專利名稱：在兩種分離的溶液中產(chǎn)生控制流的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制液體-液體萃取中溶液流動(dòng)進(jìn)入一空間中的方法，在該空間處理兩個(gè)相互混合的溶液以及同時(shí)因重力作用分離成兩層。本發(fā)明還涉及一種實(shí)現(xiàn)該方法的沉降槽，沉降槽的深度和流動(dòng)隔板結(jié)構(gòu)要設(shè)計(jì)成有機(jī)溶液的流動(dòng)速度可明顯地調(diào)節(jié)成高于水溶液的流動(dòng)速度、且多相可被分離成純相而不夾雜其它上升到干擾高度的溶液。
借助于本發(fā)明的方法和設(shè)備，相互可分離的溶液被制成在分離環(huán)境中的橫向和縱向兩者方向上以均勻速度處理，分離環(huán)境的基本要求是溶液被從分離罐前端到其最后端在塞流方式下處理。本發(fā)明的另一個(gè)目的是加速溶液的分離和改進(jìn)分離的最后程度，也就是減少兩溶液在其它溶液中的夾雜。本發(fā)明的方法和設(shè)備的特征是使溶液保持徑直向前流動(dòng)，從而在分離罐前端，布置了幾個(gè)具有方向變化的窄流動(dòng)位置。本發(fā)明的方法和設(shè)備特別適用于非常大型的銅萃取廠。在銅萃取中，在所用的萃取溶液例如是將羧胺分解成煤油時(shí)，已證明有機(jī)溶液的線性流動(dòng)速度須不超過45-60mm/s速度。在其它場(chǎng)合，當(dāng)在一個(gè)簡(jiǎn)單的沉降槽中使用傳統(tǒng)的分離方法時(shí)，夾雜量，也就是存留在萃取溶液中的水滴量，開始逐漸成長(zhǎng)到干擾程度，甚至約到1000ppm。通過增加有機(jī)溶液的層量，線性速度可僅僅減少到一個(gè)限定程度，因?yàn)樵趯恿吭黾訒r(shí)，相應(yīng)地需要更多昂貴的有機(jī)試劑的緣故。通常該問題的解決是使用有機(jī)溶液為250-350mm厚層，并且通過增加可分離溶液的流動(dòng)區(qū)域的寬度，萃取溶液的線性速度得以減少?，F(xiàn)今所使用的沉降槽的寬度可與其長(zhǎng)度一樣大，甚至更大。當(dāng)溶液流動(dòng)總量約為2000m3/h時(shí)，沉降槽寬度約為25m，其面積約600-800m2。
芬蘭專利申請(qǐng)935393介紹了一種可改進(jìn)萃取廠內(nèi)泵和混合系統(tǒng)的方法和設(shè)備，從而前述最大流動(dòng)甚至可增加到2.5倍。除了泵進(jìn)和混合，所述的方法和設(shè)備還涉及到將混合器中的分散物流導(dǎo)入沉降槽中，涉及到調(diào)節(jié)位于沉降槽前端布置的門和樁欄的形狀，以及涉及到沉降槽最后端有機(jī)溶液的離析。
按照通行觀念，萃取溶液和水溶液之間不同的線性速度必須很小，以避免因邊界表面紊流所導(dǎo)致的溶液的再混合和避免導(dǎo)致夾雜量增加。作為該問題的一個(gè)解決方法是使用了低離析罐，在此，水溶液層基本上不比萃取溶液層厚。例如在傳統(tǒng)的銅萃取中，所使用的水溶液層厚度為400-450mm，而相應(yīng)萃取溶液層的厚度為250-350mm，從而，萃取和水溶液層厚度比，特別是在沉降槽排放端處為1∶1.5，最高為1∶1.7。當(dāng)銅萃取進(jìn)行時(shí)，導(dǎo)致萃取混合器中溶液供給的流量比為1∶1，這導(dǎo)致萃取溶液的線性速度設(shè)置在高于溶液的線性速度40-80％，通常為50-70％的程度上。
本方法和設(shè)備的目的是特別消除大型萃取廠存在的一些缺陷，而與上述專利申請(qǐng)所述的改進(jìn)無(wú)關(guān)。這樣已得到了可實(shí)現(xiàn)該目的的方法和設(shè)備，甚至上述分離流的線性速度調(diào)節(jié)并不阻礙大型萃取廠的發(fā)展。通過增強(qiáng)萃取溶液和分散物層朝向分離罐前端，將寬流動(dòng)區(qū)域結(jié)構(gòu)與保持在萃取溶液中的結(jié)構(gòu)相結(jié)合，萃取溶液的流動(dòng)速度可得以減少，特別是在分離區(qū)域的前端更是如此，這從最后離析的觀點(diǎn)來(lái)看是重要的。實(shí)驗(yàn)已證明，當(dāng)采用本發(fā)明的方法和設(shè)備時(shí)，邊界紊流未測(cè)出，即使在萃取溶液的流速提升至高于相應(yīng)的水溶液的流速500％時(shí)也是如此。
按照本發(fā)明，把屬于萃取步驟的分離部分，即沉降槽制得較深，則萃取溶液和水溶液的層厚比，特別是在分離部分的排放端的層厚比甚至可約為1∶4，但是至少為1∶2.0。當(dāng)在水溶液的層厚基本上大于傳統(tǒng)方法中所用的水溶液層厚的條件下工作時(shí)，已證明可獲得好的結(jié)果，而無(wú)邊界紊流的有害作用，這是因?yàn)樵诜蛛x部分深于傳統(tǒng)沉降槽情況下，分離層可允許遠(yuǎn)伸至分離部分排放端的緣故。本發(fā)明另一特征是分離部分即沉降槽具有樁欄以在沉降槽整個(gè)橫向表面上獲得均勻一致的分布。本發(fā)明基本的新特征很顯然在所附權(quán)利要求書中。
對(duì)于其使用者以低夾雜值方式使用較深沉降槽需要一改進(jìn)的循環(huán)控制。僅僅將沉降槽設(shè)置成深于普通值是不夠的，因?yàn)榭焖倭鲃?dòng)的萃取溶液直接使水溶液層(位于該層之下并具有厚度約為整個(gè)水溶液層厚度20-50％)流動(dòng)快于其余水溶液。這樣，以沿著萃取溶液拖動(dòng)邊界層萃取溶液，因較小的萃取溶液滴必須在與水分離時(shí)升高并通過該邊界層，使分離變得非常困難。提高夾雜值的所述液滴的主要部分沿著該邊界層繼續(xù)經(jīng)整個(gè)沉降槽并沿著水溶液移動(dòng)。在此所述的事實(shí)解釋低沉降槽的使用，因?yàn)榫売诓贿m于流動(dòng)控制，還不能使用深分離部分。物別是，朝著溶液排放端，靠近分離部分底部的水溶液的流動(dòng)已不均勻一致。在渦流產(chǎn)生時(shí)，渦流使水溶液部分流動(dòng)，甚至流至改變寬度區(qū)域的錯(cuò)誤方向。
按照本發(fā)明的方法和設(shè)備控制水溶液層產(chǎn)生也基本可在縱向平穩(wěn)地進(jìn)行。新發(fā)展的解決方法也涉及上述FI專利申請(qǐng)935393所述的布置，其中，能夠選擇和控制分散形式，即決定哪種溶液以連續(xù)態(tài)存在，哪一種溶液以液滴存在于連續(xù)溶液中，通常，希望產(chǎn)生的清潔溶液和必然包含少量夾雜的溶液最好是混合成液滴。因此，在水溶液導(dǎo)致下個(gè)工藝步驟的這種萃取步驟中，水溶液被變成液滴。
在按照本發(fā)明的方法和設(shè)備中，蒸汽流被調(diào)節(jié)的如此之大，從而水滴分散遍布整個(gè)沉降槽，即從它的前端至排放端。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)在這種類型的分散物中，流動(dòng)速度明顯地低于萃取溶液，因?yàn)楹笳咦鳛檩^重的分散物沉積在水溶液里，這樣在流動(dòng)方向形成的分散物在其底表面以楔形方式上升。同樣因?yàn)樗卧诜稚⑽飳又谐涞撞肯陆禃r(shí)，水滴相互越靠越近地堆積，使分散物變得很重。較重的分散物必須穿過在其通道上的水溶液層進(jìn)入沉降槽的最后端，并且它逐漸形成一個(gè)位于兩純凈層間即萃取溶液和水溶液之間的無(wú)速度層。
上述分散物層的保持需要一個(gè)比傳統(tǒng)使用的沉降槽要深的沉降槽，因?yàn)榉稚⑽镄稍诔两挡矍岸藰?gòu)成70-100％和在沉降槽溶液高度的后端15-35％。在這種情況下，在水溶液層易于產(chǎn)生均勻一致強(qiáng)于正常的塞流，這樣作為這種均勻一致和長(zhǎng)期凈化步驟的結(jié)果，獲得水溶液改進(jìn)的分離。
通過下面的涉及較深分離部分的、影響處于橫向和縱向的萃取溶液、分散物和水溶液層兩者的裝置，溶液的相互分離還可在容量和分離兩方面改進(jìn)，但是，在水溶液縱向中進(jìn)行的均勻流動(dòng)被同時(shí)維護(hù)。
下面將參照附圖更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明


圖1示意地示出萃取裝置中沉降槽的俯視圖，圖2示出沉降槽中初始樁欄前部結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖3示出沉降槽中另一樁欄前部結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖4示意地示出沉降槽縱向剖視圖。
見圖1，首先，分散物從萃取步驟的最后混合器1進(jìn)行沉降槽2，經(jīng)其前端或供給端3輸入。分散物輸入沉降槽從橫向看的中部或者是縱向或者是通過使用一個(gè)半縱向件，有助于分散朝著沉降槽的側(cè)壁4轉(zhuǎn)向。沉降槽其它的基本部件是排放端或溶液端5，各種樁欄6、7和8有機(jī)溶液收集槽9以及溶液端的萃取液滑槽10和水端11。
圖1進(jìn)一步示出帶有第一樁欄也就是初始樁欄6的沉降槽2的前端，初始樁欄6由通常的隔板12形成，除此外優(yōu)點(diǎn)是還使用了導(dǎo)板13，這些導(dǎo)板位于縱向狹槽14后，從分散物流動(dòng)方向看，狹槽14保持于隔板12間。為了獲得分散物均勻分布，很顯然，第1樁欄引起壓力損失相當(dāng)于300-600Pa，初始樁欄6對(duì)著沉降槽的前邊緣，正如芬蘭專利申請(qǐng)935393所述，樁欄所限定的流道朝向邊緣4變窄，從而，初始樁欄6與在邊緣4處沉降槽的前壁3之間的距離仍然為100-500mm。在大型萃取廠，初始樁欄中狹槽14的寬度約為15-30mm，并且它們的數(shù)量為與導(dǎo)板13一同能獲得上述攔截為宜。
圖2更準(zhǔn)確地示出導(dǎo)板13是如何相對(duì)隔板12布置的。借助于導(dǎo)板13，能夠消除分散物的橫向運(yùn)動(dòng)，這在使用簡(jiǎn)單的樁欄布置或其它一些對(duì)稱流動(dòng)結(jié)構(gòu)時(shí)是不可能實(shí)現(xiàn)的。按照本發(fā)明，導(dǎo)板13在縱向狹槽14后放置從而產(chǎn)生朝向沉降槽壁變窄而朝向中心變寬的分散流道15，這主要是由于在沉降槽的縱長(zhǎng)方向流動(dòng)可轉(zhuǎn)向的緣故。這樣，在橫向運(yùn)動(dòng)能量均勻分布，并且，通過導(dǎo)板間均勻提供的并在朝著分離部件即沉降槽的排放端垂直方向提供的狹槽而排放分散物。隔板也可構(gòu)成為比初始欄適當(dāng)窄些，優(yōu)點(diǎn)在于橫向?qū)О逑鄬?duì)于留在隔板之間的狹槽14是對(duì)稱設(shè)置的。已經(jīng)證明保持于導(dǎo)板13之間的通道15基本上使分散物流量變?nèi)酢?br> 按照傳統(tǒng)，沉降槽的供給端，除了初始樁欄，還提供了一個(gè)附加的樁欄，以整平橫向供給外的分散物。在大型裝置中，這些附加欄“樁欄”通常安裝在距離初始樁欄3-7m處，最普通的結(jié)構(gòu)是雙樁欄，本案中欄中狹槽沿橫向?yàn)殡A梯方式布置。
按照本發(fā)明，可使用至少兩個(gè)分開的附加樁欄代替一個(gè)附加的樁欄，以改進(jìn)沉降槽中的縱向流動(dòng)。第二附加樁欄與第一附加樁欄之間的距離和第一樁欄與初始樁欄之間的距離大約相同，在方法和設(shè)備中，第一附加樁欄并不延伸到沉降槽底部這樣是很重要的，但是后者可以。這樣，帶有沉降槽中水層附加厚度10％-30％的底部間隙的第一附加樁欄不能攔阻已離析的有機(jī)溶液，但是它可自由地朝前流動(dòng)，這樣，在右方向提供了一個(gè)底部流。附加的樁欄7和8兩者的優(yōu)點(diǎn)是它們的結(jié)構(gòu)相似，例如，它們的每一個(gè)均由4個(gè)獨(dú)立的欄條16、17、18和19構(gòu)成，如圖3所示。在獨(dú)立欄中，所具有的狹槽20總是布置在移動(dòng)位置中的下個(gè)欄中，從而防止液體直接經(jīng)狹槽流動(dòng)。在流動(dòng)方向看，最后欄19的狹槽21比位于上一欄中的要寬，以減少流經(jīng)樁欄的各相速度。最后單個(gè)欄僅僅由位于前欄18的狹槽前部的封閉條形成，所述條的寬度僅僅為欄條擋中狹槽寬度的1.5-3.0倍。
按照本發(fā)明，樁欄中狹槽的寬度和數(shù)量設(shè)計(jì)成由欄所產(chǎn)生的攔截效果上升到約250-500Pa。這也與第一附加樁欄7有關(guān)，流過樁欄7的有大量未分離的分散物。由于分散物的流動(dòng)阻力高于已分離溶液的流動(dòng)阻力，通常將第一附加樁欄7升離沉降槽的底部，附加樁欄的攔截效果可保持在一個(gè)相互相等的水平上。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用上述底部間隙時(shí)，第一附加樁欄的攔截效果最佳。
圖4示意出沉降槽的流動(dòng)，首先示出分散器22中的整個(gè)流動(dòng)如何進(jìn)行的，如何在沉降槽中分離成兩相，有機(jī)相23和水溶液相24的，從而相對(duì)純凈相，僅僅是分散器的薄層保持在兩分離層之間。圖4中可見，上述方式的沉降槽深度設(shè)計(jì)成比正常的要深，從而在流動(dòng)方向看，很顯然，在沉降槽排放端，溶液層的比大于傳統(tǒng)沉降槽。類似可見，薄分散物層被制成與沉降槽排放端一樣遠(yuǎn)，本例中，分散層作為兩純相之間的邊界紊流防止層。
圖4還示出附加樁欄是如何特別影響溶液分離的。在兩個(gè)附加樁欄之間，產(chǎn)生一層可分離分散的相當(dāng)厚層。后種附加樁欄保持分散流，該分散流無(wú)很大的流動(dòng)阻力，不能進(jìn)入沉降槽的排放端。由于第一附加樁欄7不能遠(yuǎn)伸至底部25處，允許少量分散物流經(jīng)底部間隙26，同時(shí)主要部分流經(jīng)樁欄，由于這些組合效果在兩個(gè)附加樁欄之間產(chǎn)生一層水溶液，厚度是分離部分整個(gè)液深的0.2-0.4倍。該層水溶液朝著后種附加樁欄均勻一致地流動(dòng)經(jīng)此，并進(jìn)一步地增強(qiáng)底部流動(dòng)地流經(jīng)沉降槽其它部分。
通過使用上述布置，濃厚分散層聚集在兩附加樁欄之間，靠近底部獲得相當(dāng)薄的水層，該水層增強(qiáng)所需流動(dòng)的產(chǎn)生。排出分散層的水作為分離的結(jié)果，其流動(dòng)方向斜向下和向前，進(jìn)一步增強(qiáng)由第一附加樁欄7起始的底流以及在分離部分的最后端也改進(jìn)流動(dòng)的平穩(wěn)度。
按照本發(fā)明，在分離部分的前端，分散物保持壓縮狀態(tài)，作為一在初始樁欄6兩側(cè)上以及在附加樁欄7和8之間的厚層。由于分離溶液量沿著分散物層強(qiáng)度的成長(zhǎng)在每單位區(qū)域增長(zhǎng)，增加了分離部分的能力。此外，改進(jìn)了溶液的分離度，也就是改進(jìn)了溶液的夾雜值。這同樣是由于按照本發(fā)明的布置，分散物層在沉降槽前端處于優(yōu)勢(shì)所致。溶液必須流經(jīng)分散物層或在分散狀態(tài)為密滴形式，在本例中也可為小滴相撞在大滴，這樣分離進(jìn)它們自己的溶液層。例如在銅萃取中，從生產(chǎn)觀點(diǎn)上看，這種現(xiàn)象具有重大意義。為了例如按照電積金屬原理無(wú)干擾地產(chǎn)生陰極銅，在銅萃取過程中，必須防止如氯化物和錳這樣的不同雜質(zhì)進(jìn)入所制成的銅溶液即電解液中。
從相分離的觀點(diǎn)上看，使用多于兩個(gè)附加樁欄將是較佳的。采用正常的初始樁欄和附加樁欄布置，甚至在最后樁欄后，保留在沉降槽中的分離空間約為40％-50％。盡管所得到的效果隨著樁欄數(shù)目增加是相應(yīng)減弱，使用相互間距為幾米的多個(gè)附加樁欄是有用的。由于甚至使用兩個(gè)附加樁欄就獲得了驚入的效果，所以不推薦使用更多個(gè)樁欄，特別是在產(chǎn)生攙和物并相應(yīng)需要清潔的情況下。即使在使用兩個(gè)附加樁欄時(shí)，需要攙和物不要大范圍形成。即使例如在銅萃取的供給溶液中一定量的固態(tài)物會(huì)存在，在FI專利申請(qǐng)935393中所述的和用在混合部分的混合技術(shù)防止了攙和物的生成。
在上述說(shuō)明中，主要參照大型萃取廠通常使用和試圖對(duì)在此產(chǎn)生問題發(fā)現(xiàn)解決方法的銅萃取描述了本發(fā)明的方法和設(shè)備。但是，很顯然，本方法和設(shè)備也可用于其它萃取廠。
權(quán)利要求
1．一種用于分離液體-液體萃取的混合部分中形成的分散物，以在分離部分控制溶液流動(dòng)和產(chǎn)生純?nèi)芤旱姆椒ê驮O(shè)備，其特征在于，有機(jī)溶液相的流速明顯地調(diào)節(jié)成高于水溶液相的流速，在為了防止溶液相的速度不同引起的邊界紊流時(shí)，在兩分離溶液之間存在的水滴分散層調(diào)節(jié)到遠(yuǎn)伸至分離部分的排放端；為了沉淀溶液相，在分離部分的前端至少布置三個(gè)部位，在這三個(gè)部位分散物和已經(jīng)沉淀的溶液流經(jīng)在一限定的橫向形成的樁欄，在第一限定的橫向表面將流動(dòng)旋轉(zhuǎn)輸入在分離部分縱向的分離部分中時(shí)，在形成于一個(gè)限定的橫向表面的流向方向上，下一個(gè)樁欄允許沉淀的水溶液相自由地流入分離部分的底部。
2．按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，液體-液體萃取是銅萃取。
3．一種用于將液體-液體萃取中來(lái)自分散器(22)的兩相液體流分離成單相的設(shè)備，分散器(22)形成在至少一個(gè)位于沉降槽(2)之前的混合器(1)中，從而沉降槽(22)由一個(gè)供給端(3)，側(cè)壁(4)，排放端(5)，底部(25)和至少一個(gè)位于沉降槽前端并遍布其整個(gè)橫表面的樁欄(7)組成，其特征在于，要供給混合器(1)的流量供給比為1∶1的同時(shí)，沉降槽(2)形成為有機(jī)溶液(23)和水溶液(24)的層量比至少為1∶2.0，在沉降槽中設(shè)置的樁欄(6、7、8)的數(shù)量至少為三個(gè)，流動(dòng)方向上的第一初始樁欄(6)由形成第一欄的隔板(12)和位于隔板問隙(14)后的導(dǎo)板(13)組成，所述的導(dǎo)板被旋轉(zhuǎn)以使板(12、13)形成分散物用導(dǎo)槽(15)，所述導(dǎo)槽朝向沉降槽壁(4)變窄而朝向中部變寬；和在初始樁欄后的第一附加樁欄(7)與底部(25)之間保留一底部間隙(26)，該間隙為沉降槽中液體層附加高度的10-30％。
4．按照權(quán)利要求3所述的萃取沉降槽(2)，其特征在于，由初始樁欄(6)產(chǎn)生的壓力損耗為300-600Pa。
5．按照權(quán)利要求3所述的萃取分離器(2)，其特征在于，由附加樁欄(7、8)產(chǎn)生的壓力損耗為250-500Pa。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種分離在液體－液體萃取的混合裝置中形成的分散物,以控制溶液流動(dòng)和在分離部分產(chǎn)生純?nèi)芤旱姆椒?。按照本方?有機(jī)溶液相的流速明顯地調(diào)節(jié)成高于水溶液相的流速,為了防止溶液相速度不同引起邊界紊流,將存留在兩分離溶液之間的水滴分散層調(diào)節(jié)成遠(yuǎn)伸至分離部分的排放端。為了分離溶液相,在分離部分的前端至少三處布置使分散和已分離的溶液流經(jīng)一個(gè)形成于限定的橫向表面上的樁欄,在第一限定的橫向表面將流動(dòng)旋轉(zhuǎn)輸入分離部分以跟隨分離部分縱向時(shí),在一個(gè)限定的橫表面上形成的流動(dòng)方向上的第二樁欄允許分離的水溶液相自由地流到分離部分的底部。本發(fā)明也涉及一種按照本方法的萃取設(shè)備。
文檔編號(hào)B01D11/04GK1216934SQ97194295
公開日1999年5月19日 申請(qǐng)日期1997年4月29日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月30日
發(fā)明者布魯爾·內(nèi)曼, 洛諾·莉利亞, 斯提格·E·霍爾托爾姆, 尤哈尼·呂拉, 拉伊莫·庫(kù)西斯托, 彼德里·泰帕萊, 提莫·薩倫帕 申請(qǐng)人:奧托昆普技術(shù)公司