金属离子的萃取率(％)；
Cin,aq为金属离子在微反应器进口水相中的浓度，mg/L；
Cout,aq为代表金属离子在微反应器出口水相中的浓度，mg/L；
通过限定萃取率的计算公式，将萃取率分为钪、铁两种萃取途径和方式，从而利用两种萃取方式的同一计算模型，将萃取率固定，进而为后续的整体萃取率计算提供充分的计算模型，进而实现高萃取率的目的。
优选的，为了进一步实现准确分析的目的，所述的分离系数包括分配比的计算和分离系数的计算，所述的分配比的计算公式如下：
式中，D为金属离子的分配系数；
Cout,o为金属离子在微反应器出口负载有机相中的浓度，mg/L；
所述的分离系数为同一萃取体系中两种金属粒子分离难度程度，将金属离子A与金属离子B对应的分配比的比值定义为A与B的分离系数，当分离系数βA/B＝1时，表示两种元素在该条件下无法被分离，βA/B＞1或βA/B＜1时，A与B才能实现分离，计算公式如下：
式中，βSc/Fe为钪与铁的分离系数；
CSc,out,o为微反应器出口有机相中钪离子浓度，mg/L；
CSc,out,aq为微反应器出口水相中钪离子浓度，mg/L；
CFe,out,o为微反应器出口有机相中铁离子浓度，mg/L；
CFe,out,aq为微反应器出口水相中铁离子浓度，mg/L；
通过以分配比推算分离系数，从而以分离系数为评判标准，推断萃取后的钪和铁的分离情况，从而实现准确分析的目的。
优选的，为了进一步准确分析的目的，所述的流型与传质之间的关系通过总体积传质系数KLa来表征，所述的总体积传质系数通过传质推动力ΔCIn以及传质通量J表示，所述的传质推动力ΔCIn通过对数平均浓度差表示，具体公式为：
式中，
为金属离子在萃余水相中的平衡浓度，mg/L；
Cin,aq为金属离子在微反应器进口水相中的浓度，mg/L；
Cout,aq为代表金属离子在微反应器出口水相中的浓度，mg/L；
所述的传质通量J的计算公式为：
式中，KL为总质量传质系数，kg/m3
a为油水接触界面的比表面积，m2/m3；
Q为油水两相的总体积流量，m3/s；
V为微反应器的内部体积，m3。
将传质推动力ΔCIn与传质通量J的公式联立，得到总体积传质系数的计算公式：
其中，
Q＝Qo+Qaq
上式中，t为有机相与水相在微反应器中接触时间，s；
Qo为有机相体积流量，m3/s；
Qaq为水相体积流量，m3/s；
通过以传质推动力ΔCIn与传质通量J进行推导，将总体积传质系数表示流型与传质之间的关系确定，从而通过数据模型更加清晰明了的得到流型与传质之间的关系，进而实现准确分析的目的。
优选的，为了进一步实现高萃取率的目的，所述的萃取剂采用二(2-乙基己基)氨基甲基膦酸，所述的稀释剂采用煤油；
通过限定萃取剂采用二(2-乙基己基)氨基甲基膦酸以及稀释剂采用煤油，从而利用二(2-乙基己基)氨基甲基膦酸的萃取剂将钪铁充分分离萃取，再利用稀释剂，控制钪和铁的粒子浓度，使萃取剂能够有效的萃取出钪元素和铁元素，从而实现高萃取的目的。
本发明的有益效果是：
1.通过先采用微通道反应器中各个工艺参数对标准反应液的处理，分析对萃取影响的工艺参数，再通过CCD高速摄影仪观察流型和传质的关系，再以CFD软件模拟确定，从而实现准确分析的目的。
2.通过限定具体的微通道反应器的种类，同时限定工艺参数的具体涉及萃取剂浓度、水相初始pH、液体总流速、相比(O/A)、停留时间、萃取温度，并且根据萃取剂限定反萃率，同时限定微通道反应器的材质为具备良好绝缘反应的聚四氟乙烯，进而能够全面分析出在萃取过程中，钪铁分离的影响因素，从而实现准确分析的目的。
3.通过限定萃取率的计算公式，将萃取率分为钪、铁两种萃取途径和方式，从而利用两种萃取方式的同一计算模型，将萃取率固定，进而为后续的整体萃取率计算提供充分的计算模型，进而实现高萃取率的目的。
4.通过以分配比推算分离系数，从而以分离系数为评判标准，推断萃取后的钪和铁的分离情况，从而实现准确分析的目的。
5.通过以传质推动力ΔCIn与传质通量J进行推导，将总体积传质系数表示流型与传质之间的关系确定，从而通过数据模型更加清晰明了的得到流型与传质之间的关系，进而实现准确分析的目的。
6.通过限定萃取剂采用二(2-乙基己基)氨基甲基膦酸以及稀释剂采用煤油，从而利用二(2-乙基己基)氨基甲基膦酸的萃取剂将钪铁充分分离萃取，再利用稀释剂，控制钪和铁的粒子浓度，使萃取剂能够有效的萃取出钪元素和铁元素，从而实现高萃取的目的。
附图说明
图1为本发明的“T”形进口的螺旋微通道反应器的示意图；
图2为本发明的并流旋转刮膜式微通道反应器的示意图；
图3为本发明的Cextrant 230(二(2-乙基己基)氨基甲基膦酸)萃取剂的结构示意图；
图4为“T”形进口的螺旋微通道反应器的工艺参数以及流型数据结果示意图，
其中，图(1)为萃取浓度对钪铁萃取率的影响结果示意图，图(2)为萃取剂浓度对分离系数的影响结果示意图，图(3)为萃取剂浓度对分离系数的影响结果示意图，图(4)为水相初始pH对分离系数的影响结果示意图，图(2)为总流速对钪铁萃取率的影响结果示意图，图(6)为总流速对分离系数的影响的结果示意图，图(7)为总流速对分离系数的影响结果示意图，并且a.表示Q＝1mL/min，b表示Q＝3mL/min，c表示Q＝5mL/min，d表示Q＝7mL/min，e表示Q＝9mL/min，图(8)为总流速对分离系数的影响结果示意图，图(9)为相比(O/A)对钪铁萃取率的影响结果示意图，图(10)为相比(O/A)对分离系数的影响结果示意图，图(11)为停留时间对钪铁萃取率的影响的结果示意图，图(12)为停留时间对分离系数的影响结果示意图，图(13)为反应温度对钪铁萃取率的影响结果示意图，图(14)为反应温度对分离系数的影响结果示意图，图(15)为“T”形进口的螺旋微通道反应器的Fluent模拟流型图，图(16)“T”形进口的螺旋微通道中的Fluent模拟流型图，其中实验条件为萃取剂浓度0.05mol/L，pH＝2.0，Q＝5mL/min，O/A＝1.25:1，T＝35℃，管长＝3m；
图5为本发明的并流旋转刮膜式微通道反应器的工艺参数以及流型数据结果示意图，其中，图(1)为转速对钪铁萃取率的影响结果示意图，图(2)为转速对分离系数的影响的结果示意图，图(3)转速对流型的影响的结果示意图，图(4)为转速对传质系数的影响结果示意图，图(5)为总流速对钪铁萃取率的影响结果示意图，图(6)为分离系数随流速的情况分析结果示意图，图(7)为流速对流型的影响结果示意图，其中，a为Q＝3mL/min，b为Q＝6mL/min；c为Q＝9mL/min，d为Q＝12mL/min，e为Q＝15mL/min，图(8)为流速对传质系数的影响结果图，图(9)为相比(O/A)对钪铁萃取率的影响结果图，图(10)为相比对分离系数的影响结果图，图(11)为相比对流型的影响结果图，图(12)为管长对钪铁萃取率的影响结果图，图(13)为管长对分离系数的影响结果图，图(14)为管长对流型的影响结果图，图(15)为管长对传质系数的影响结果图，图(16)为内筒管径对钪铁萃取率的影响结果图，图(17)为内筒管径对钪铁萃取率的影响结果图，图(18)为内筒管径对流型的影响结果图，图(19)为内筒管径对传质系数的影响结果图，图(20)为并流旋转刮膜式微反应器的Fluent模拟流型图；
图6为本发明的两种微通道反应器的反萃取分离铁的数据结果示意图，
其中，图(1)为硫酸浓度对反萃率的影响结果示意图，图(2)为流速对反萃率的影响结果示意图，图(3)为相比(O/A)对反萃率的影响结果示意图，图(4)停留时间对反萃率的影响结果示意图，图(5)为转速对反萃率的影响结果示意图，图6为总流速对反萃率的影响结果示意图，图(7)为管长对反萃率的影响结果示意图；
图7为本发明的微通道反应器萃取分离效果的比较情况示意图，
其中，图(1)为“T”形进口的螺旋微通道反应器与并流旋转刮膜式微通道反应器最佳萃取率的对比结果示意图，图(2)为T”形进口的螺旋微通道反应器与并流旋转刮膜式微通道反应器最佳分离系数的对比结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
实施例1
一种微通道反应器萃取分离钪铁溶液的方法，包括以下步骤：
S1将萃取剂以及稀释剂置于微通道反应器中，同时将标准的钪铁溶液置于微通道反应器中反应，反应开始，统计反应阶段的各个工艺参数，分析工艺参数对钪萃取率的影响、铁萃取率和分离系数的影响；标准溶液配置为：
计算并称量出所需硫酸钪、硫酸铁的含量，加去离子水溶解于烧杯中，搅拌至完全溶解后，将溶液转移至容量瓶中进行定容，用浓硫酸调pH至2.00，得到钪离子浓度为99.99mg/L、铁离子浓度为428.36mg/L的标准溶液；
为了进一步实现高萃取率的目的，所述的萃取剂采用二(2-乙基己基)氨基甲基膦酸，所述的稀释剂采用煤油；
有机相的配制为：计算并称量出所需萃取剂Cextrant 230(二(2-乙基己基)氨基甲基膦酸)的含量，并量取所需稀释剂煤油260#的量，将萃取剂和稀释剂放入烧杯中，然后常温下进行机械搅拌混合，直至形成均匀的油相，即得有机相；
通过限定萃取剂采用二(2-乙基己基)氨基甲基膦酸以及稀释剂采用煤油，从而利用二(2-乙基己基)氨基甲基膦酸的萃取剂将钪铁充分分离萃取，再利用稀释剂，控制钪和铁的粒子浓度，使萃取剂能够有效的萃取出钪元素和铁元素，从而实现高萃取的目的；
S2在反应过程中，以CCD高速摄影仪进行观察，分析流型与传质的关系，得到流型数据；
S3将工艺参数和流型数据整合，以CFD软件模拟流型数据，与CCD高速摄影仪数据对比，确定最佳的处理工艺的工艺参数与流型数据；所述的CFD模拟具体步骤为：
(一)控制方程：
采用ANSYS19.2，利用多面体核心网格对刮膜式旋转微通道进行网格划分，将螺旋微通道划分为489098个网格，采用流体体积法(VOF)对两相界面进行模拟计算，计算区域为整个微反应器内部空间和流体进出口，研究对象为有机相—水相，对最优条件下的萃取工艺参数进行了数值模拟，所述的数值模拟的控制方程由质量守恒方程和动量方程得到，具体流程为：
质量守恒方程：
动量方程：
式中，t为时间，ρ和μ是为体系的密度和运动粘度，u和P分别代表速度和压强。Fσ为有机相与水相之间的界面张力，以CSF法模型进行界面张力的计算，公式如下：
其中，κ为两相间的界面曲率，计算公式为：
式中，n为指向面心的单位曲面法向量，计算公式为：
此处的α为色函数，本体系中有机相和水相体积分率之和为1，故若当水相的体积分率确定后αa，则有机相色函数(αo)可表示为：
αo＝1-αa
采用VOF法进行界面模拟计算的过程中，有机相与水相之间的界面是通过体积分率的连续方程计算得到：
(二)VOF法的函数设定：
采用Fluent中几何重建方案(the geometric reconstruction)进行数值模拟，VOF计算具有时间依赖性，动态模拟采用显式VOF方法，Fluent会自动通过体积分率的连续方程的积分细化时间步长，通常采用Courant数去约束时间步长，在流体界面附近的区域，每个网格单元排空所用的时间是用网格的体积除以流量来进行计算的。排空时间的最小值被用作控制体中流体通过元件的特征时间。因此，在靠近流体界面处，Courant数可通过下列公式计算得到：
本发明中使用的是ANSYS Fluent中默认的最大Courant数0.25；
(三)数值求解设置
以多层参考框架法(MRF)进行模拟，将管道内壁分为静止区域和流动区域，并将所有的边界壁面都视为无滑移和绝热的，在对整个区域进行初始化时，油水两相的体积分数均设置为0.5，并充满整个螺旋微通道；先以二阶显式算法对时间进行离散化，使用全局尺度残差，将所有方程的归一化残差目标设为1×10-4，结果如图4中图(15)所示，有机相和水相经过“T”形进口流入微通道后，会对流体产生逆流压力；在流动过程中因为有机相的流速更大，故有机相会渐渐占据水相与壁面之间的空隙，在剪切力和压降的共同作用下，水相液滴在流动过程中逐渐变长直到液柱出现；当注射泵提供的流动力大于两相间的粘附力时，水相完全被有机相截断，以独立弹状流的形式在微通道中流动；整体Fluent模拟结果如图4中图(16)所示，其结果与图4中图(7)一致；
S4利用确定的工艺参数：萃取剂浓度为0.05mol/L，水相初始pH为2.00，总流速为5mL/L，相比(O/A)为1.25:1，反应28.27s，反应温度为35℃，可使钪的萃取率和分离系数分别达到96.54％和144.72，实现钪与铁较好的分离效果；
与流型数据：当总流量超过5mL/min后，微反应器内部的流型由弹状流变为平行流，造成5mL/min时的传质系数要明显大于7mL/min，钪的萃取率也表现出相同的变化趋势，结合ANSYS19.2软件与CCD高速摄影仪拍摄的流型，该通道内部流体以弹性状流的方式存在，以该工艺参数与流型数据处理实际的钪铁溶液，统计钪的萃取效率为达到96.44％，Sc/Fe分离系数达到了144.72。
为了进一步实现准确分析的目的，所述的微通道反应器选用如图1所示的“T”形进口的螺旋微通道反应器，具体结构可参照申请号为201822155379的“一种侧口加入式微通道萃取强化设备”；具体参数为，内半径为0.5mm、管壁厚度为0.3mm，并将微通道反应器按螺旋上升的方式缠绕在直径为9cm的有机玻璃管道上，以透明胶带固定，其中微通道反应器的长度为1～5m；所述的工艺参数包括萃取剂浓度、水相初始pH、液体总流速、相比(O/A)、停留时间、萃取温度；
(1)萃取剂浓度对钪萃取分离的影响
在温度(25℃)保持恒定，保证初始水相pH＝2.00，油水两相的总流量为3mL/min，相比(O/A)＝1:1，微通道管长为3m的条件下，静置5min，探究不同萃取剂浓度0.01mol/L，0.03mol/L，0.05mol/L，0.07mol/L，0.09mol/L对钪铁分离的影响。
(2)水相初始pH对钪萃取分离的影响
在温度(25℃)保持恒定，保证萃取剂浓度0.05mol/L，油水两相的总流量为3mL/min，相比(O/A)＝1:1，微通道管长为3m的条件下，静置5min，利用浓硫酸调节初始水相的pH值，探究pH为2.00、1.50、1.00、0.50对钪铁分离的影响。
(3)总流速对钪萃取分离的影响
在温度(25℃)保持恒定，保证萃取剂浓度0.05mol/L，初始水相pH为2.0，相比(O/A)＝1:1，微通道管长为3m的条件下，静置5min，通过调节注射泵的注入流体的速度来控制油水两相的流速，探究了流速为1mL/min、3mL/min、5mL/min、7mL/min、9mL/min，对钪铁分离效果的影响。
(4)相比(O/A)对钪萃取分离的影响
在温度(25℃)保持恒定，保证萃取剂浓度0.05mol/L，初始水相pH为2.0，微通道管长为3m，流速为5mL/min的条件下，静置5min，通过调节油水两相各自注射泵的流量来调节相比，考察相比(O/A)为0.5:1、0.75:1、1:1、1.25:1、1.5:1对钪铁分离的影响。
(5)停留时间对萃取的影响
在温度(25℃)保持恒定，保证萃取剂浓度0.05mol/L，初始水相为2.0，流速为5mL/min，相比(O/A)为1.25:1的条件下，通过调节微通道管长来控制油水两相在微反应器中的停留时间，分别探究了管长为1m、2m、3m、4m、5m，对应的停留时间分别为9.42s，18.85s，28.27s，37.70s，47.12s对钪铁分离的影响。
(6)温度对钪萃取分离的影响
在保证萃取剂浓度0.05mol/L，初始水相为2.0，流速为5mL/min，相比(O/A)为1.25:1，管长为3m(停留时间为28.27s)的条件下，通过调节恒温水浴锅的温度来控制萃取温度，探究了温度分别为25℃、35℃、45℃、55℃、65℃对钪铁分离的影响。
所述的工艺参数还包括反萃率，所述的反萃率的计算公式为：
式中，C’in,o为反萃过程中油相出口铜离子浓度，mg/L；
C’out,o为反萃过程中油相出口铜离子浓度，mg/L；所述的微通道反应器的材质均采用聚四氟乙烯；
具体的反萃流程为：保持微通道反应器一致，探究下列因素的影响：
(1)硫酸浓度对反萃的影响
在温度(25℃)保持恒定，保证油水两相的总流量为3mL/min，相比(O/A)＝1:1，微通道管长为3m的条件下，利用分液漏斗静置15min分相，探究硫酸浓度为0mol/L、0.1mol/L、0.3mol/L、0.5mol/L、0.7mol/L、1.0mol/L、1.5mol/L对钪铁反萃的的影响。
(2)总流速对反萃的影响
在温度(25℃)保持恒定，保证硫酸浓度为0.1mol/L，相比(O/A)＝1:1，微通道管长为3m的条件下，利用分液漏斗静置15min分相，考察了流速为1mL/min、3mL/min、6mL/min、9mL/min、12mL/min对钪铁反萃的影响。
(3)相比(O/A)对反萃的影响
在温度(25℃)保持恒定，保证硫酸浓度为0.1mol/L，总流速为3mL/min，微通道管长为3m的条件下，利用分液漏斗静置15min分相，探究了相比(O/A)为2:1、1.5:1、1:1、1:1.5、1:2对对钪铁反萃的影响。
(4)停留时间对反萃的影响
通过调节管长控制停留时间，在温度(25℃)保持恒定，保证硫酸浓度为0.1mol/L，总流速为3mL/min，相比(O/A)为1:1，利用分液漏斗静置15min分相，分别探究了管长为1m、2m、3m、4m、5m，对应的停留时间分别为15.71s、31.42s、47.12s、62.83s、78.54s对钪铁反萃的影响；
通过限定具体的微通道反应器的种类，同时限定工艺参数的具体涉及萃取剂浓度、水相初始pH、液体总流速、相比(O/A)、停留时间、萃取温度，并且根据萃取剂限定反萃率，同时限定微通道反应器的材质为具备良好绝缘反应的聚四氟乙烯，进而能够全面分析出在萃取过程中，钪铁分离的影响因素，从而实现准确分析的目的。
为了进一步实现准确分析的目的，本发明的物性数据测定包括：a.比重瓶法测定油水两相密度；b.采用内直径为0.5～0.6mm的乌氏粘度计测定油水两相的粘度；c.通过QBZY全自动表面张力仪，利用“白金板法”对有机相与水的界面张力进行测定；d.利用岛津公司的AA6880原子吸收仪火焰法测定水相中的Fe3+；e.原子吸收仪石墨炉法测定水相中的Sc3+
为了进一步实现高萃取率的目的，所述的钪的萃取率与铁的萃取率均通过下列计算公式得到：
式中，E代表金属离子的萃取率(％)；
Cin,aq为金属离子在微反应器进口水相中的浓度，mg/L；
Cout,aq为代表金属离子在微反应器出口水相中的浓度，mg/L；
通过限定萃取率的计算公式，将萃取率分为钪、铁两种萃取途径和方式，从而利用两种萃取方式的同一计算模型，将萃取率固定，进而为后续的整体萃取率计算提供充分的计算模型，进而实现高萃取率的目的。
为了进一步实现准确分析的目的，所述的分离系数包括分配比的计算和分离系数的计算，所述的分配比的计算公式如下：
式中，D为金属离子的分配系数；
Cout,o为金属离子在微反应器出口负载有机相中的浓度，mg/L；
所述的分离系数为同一萃取体系中两种金属粒子分离难度程度，将金属离子A与金属离子B对应的分配比的比值定义为A与B的分离系数，当分离系数βA/B＝1时，表示两种元素在该条件下无法被分离，βA/B＞1或βA/B＜1时，A与B才能实现分离，计算公式如下：
式中，βSc/Fe为钪与铁的分离系数；
CSc,out,o为微反应器出口有机相中钪离子浓度，mg/L；
CSc,out,aq为微反应器出口水相中钪离子浓度，mg/L；
CFe,out,o为微反应器出口有机相中铁离子浓度，mg/L；
CFe,out,aq为微反应器出口水相中铁离子浓度，mg/L；
通过以分配比推算分离系数，从而以分离系数为评判标准，推断萃取后的钪和铁的分离情况，从而实现准确分析的目的。
为了进一步准确分析的目的，所述的流型与传质之间的关系通过总体积传质系数KLa来表征，所述的总体积传质系数通过传质推动力ΔCIn以及传质通量J表示，所述的传质推动力ΔCIn通过对数平均浓度差表示，具体公式为：
式中，
为金属离子在萃余水相中的平衡浓度，mg/L；
Cin,aq为金属离子在微反应器进口水相中的浓度，mg/L；
Cout,aq为代表金属离子在微反应器出口水相中的浓度，mg/L；
所述的传质通量J的计算公式为：
式中，KL为总质量传质系数，kg/m3
a为油水接触界面的比表面积，m2/m3；
Q为油水两相的总体积流量，m3/s；
V为微反应器的内部体积，m3。
将传质推动力ΔCIn与传质通量J的公式联立，得到总体积传质系数的计算公式：
其中，
Q＝Qo+Qaq
上式中，t为有机相与水相在微反应器中接触时间，s；
Qo为有机相体积流量，m3/s；
Qaq为水相体积流量，m3/s；
通过以传质推动力ΔCIn与传质通量J进行推导，将总体积传质系数表示流型与传质之间的关系确定，从而通过数据模型更加清晰明了的得到流型与传质之间的关系，进而实现准确分析的目的。
数据分析：
由图4中的图(1)可知，在萃取剂浓度为0.01～0.09mol/L的范围内，钪和铁的萃取率都随着萃取剂浓度的增加而增大，其中钪的萃取率从27.14％增加到了96.81％，铁的萃取率从2.45％增加到了35.96％，在萃取剂浓度0.01～0.05mol/L的变化范围内，钪的萃取率增大趋势明显，从27.14％增加到了91.35％，继续增大萃取剂浓度(0.05mol/L～0.09mol/L)，钪的萃取率的增幅显著降低，一是由于钪的萃取接近饱和；二是有机相的粘度会随着萃取剂浓度的增加而增大，在微通道管内流速一定的条件下，油相粘度越大，微反应器中油水两相的湍动程度越低，油水两相的接触面积越小，从而降低了传质速率，这两方面共同影响了钪的萃取效果。从萃取剂浓度大于0.03mol/L开始，铁的共萃率随着萃取剂浓度增加大幅上升，从5.21％增加到了35.96％，可以看出萃取剂的浓度越高铁的共萃现象就越严重。
由图4中的图(2)可知钪与铁的分离系数在萃取剂浓度为0.01～0.05mol/L的范围内，增加幅度较大，表明随着萃取剂浓度增大，钪萃取率的增幅度大于铁萃取率的增加幅度，从0.05mol/L开始继续增大萃取剂浓度，分离系数先降低再增大，总体增加幅度较小，而从萃取的成本上分析，在满足较高的钪萃取率和分离系数的条件下，选择C230＝0.05mol/L更为经济。
由图4中的图(3)可知pH对钪、铁的萃取具有显著的影响，在pH值0.5～2.0的范围内，钪萃取率和铁萃取率都随着pH的升高而增大，即Cextrant 230对Sc3+、Fe3+的萃取，都是随着溶液初始酸浓度的增加而降低，同时结合图4中的图(4)可知，pH＝2.00时铁、钪的分离效果最好，Sc/Fe的分离系数达到了64.81，故在选用的反应器中，水相pH＝2.00时，钪、铁两元素的分离效果最好。
由图4中的图(5)可知，钪的萃取率在流1mL/min～5mL/min的范围内，变化很小，几乎趋于平稳，表示这两个因素对钪萃取的影响效果被互相抵消；而总流量在5mL/min～9mL/min内，停留时间因素占主导作用，故表现出钪的萃取率随着流速的增大而减小的趋势，因此铁的萃取率在一定的流量范围内(1mL/min～9mL/min)停留时间占主导作用，即铁的萃取率受停留时间的影响更为显著。
由图4中的图(6)可知分离系数随流速的变化总体表现为先增大后减小的趋势，分配系数的大小与两种元素的各自的分配比有关，在流量较小时，钪分配比几乎不变，铁分配比持续减小，所以在流量为1～5mL/min的范围内，两元素的分配系数不断增大，后随着钪分配比的降低，分配系数也表现出了下降的趋势；在流速为5mL/min时，Sc/Fe的分离系数达到最大，为75.77；同时由图4中的图(8)可知钪元素的传质系数的变化趋势与分配系数保持一致，在较低流速下，钪的萃取率几乎不变，这样油水两相中的钪离子浓度也保持稳定，分配系数在该阶段(1mL/min～5mL/min)，随着停留时间的减小而增大，在流速为5mL/min最大，为0.1388s-1，并且钪和铁元素传质系数的差值达到了最大，此结果与最佳分配系数流速点的结果相匹配；铁的传质系数变化趋势为先增大后减小，流量为7mL/min最大，铁的传质系数为0.0304s-1，在高流速下铁的的传质系数出现下降，因此为达到多萃钪、少萃铁的目的，选择5mL/min作为后续实验的工艺条件。
由图4中的图(7)可知流速为1～5mL/min时，油水两相以弹状流的方式在螺旋微反应器中存在；当流速为7mL/min和9mL/min后，螺旋微反应器中的油水两相以层流的方式存在，因为水相的密度大于油相，所以蓝色水相在下，因此弹状流的传质能力要大于平行流，主要原因是弹状流较平行流可通过两个方面强化传质：一是增大比表面积，当微反应器内部流型为弹状流时，水相液滴以被油相完全包裹的形式接触，这就使得油水两相的接触面积更大；二是弹状流液滴中内循环的存在，也就是说水相内部液滴的流体也有一定程度的湍动，它的存在减小了油水两相间的传质距离，强化了传质过程。
由图4中的图(9)可知在相比为0.5:1～1:1.25的范围内，钪萃取率随着相比的增大而增加，当相比达到1:1.25时，钪萃取率趋于平稳。
由图4中的图(10)可知分离系数随着相比的增大先增大后减小，在相比为1:1.25时，达到峰值，为117.54；分配系数的大小与两种金属离子各自的分配系数有关，在钪、铁共存体系中，相比较低时，萃取剂分子大多与钪离子结合，钪离子在萃余相中的含量随着相比的增加而减小，随着相比的持续增加，萃余相中的钪含量趋于饱和，多余的萃取剂分子便会与铁元素结合，铁的分配系数随之增大，当铁分配系数的涨幅大于钪分配系数的增加幅度时，Sc/Fe分配系数就会出现下降的趋势，比如相比为1.5:1时，综合生产过程成本控制，因此选用相比为1.25:1作为最佳条件。
由图4中的图(11)可知本发明采用了管长为1m、2m、3m、4m、5m的微通道进行实验，对应的停留时间分别为9.42s、18.85s、28.27s、37.70s、47.12s，当停留时间小于28.27s时，钪的萃取率随着停留时间的增大而增大，当停留时间超过28.27s后，钪萃取率不再随着停留时间的增大而明显增加，表明在此停留时间下，钪的萃取几乎已达平衡，即说明停留时间越长，铁的共萃量就越多；同时由图4中的图(12)可知分离系数随着停留时间先增大后减小，在停留时间为28.27s达到最大117.82，因此选择28.27s(3m管长)作为最佳停留时间。
由图4中的图(13)可知，温度对钪萃取率的影响效果很小，随着温度的升高，钪萃取率只出现了轻微的降低，而铁的萃取率随着温度的降低而增大，这是因为铁比钪后萃取，铁萃取还未达饱和，所以对温度变化相对更为明显，表现为铁的萃取率随着温度的增大而降低，说明本萃取体系为放热反应，温度升高会抑制萃取反应向正方向进行。
由图4中的图(13)可知，Sc/Fe分离系数随温度变化表现出的规律性不强，这是因为在最佳浓度、最佳pH，最佳流速、最佳相比、最佳停留时间的萃取条件下，钪萃取率变化太小导致的，温度为35℃时，βSc/Fe达到最大，为144.72。
实施例2
所述的微通道反应器选用如图2所示的并流旋转刮膜式微通道反应器，具体结构可参照申请号为201822159540的“一种加长刮膜式旋转微通道强化萃取设备”以及申请号为20182215347的“一种刮膜式旋转微通道强化萃取设备”，不同之处在于，将出液口并排设置在底端，其余结构均相同；所述的工艺参数包括转速、流速、相比(O/A)、管长、内筒管径；其余步骤及配方同实施例1。
数据分析：
由图5中的图(1)可知，钪的萃取率随着内筒转子转速的增大表现为先增加后平稳的趋势，在转速为200rpm时达到稳定状态，表明此时钪的萃取已达饱和，而铁的萃取率总体表现为随着内筒转子的增大而增加，也就是说转速越大，铁的共萃就越严重。在萃取过程中，可以发现，转速达到300rpm时，铁和钪的萃取率都有微小的下降；同时图5中的图(2)可知，钪与铁的分离系数，随着转速的增加呈现出先增大后降低的趋势。在转速为200rpm时，Sc/Fe的分离系数达到最大，为102.80，根据分配系数的定义可知，在钪分配系数保持不变，铁分配系数持续增大的情况下，Sc/Fe的分离系数会出现下降的趋势。
由图5中的图(3)可知，在a中，在转速为0rpm时，水相为连续相，油相为分散相，油相以滴状流的方式在微通道中流动，在b中，流速为100rpm时，油相和水相分别在聚四氟乙烯内筒外壁和有机玻璃外管内壁铺展开来，继续增大转速，转子为流体提供的离心力越来越大，转子转速达到200rpm时，在微反应器中形成油水相间的环状流，并且内筒转速越大环状流越细，微反应器中环状流的分布范围越广。
由图5中的图(4)可知，转速较低时，钪和铁的体积总传质系数较低，当转速为0rpm时，钪和铁的传质系数分别为0.037和0.007；高转速时钪和铁的总体积传质系数整体较高，但当转速达到200rpm时，钪的传质系数最高，为0.126；铁在转速为500rpm时，传质系数最大，为0.107s-1；
综上所述，刮膜式微反应器内部转子的转动，可以有效的强化液-液萃取过程，提升金属离子的萃取效果，因此将转速定为200rpm符合经济效益。
由图5中的图(5)可知，钪和铁的萃取率都随着流速的增大而减小，总流速为3mL/min时，钪的萃取率和铁的萃取率都取得了最大值，分别为94.77％和17.28％。
由图5中的图(6)可知，分离系数随着流速的增加，表现为先增大后减小的倒“V”形趋势；因钪和铁的萃取率都会随着流速的增大而降低，所以钪和铁的分配系数也会随着流速的增大而降低；在总流速增大的情况下，当钪分配比的减小幅度大于铁分配比的降幅时，分离系数会增大，反之分离系数减小，当流速为9mL/min时，分离系数达到最大，为110.13，该流速下可实现铁钪较好的分离效果，因此选择9mL/min的流速作为参考。
由图5中的图(7)可知，在流速为9mL/min时，在微通道内整个空间都充满了稳定、均匀油水相间环状流，此时油水两相的接触面积最大，传质效果应为最好，由图5中的图(8)可知，钪的传质系数在流速为9mL/L时最大，为0.18s-1；同时，在流速为12mL/min时，铁的传质系数最大，为0.06s-1，故可采取流量控制在钪传质系数较大，铁传质系数较小的流速点的措施，实现钪、铁的有效分离，因此选择9mL/min为最佳流速。
由图5中的图(9)可知，在保持萃取剂浓度0.05mol/L，转速＝200rpm，流速＝9mL/min，pH＝2.0，T＝25℃，管长＝200mm，管径18.9mm一定的情况下，钪的萃取率和铁的萃取率都随着相比的减小而增大，在相比为1.5:1时，钪的萃取率可达97.09％，铁的萃取率可达25.22％；而由图5中的图(10)可知，Sc/Fe分离系数随着相比的减小，呈现先增大后降低的趋势。相比(O/A)过大，虽然钪的萃取量会增高，但是铁的共萃量的增大，最终导致Sc/Fe分离系数降低，同时相比越大，还会增加实验操作成本，当相比为1:1时，钪铁分离效果最好。
由图5中的图(11)可知，相比为1:1和2:1时，两工艺条件下的流型十分相似，微反应器内充满了稳定、均匀的环状流，综合考虑，在保持较高的钪萃取率和分离系数的情况下，为尽可能的节约萃取成本，选择相比为1:1作为最佳相比。
由图5中的图(12)可知，在钪和铁的萃取率都随着管长的增加而增大，并且钪萃取率的增加趋势比铁更为明显。这是因为当钪萃取还未达饱和时，有机相会优先萃取钪元素；同时由图5中的图(13)可知，Sc/Fe分离系数都随着管长的增加而增加，在管长为200mm时，Sc/Fe分离系数最大，可以保持较高的钪萃取率和分离系数。
由图5中的图(14)可知，在保持其它实验条件(萃取剂浓度0.05mol/L，转速＝200rpm，流速＝9mL/min，pH＝2.0，T＝25℃，O/A＝1:1，管径18.9mm)一致的情况下，不同管长下的流型非常相似，都呈现出稳定的环状流；表明在该实验条件下，改变管长只改变了油水两相的停留时间，并未对微反应器内部的流型造成影响，这一现象与钪、铁的萃取率与管长成正比的变化趋势一致，所以不同管长下钪的萃取率和铁的萃取率都只与停留时间有关，管长越长，停留时间越久，钪的萃取效果越好；同时由图5中的图(15)可知，在管长为200mm时，钪传质系数与铁传质系数的差值最大，这一结果与200mm管长也是分离系数最大点的结论一致，故择选择管长200mm为最佳管。
由图5中的图(16)和图(17)可知钪和铁的萃取率和分离系数都呈“V”形变化。在转子内径为18.9mm(Wx为0.35mm)时钪的萃取率最高，分离效果最好。
由图5中的图(18)可知，筒管径为18.9mm时环状流的分布最为均匀，范围最广；管径为19.1mm时只在微通道下方形成少量的环状流；而内筒管径为18.9mm时，微反应器内部环状流的分布范围最大；内筒管径为19.3mm的环状流分布范围位于这两种之间。
由图5中的图(18)可知，钪、铁在不同管径下的传质系数的变化情况，钪和铁都在管径为19.3mm时，取得的传质系数最大，分别为0.18s-1、0.08s-1，这可能是因为在管径较小时，微反应器的环隙内径最小，缩短了油水两相的传质距离，加上停留时间的变短，最终提高了钪和铁的体积传质系数，综合考虑了钪萃取和分离效果，选择内径为18.9mm的内筒作为最佳管径。
同时其CFD模拟同实施例1，而旋转刮膜式微通道的网格总数为1420907个，Fluent模拟结果如图5中的图(20)所示，可以看到油相和水相在整个反应界面都呈现出油-水相间的环状流分布，这一结果与图5中的图(7)一致，因此其采用的VOF模型和模拟控制方案，能够较为准确的描述出旋转刮膜式微反应器内部的油水相界面，适用于微观尺度下的两相模拟。
实施例3
对上述的“T”形进口的螺旋微通道反应器和并流旋转刮膜式微通道反应器所得到的最佳工艺参数进行反萃取实验，当采用“T”形进口的螺旋微通道反应器时：
由图6中的图(1)可知，去离子水可以反萃出有机相中41.52％的铁，硫酸的加入可以显著提高铁的反萃率，当硫酸浓度达到0.1mol/L时，铁的萃取量趋于平稳为72.49％，表明0.1mol/L的硫酸溶液为体系提供的HSO4 -已达到反萃取的饱和量，继续增加硫酸溶液浓度，铁的反萃率提高幅度变小，因此选择0.1mol/L的硫酸溶液作为后续试验的反萃剂。
由图6中的图(2)可知，铁的反萃率随着流速的增大而减小，表明在铁的反萃过程中，停留时间一直都处于主导控制地位，油水两相的接触时间越长，油水两相反应就越充分，铁的反萃率就越小，虽然流速越小，铁的反萃越充分，但过低的流速，会降低单位时间内待反萃物处理量，影响生产效率。故为平衡好钪铁分离效果和生产效率这两者的关系，选择流速为3mL/L作为最佳反萃流速。
由图6中的图(3)可知，铁的反萃率和钪的反萃率都随着相比的减小而增大。当总流速不变的情况下减小相比，单位时间内，油相与硫酸的接触体积增加，促进了Fe3+向水相的转移，从而提高了铁的反萃。相比从1:1.5减小到1:2，铁的反萃量增加很少，表明相比为1:1.5时，铁的反萃已达饱和，减小相比对铁的反萃作用不大，还会增加钪的损失。钪的反萃率一直都保持着增加的趋势，但整体的反萃率远小于铁，表明钪在硫酸浓度为0.1mol/L的环境中，较难被反萃出来；综上所述，为了尽可能的反萃出铁元素和节约反萃成本，同时减小钪的损失，选择1:1作为最佳反萃相比。
由图6中的图(4)可知，钪的反萃率基本保持不变，表示在本实验环境下，钪的反萃率已达平衡；铁的反萃率随着停留时间的增大而增加，在停留时间为78.54s时，铁反萃率最大，为79.86％。结果表明在在保证其他实验条件(T＝25℃，硫酸浓度＝0.1mol/L，流速＝3mL/min，相比＝1:1)不变的情况下，停留时间只对铁的反萃率影响较大，可以适当延长微通道反萃的时间来增加钪与铁的分离程度，当停留时间大于62.83s时铁的反萃率升高幅度很小，此时铁的反萃可能已达平衡状态，再增加停留时间对铁反萃率的提高有限，故选择停留时间为62.83s(管长为4m)，作为最佳反萃时间。
当采用并流旋转刮膜式微通道反应器时：
由图6中的图(5)可知，随着内筒转子转速的转速增大，钪和铁的反萃率都表现为先增大后保持稳定的变化趋势，在转速为300rpm时，铁的反萃率最大，达到了74.01％，继续增大转速，铁的反萃率还出现了轻微的降低，这可能是由于转速过大微反应器中部分流体发生了反混导致的，钪的反萃率在转速达到100rpm后基本维持在7.5％左右，表明在此转速下，钪反萃已快达平衡状态，为了较好的分离钪和铁，转速为300rpm为最佳。
由图6的图(6)可知，铁的反萃率随着流速的增大而减小，总流速为2mL/min时，铁的反萃率最大，可达到87.46％，表明停留时间在铁的反萃过程中占主导因素；而钪的反萃率一直保持稳定，几乎不随流速的变化改变，这可能是在本实验环境中，钪反萃已达饱和的缘故。为了较好的将铁钪分离，选择2mL/min作为最优反萃流速。
由图6中的图(7)可知，铁的反萃率随着管长的增加而增大，管长为200mm时铁的反萃率最大；钪的反萃率保持平稳，不随管长变化而改变，这可能是在本实验条件下已达钪反萃平衡的缘故。
综上所示，结合图7中的图(1)到图(2)在两种反应器各自最优萃取工艺条件下，“T”形进口的螺旋微通道反应器对钪的萃取分离效果更好，钪的最佳萃取率可达96.54％，分配系数可达144.72而旋转刮膜式微反应器的最佳萃取率和分离系数分别只有94.24％和110.13。但这是在螺旋微通道的流速只有5mL/min，相比为1.25:1，温度为35℃的条件下实现的，而旋转刮膜式微反应器的的最优条件是在流速为9mL/min，相比(O/A)，常温(实验室冬季的室温保持在15℃)下实现了钪铁的最优萃取分离。
若螺旋微通道反应器与刮膜式旋转反应器在相同流速和相比(O/A＝1:1，流速＝9mL/min)下进行萃取分离，则螺旋微通道的钪萃取率和分离系数都明显小于刮膜式旋转反应器。也就是说，与旋转刮膜式微反应器相比，螺旋微通道的最优分离效果是建立在小流速、高相比、提供外部热源的情况下实现的。所以螺旋微反应器具有钪萃取率高、分配系数大、操作简单的优点；刮膜式旋转微通道反应器具有处理量大、能耗少、萃取剂消耗量低的优点。
因此，在实施萃取分离时，可根据产品生产的实际需要，进行合理选择，若极为看重萃取分离效果，经济因素的考量较低时，则选择螺旋微通反应器；若对萃取分离要求不是特别高，又比较注重生产操作成本的话，刮膜式旋转微通道反应器微可以在保证较好萃取分离效果的情况下，实现更为经济、高效的萃取分离。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种微通道反应器萃取分离钪铁溶液的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1将萃取剂以及稀释剂置于微通道反应器中，同时将标准的钪铁溶液置于微通道反应器中反应，反应开始，统计反应阶段的各个工艺参数，分析工艺参数对钪萃取率的影响、铁萃取率和分离系数的影响；
S2在反应过程中，以CCD高速摄影仪进行观察，分析流型与传质的关系，得到流型数据；
S3将工艺参数和流型数据整合，以CFD软件模拟流型数据，与CCD高速摄影仪数据对比，确定最佳的处理工艺的工艺参数与流型数据；
S4利用确定的工艺参数与流型数据处理实际的钪铁溶液，统计萃取效率。
2.根据权利要求1所述的一种微通道反应器萃取分离钪铁溶液的方法，其特征在于：所述的微通道反应器选用“T”形进口的螺旋微通道反应器以及并流旋转刮膜式微通道中的一种。
3.根据权利要求2所述的一种微通道反应器萃取分离钪铁溶液的方法，其特征在于：所述的工艺参数为，当采用“T”形进口的螺旋微通道反应器时，工艺参数包括萃取剂浓度、水相初始pH、液体总流速、相比(O/A)、停留时间、萃取温度；
当采用并流旋转刮膜式微通道的时，工艺参数包括转速、流速、相比(O/A)、管长、内筒管径。
4.根据权利要求3所述的一种微通道反应器萃取分离钪铁溶液的方法，其特征在于：所述的工艺参数还包括反萃率，所述的反萃率的计算公式为：
式中，C’in,o为反萃过程中油相出口铜离子浓度，mg/L；
C’out,o为反萃过程中油相出口铜离子浓度，mg/L。
5.根据权利要求2所述的一种微通道反应器萃取分离钪铁溶液的方法，其特征在于：所述的微通道反应器的材质均采用聚四氟乙烯。
6.根据权利要求1所述的一种微通道反应器萃取分离钪铁溶液的方法，其特征在于：所述的钪的萃取率与铁的萃取率均通过下列计算公式得到：
式中，E代表金属离子的萃取率(％)；
Cin,aq为金属离子在微反应器进口水相中的浓度，mg/L；
Cout,aq为代表金属离子在微反应器出口水相中的浓度，mg/L。
7.根据权利要求1所述的一种微通道反应器萃取分离钪铁溶液的方法，其特征在于：所述的分离系数包括分配比的计算和分离系数的计算，所述的分配比的计算公式如下：
式中，D为金属离子的分配系数；
Cout,o为金属离子在微反应器出口负载有机相中的浓度，mg/L；
所述的分离系数为同一萃取体系中两种金属粒子分离难度程度，将金属离子A与金属离子B对应的分配比的比值定义为A与B的分离系数，当分离系数βA/B＝1时，表示两种元素在该条件下无法被分离，βA/B＞1或βA/B＜1时，A与B才能实现分离，计算公式如下：
式中，βSc/Fe为钪与铁的分离系数；
CSc,out,o为微反应器出口有机相中钪离子浓度，mg/L；
CSc,out,aq为微反应器出口水相中钪离子浓度，mg/L；
CFe,out,o为微反应器出口有机相中铁离子浓度，mg/L；
CFe,out,aq为微反应器出口水相中铁离子浓度，mg/L。
8.根据权利要求1所述的一种微通道反应器萃取分离钪铁溶液的方法，其特征在于：所述的流型与传质之间的关系通过总体积传质系数KLa来表征，所述的总体积传质系数通过传质推动力ΔCIn以及传质通量J表示，所述的传质推动力ΔCIn通过对数平均浓度差表示，具体公式为：
式中，
为金属离子在萃余水相中的平衡浓度，mg/L；
Cin,aq为金属离子在微反应器进口水相中的浓度，mg/L；
Cout,aq为代表金属离子在微反应器出口水相中的浓度，mg/L；
所述的传质通量J的计算公式为：
式中，KL为总质量传质系数，kg/m3
a为油水接触界面的比表面积，m2/m3；
Q为油水两相的总体积流量，m3/s；
V为微反应器的内部体积，m3；
将传质推动力ΔCIn与传质通量J的公式联立，得到总体积传质系数的计算公式：
其中，
Q＝Qo+Qaq
上式中，t为有机相与水相在微反应器中接触时间，s；
Qo为有机相体积流量，m3/s；
Qaq为水相体积流量，m3/s。
9.根据权利要求1所述的一种微通道反应器萃取分离钪铁溶液的方法，其特征在于：所述的萃取剂采用二(2-乙基己基)氨基甲基膦酸，所述的稀释剂采用煤油。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210914 |