金属矿产是我国重大能源与战略资源，是国民经济发展的基石，冶金工业约占我国工业总产值25%。我国金属矿产资源总量丰富，但大多数矿产以低品位、多金属共生和伴生的多金属矿产形式存在，使得金属矿产分离难度较大；溶剂萃取技术具有连续性强、操作简单、适用性强等优点，广泛应用于镍钴、锂、稀土、铜等的分离，是化工、冶金等过程中重要的分离手段。镍钴、稀土等金属离子之间因性质相近，萃取分离需要的平衡级数较多，造成设备数量多、投资大、运行费用高、溶剂存留量大等问题。采用过程传质强化是提高关键装备的萃取效率，提高生产安全性，降低生产成本的有效手段。萃取塔是溶剂萃取领域一种重要的分离设备，实现萃取塔传质强化主要是依靠优化萃取塔内构件与引入外场能量。与单一外场能量强化相比，脉冲和搅拌两种手段协同强化可显著提高萃取塔传质性能。然而，目前萃取过程中分散相液滴尺寸分布和液滴群演化规律还缺乏科学认识，复合流场对界面传质过程的强化机制还未系统研究，多场强化的数学模型还未建立，难以有效调控和优化搅拌-脉冲萃取塔的传质过程，造成该萃取塔设计、放大困难，限制了该高效萃取塔的推广与应用。针对以上问题，本研究拟通过实验测量研究脉冲与搅拌对萃取塔水力学性能、轴向扩散以及传质系数的影响，结合经验模型、群体平衡模型、曳力模型、计算流体力学等数学方法建立液滴群在萃取塔内的演化机制，解析液-液两相流动特性，探明相间传质强化作用规律，取得的主要研究成果如下：（1）随着搅拌与脉冲强度的增加，Sauter液滴直径逐渐减小；搅拌转速的增大使得分散相持液量逐渐增大，而随着脉冲的增大，而分散相持液量具有先减小后增大的趋势，存在最低值；分别建立了分散相持液量模型、Sauter液滴模型与液滴累计概率分布预测模型，并通过特征速度法实现了搅拌-脉冲萃取塔内液泛区域的准确预测；采用群体平衡模型（PBM）与实验数据相结合，确定了适用于搅拌-脉冲萃取塔的液滴破碎、聚并核函数，实现了液滴直径分布随塔高变化的预测。（2）测量了单液滴在非稳态连续相流场（脉冲）中加速和减速运动的曳力系数，与稳态流动中的曳力系数相比，非稳态曳力系数 （UDC） 遵循两个完全不同的趋势：在相同的雷诺数下，相对减速时的UDC总是大于相对加速时的UDC；非稳态曳力系数与稳态曳力系数间的差值和相对速度参数 -A的函数关系表现出线性趋势，根据这一关系，提出了适用于液-液体系内的UDC预测模型。（3）通过计算流体力学（CFD）与PBM相耦合的CFD-PBM模拟对搅拌-脉冲萃取塔内的水力学性能进行了计算，评价了不同曳力系数对CFD-PBM模拟结果的影响，其中仅考虑非稳态流场对曳力系数影响的UDC模型无法预测高脉冲强度下分散相的流动特性，而将Augier等提出的考虑液滴间相作用对曳力系数影响的修正因子引入到UDC模型中，实现了萃取塔内分散相持液量随脉冲强度增大而增大的趋势的预测。（4）随着搅拌转速与脉冲强度的增大，分散相与连续相轴向扩散系数逐渐增大；分散相与连续相的轴向扩散系数都随着分散相速度的增加而增大；连续相速度的增加使得连续相扩散系数增大，但对分散相扩散系数没有显著影响；虽然高脉冲强度与搅拌转速下，分散相轴向扩散系数为连续相扩散系数的1/2~1/3，对传质的影响不可忽略；进一步，提出了适用于搅拌-脉冲萃取塔内分散相与连续相轴向扩散系数的预测模型。（5）将轴向扩散系数模型（ADM）与PBM相耦合，实现了萃取塔浓度剖面的准确预测。结果显示：表观传质系数沿着萃取塔从顶部向下逐渐降低，体积传质系数在高搅拌转速（>800 rpm）下沿塔高呈先减小后增大；针对H2SO4/Ce(SO4)2/D2EPHA体系，萃取塔在Af = 0.0158 m/s，N = 1100 rpm时，传质单元数每米可达10级，可有效提高萃取塔传质效率，减少装备数量。同时，基于ADM-PBM耦合模型，建立了工业级硝酸铀酰萃取塔的仿真模拟软件，为萃取塔的工艺优化、设计提供了关键数据支持。