CN1216934A - 在两种分离的溶液中产生控制流的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分离在液体－液体萃取的混合装置中形成的分散物,以控制溶液流动和在分离部分产生纯溶液的方法。按照本方法,有机溶液相的流速明显地调节成高于水溶液相的流速,为了防止溶液相速度不同引起边界紊流,将存留在两分离溶液之间的水滴分散层调节成远伸至分离部分的排放端。为了分离溶液相,在分离部分的前端至少三处布置使分散和已分离的溶液流经一个形成于限定的横向表面上的桩栏,在第一限定的横向表面将流动旋转输入分离部分以跟随分离部分纵向时,在一个限定的横表面上形成的流动方向上的第二桩栏允许分离的水溶液相自由地流到分离部分的底部。本发明也涉及一种按照本方法的萃取设备。

Description

在两种分离的溶液中产生控制流的方法和设备

本发明涉及一种控制液体-液体萃取中溶液流动进入一空间中的方法，在该空间处理两个相互混合的溶液以及同时因重力作用分离成两层。本发明还涉及一种实现该方法的沉降槽，沉降槽的深度和流动隔板结构要设计成有机溶液的流动速度可明显地调节成高于水溶液的流动速度、且多相可被分离成纯相而不夹杂其它上升到干扰高度的溶液。

借助于本发明的方法和设备，相互可分离的溶液被制成在分离环境中的横向和纵向两者方向上以均匀速度处理，分离环境的基本要求是溶液被从分离罐前端到其最后端在塞流方式下处理。本发明的另一个目的是加速溶液的分离和改进分离的最后程度，也就是减少两溶液在其它溶液中的夹杂。本发明的方法和设备的特征是使溶液保持径直向前流动，从而在分离罐前端，布置了几个具有方向变化的窄流动位置。本发明的方法和设备特别适用于非常大型的铜萃取厂。在铜萃取中，在所用的萃取溶液例如是将羧胺分解成煤油时，已证明有机溶液的线性流动速度须不超过45-60mm/s速度。在其它场合，当在一个简单的沉降槽中使用传统的分离方法时，夹杂量，也就是存留在萃取溶液中的水滴量，开始逐渐成长到干扰程度，甚至约到1000ppm。通过增加有机溶液的层量，线性速度可仅仅减少到一个限定程度，因为在层量增加时，相应地需要更多昂贵的有机试剂的缘故。通常该问题的解决是使用有机溶液为250-350mm厚层，并且通过增加可分离溶液的流动区域的宽度，萃取溶液的线性速度得以减少。现今所使用的沉降槽的宽度可与其长度一样大，甚至更大。当溶液流动总量约为2000m³/h时，沉降槽宽度约为25m，其面积约600-800m²。

芬兰专利申请935393介绍了一种可改进萃取厂内泵和混合系统的方法和设备，从而前述最大流动甚至可增加到2.5倍。除了泵进和混合，所述的方法和设备还涉及到将混合器中的分散物流导入沉降槽中，涉及到调节位于沉降槽前端布置的门和桩栏的形状，以及涉及到沉降槽最后端有机溶液的离析。

按照通行观念，萃取溶液和水溶液之间不同的线性速度必须很小，以避免因边界表面紊流所导致的溶液的再混合和避免导致夹杂量增加。作为该问题的一个解决方法是使用了低离析罐，在此，水溶液层基本上不比萃取溶液层厚。例如在传统的铜萃取中，所使用的水溶液层厚度为400-450mm，而相应萃取溶液层的厚度为250-350mm，从而，萃取和水溶液层厚度比，特别是在沉降槽排放端处为1∶1.5，最高为1∶1.7。当铜萃取进行时，导致萃取混合器中溶液供给的流量比为1∶1，这导致萃取溶液的线性速度设置在高于溶液的线性速度40-80％，通常为50-70％的程度上。

本方法和设备的目的是特别消除大型萃取厂存在的一些缺陷，而与上述专利申请所述的改进无关。这样已得到了可实现该目的的方法和设备，甚至上述分离流的线性速度调节并不阻碍大型萃取厂的发展。通过增强萃取溶液和分散物层朝向分离罐前端，将宽流动区域结构与保持在萃取溶液中的结构相结合，萃取溶液的流动速度可得以减少，特别是在分离区域的前端更是如此，这从最后离析的观点来看是重要的。实验已证明，当采用本发明的方法和设备时，边界紊流未测出，即使在萃取溶液的流速提升至高于相应的水溶液的流速500％时也是如此。

按照本发明，把属于萃取步骤的分离部分，即沉降槽制得较深，则萃取溶液和水溶液的层厚比，特别是在分离部分的排放端的层厚比甚至可约为1∶4，但是至少为1∶2.0。当在水溶液的层厚基本上大于传统方法中所用的水溶液层厚的条件下工作时，已证明可获得好的结果，而无边界紊流的有害作用，这是因为在分离部分深于传统沉降槽情况下，分离层可允许远伸至分离部分排放端的缘故。本发明另一特征是分离部分即沉降槽具有桩栏以在沉降槽整个横向表面上获得均匀一致的分布。本发明基本的新特征很显然在所附权利要求书中。

对于其使用者以低夹杂值方式使用较深沉降槽需要一改进的循环控制。仅仅将沉降槽设置成深于普通值是不够的，因为快速流动的萃取溶液直接使水溶液层(位于该层之下并具有厚度约为整个水溶液层厚度20-50％)流动快于其余水溶液。这样，以沿着萃取溶液拖动边界层萃取溶液，因较小的萃取溶液滴必须在与水分离时升高并通过该边界层，使分离变得非常困难。提高夹杂值的所述液滴的主要部分沿着该边界层继续经整个沉降槽并沿着水溶液移动。在此所述的事实解释低沉降槽的使用，因为缘于不适于流动控制，还不能使用深分离部分。物别是，朝着溶液排放端，靠近分离部分底部的水溶液的流动已不均匀一致。在涡流产生时，涡流使水溶液部分流动，甚至流至改变宽度区域的错误方向。

按照本发明的方法和设备控制水溶液层产生也基本可在纵向平稳地进行。新发展的解决方法也涉及上述FI专利申请935393所述的布置，其中，能够选择和控制分散形式，即决定哪种溶液以连续态存在，哪一种溶液以液滴存在于连续溶液中，通常，希望产生的清洁溶液和必然包含少量夹杂的溶液最好是混合成液滴。因此，在水溶液导致下个工艺步骤的这种萃取步骤中，水溶液被变成液滴。

在按照本发明的方法和设备中，蒸汽流被调节的如此之大，从而水滴分散遍布整个沉降槽，即从它的前端至排放端。现已发现在这种类型的分散物中，流动速度明显地低于萃取溶液，因为后者作为较重的分散物沉积在水溶液里，这样在流动方向形成的分散物在其底表面以楔形方式上升。同样因为水滴在分散物层中朝着其底部下降时，水滴相互越靠越近地堆积，使分散物变得很重。较重的分散物必须穿过在其通道上的水溶液层进入沉降槽的最后端，并且它逐渐形成一个位于两纯净层间即萃取溶液和水溶液之间的无速度层。

上述分散物层的保持需要一个比传统使用的沉降槽要深的沉降槽，因为分散物楔可在沉降槽前端构成70-100％和在沉降槽溶液高度的后端15-35％。在这种情况下，在水溶液层易于产生均匀一致强于正常的塞流，这样作为这种均匀一致和长期净化步骤的结果，获得水溶液改进的分离。

通过下面的涉及较深分离部分的、影响处于横向和纵向的萃取溶液、分散物和水溶液层两者的装置，溶液的相互分离还可在容量和分离两方面改进，但是，在水溶液纵向中进行的均匀流动被同时维护。

下面将参照附图更详细地说明本发明：

图1示意地示出萃取装置中沉降槽的俯视图，

图2示出沉降槽中初始桩栏前部结构的俯视图，

图3示出沉降槽中另一桩栏前部结构的俯视图，

图4示意地示出沉降槽纵向剖视图。

见图1，首先，分散物从萃取步骤的最后混合器1进行沉降槽2，经其前端或供给端3输入。分散物输入沉降槽从横向看的中部或者是纵向或者是通过使用一个半纵向件，有助于分散朝着沉降槽的侧壁4转向。沉降槽其它的基本部件是排放端或溶液端5，各种桩栏6、7和8有机溶液收集槽9以及溶液端的萃取液滑槽10和水端11。

图1进一步示出带有第一桩栏也就是初始桩栏6的沉降槽2的前端，初始桩栏6由通常的隔板12形成，除此外优点是还使用了导板13，这些导板位于纵向狭槽14后，从分散物流动方向看，狭槽14保持于隔板12间。为了获得分散物均匀分布，很显然，第1桩栏引起压力损失相当于300-600Pa，初始桩栏6对着沉降槽的前边缘，正如芬兰专利申请935393所述，桩栏所限定的流道朝向边缘4变窄，从而，初始桩栏6与在边缘4处沉降槽的前壁3之间的距离仍然为100-500mm。在大型萃取厂，初始桩栏中狭槽14的宽度约为15-30mm，并且它们的数量为与导板13一同能获得上述拦截为宜。

图2更准确地示出导板13是如何相对隔板12布置的。借助于导板13，能够消除分散物的横向运动，这在使用简单的桩栏布置或其它一些对称流动结构时是不可能实现的。按照本发明，导板13在纵向狭槽14后放置从而产生朝向沉降槽壁变窄而朝向中心变宽的分散流道15，这主要是由于在沉降槽的纵长方向流动可转向的缘故。这样，在横向运动能量均匀分布，并且，通过导板间均匀提供的并在朝着分离部件即沉降槽的排放端垂直方向提供的狭槽而排放分散物。隔板也可构成为比初始栏适当窄些，优点在于横向导板相对于留在隔板之间的狭槽14是对称设置的。已经证明保持于导板13之间的通道15基本上使分散物流量变弱。

按照传统，沉降槽的供给端，除了初始桩栏，还提供了一个附加的桩栏，以整平横向供给外的分散物。在大型装置中，这些附加栏“桩栏”通常安装在距离初始桩栏3-7m处，最普通的结构是双桩栏，本案中栏中狭槽沿横向为阶梯方式布置。

按照本发明，可使用至少两个分开的附加桩栏代替一个附加的桩栏，以改进沉降槽中的纵向流动。第二附加桩栏与第一附加桩栏之间的距离和第一桩栏与初始桩栏之间的距离大约相同，在方法和设备中，第一附加桩栏并不延伸到沉降槽底部这样是很重要的，但是后者可以。这样，带有沉降槽中水层附加厚度10％-30％的底部间隙的第一附加桩栏不能拦阻已离析的有机溶液，但是它可自由地朝前流动，这样，在右方向提供了一个底部流。附加的桩栏7和8两者的优点是它们的结构相似，例如，它们的每一个均由4个独立的栏条16、17、18和19构成，如图3所示。在独立栏中，所具有的狭槽20总是布置在移动位置中的下个栏中，从而防止液体直接经狭槽流动。在流动方向看，最后栏19的狭槽21比位于上一栏中的要宽，以减少流经桩栏的各相速度。最后单个栏仅仅由位于前栏18的狭槽前部的封闭条形成，所述条的宽度仅仅为栏条挡中狭槽宽度的1.5-3.0倍。

按照本发明，桩栏中狭槽的宽度和数量设计成由栏所产生的拦截效果上升到约250-500Pa。这也与第一附加桩栏7有关，流过桩栏7的有大量未分离的分散物。由于分散物的流动阻力高于已分离溶液的流动阻力，通常将第一附加桩栏7升离沉降槽的底部，附加桩栏的拦截效果可保持在一个相互相等的水平上。实践发现，当使用上述底部间隙时，第一附加桩栏的拦截效果最佳。

图4示意出沉降槽的流动，首先示出分散器22中的整个流动如何进行的，如何在沉降槽中分离成两相，有机相23和水溶液相24的，从而相对纯净相，仅仅是分散器的薄层保持在两分离层之间。图4中可见，上述方式的沉降槽深度设计成比正常的要深，从而在流动方向看，很显然，在沉降槽排放端，溶液层的比大于传统沉降槽。类似可见，薄分散物层被制成与沉降槽排放端一样远，本例中，分散层作为两纯相之间的边界紊流防止层。

图4还示出附加桩栏是如何特别影响溶液分离的。在两个附加桩栏之间，产生一层可分离分散的相当厚层。后种附加桩栏保持分散流，该分散流无很大的流动阻力，不能进入沉降槽的排放端。由于第一附加桩栏7不能远伸至底部25处，允许少量分散物流经底部间隙26，同时主要部分流经桩栏，由于这些组合效果在两个附加桩栏之间产生一层水溶液，厚度是分离部分整个液深的0.2-0.4倍。该层水溶液朝着后种附加桩栏均匀一致地流动经此，并进一步地增强底部流动地流经沉降槽其它部分。

通过使用上述布置，浓厚分散层聚集在两附加桩栏之间，靠近底部获得相当薄的水层，该水层增强所需流动的产生。排出分散层的水作为分离的结果，其流动方向斜向下和向前，进一步增强由第一附加桩栏7起始的底流以及在分离部分的最后端也改进流动的平稳度。

按照本发明，在分离部分的前端，分散物保持压缩状态，作为一在初始桩栏6两侧上以及在附加桩栏7和8之间的厚层。由于分离溶液量沿着分散物层强度的成长在每单位区域增长，增加了分离部分的能力。此外，改进了溶液的分离度，也就是改进了溶液的夹杂值。这同样是由于按照本发明的布置，分散物层在沉降槽前端处于优势所致。溶液必须流经分散物层或在分散状态为密滴形式，在本例中也可为小滴相撞在大滴，这样分离进它们自己的溶液层。例如在铜萃取中，从生产观点上看，这种现象具有重大意义。为了例如按照电积金属原理无干扰地产生阴极铜，在铜萃取过程中，必须防止如氯化物和锰这样的不同杂质进入所制成的铜溶液即电解液中。

从相分离的观点上看，使用多于两个附加桩栏将是较佳的。采用正常的初始桩栏和附加桩栏布置，甚至在最后桩栏后，保留在沉降槽中的分离空间约为40％-50％。尽管所得到的效果随着桩栏数目增加是相应减弱，使用相互间距为几米的多个附加桩栏是有用的。由于甚至使用两个附加桩栏就获得了惊入的效果，所以不推荐使用更多个桩栏，特别是在产生搀和物并相应需要清洁的情况下。即使在使用两个附加桩栏时，需要搀和物不要大范围形成。即使例如在铜萃取的供给溶液中一定量的固态物会存在，在FI专利申请935393中所述的和用在混合部分的混合技术防止了搀和物的生成。

在上述说明中，主要参照大型萃取厂通常使用和试图对在此产生问题发现解决方法的铜萃取描述了本发明的方法和设备。但是，很显然，本方法和设备也可用于其它萃取厂。

Claims (5)

1．一种用于分离液体-液体萃取的混合部分中形成的分散物，以在分离部分控制溶液流动和产生纯溶液的方法和设备，其特征在于，有机溶液相的流速明显地调节成高于水溶液相的流速，在为了防止溶液相的速度不同引起的边界紊流时，在两分离溶液之间存在的水滴分散层调节到远伸至分离部分的排放端；为了沉淀溶液相，在分离部分的前端至少布置三个部位，在这三个部位分散物和已经沉淀的溶液流经在一限定的横向形成的桩栏，在第一限定的横向表面将流动旋转输入在分离部分纵向的分离部分中时，在形成于一个限定的横向表面的流向方向上，下一个桩栏允许沉淀的水溶液相自由地流入分离部分的底部。

2．按照权利要求1所述的方法，其特征在于，液体-液体萃取是铜萃取。

3．一种用于将液体-液体萃取中来自分散器(22)的两相液体流分离成单相的设备，分散器(22)形成在至少一个位于沉降槽(2)之前的混合器(1)中，从而沉降槽(22)由一个供给端(3)，侧壁(4)，排放端(5)，底部(25)和至少一个位于沉降槽前端并遍布其整个横表面的桩栏(7)组成，其特征在于，要供给混合器(1)的流量供给比为1∶1的同时，沉降槽(2)形成为有机溶液(23)和水溶液(24)的层量比至少为1∶2.0，在沉降槽中设置的桩栏(6、7、8)的数量至少为三个，流动方向上的第一初始桩栏(6)由形成第一栏的隔板(12)和位于隔板问隙(14)后的导板(13)组成，所述的导板被旋转以使板(12、13)形成分散物用导槽(15)，所述导槽朝向沉降槽壁(4)变窄而朝向中部变宽；和在初始桩栏后的第一附加桩栏(7)与底部(25)之间保留一底部间隙(26)，该间隙为沉降槽中液体层附加高度的10-30％。

4．按照权利要求3所述的萃取沉降槽(2)，其特征在于，由初始桩栏(6)产生的压力损耗为300-600Pa。

5．按照权利要求3所述的萃取分离器(2)，其特征在于，由附加桩栏(7、8)产生的压力损耗为250-500Pa。

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