CN88100728A - 液—液萃取装置的沉淀箱 - Google Patents

Abstract

本发明的实质内容如下：每一分离槽的所有槽壁(7)都朝外倾斜。分离槽要安装得使相邻两分离槽(5)槽底之间的距离小于槽壁(6)的高度。用来提取一相的每个排放器多半做成垂直通路，而且流入孔的面积大于流出孔的面积。通路的管壁穿过分离槽的槽底。此外，通路的流出孔至分离槽槽底的距离大于该通路流入孔至槽底的距离。通路装有调整元件。

Description

本发明属于分离两种比重不同的不混合液体的设备，具体来说，即属于液-液萃取装置的沉淀箱。

在这种类型的设备中，分离混合相的过程是在沉入一相中的分层部件内实现的。

本发明可用于化学工业、石油化学工业和冶金工业诸领域的液体萃取过程。

本发明在分离稀土元素、有色金属以及从冶金生产的盐酸浸蚀溶液中提取氧化铁时用起来最有效。

随着要加工的溶液量的增加，有必要在有限的安装面积内，使所设置的萃取装置具有较高的单位容积生产率的沉淀箱，即沉淀箱单位工作容积的单位生产率较高。

在混合相分层时，如果把混合相的流入量分成许多层，将提高萃取过程的效率。此外，层高越小，效率越高。但是，在分成许多薄层的情况下，将发生选择分层部件内纯相层高与混合相层高的合适比值问题，另外还有在各分层部均匀分布混合相和从分层部件输送抽出相至总分相界面的问题。

现有的液-液萃取装置的沉淀箱（US，A，3868355），包含带有混合相供给器和从壳体内抽出纯相的排放器的壳体。壳体内装有分层部件，该部件是多个一层层安装的分离槽，这些分离槽可沿纵向和横向移动，并且沉入两物相之一。如果把分离槽布置在轻相内，每个分离槽的顶部是敞开的，底部是封闭的;如果把分离槽布置在重相内，则顶部是封闭的，而底部是敞开的。每个分离槽有四个垂直槽壁，在一个槽壁上装有混合相的供给器。在此槽壁的对面安置有抽出相的排放器，而在排放器和装有供给器的槽壁之间，放置一块隔板，隔板相对分离槽的顶部或底部有一间隙。沉淀箱内有一个垂直安装的混合相集流器，其侧壁与混合相的供给器相连接。

但是，这种沉淀箱单位容积的生产率是不能令人满意的。其原因是各分离槽沿密闭容器的高度布置得间距很大，而它们在纵向和横向的相互移动将导致沉淀箱容积的使用不合理，并增加沉淀箱的安装面积。由于混合相进入分离槽和排出已分离相在构造的特点方面所造成的轻相、重相和它们的混合相在分离槽范围内的逆向运动，也对沉淀箱的单位容积生产率和其安装面积的大小有不利的影响。

还有一种液-液萃取装置的沉淀箱（US，A，3820954），它包含带有混合相的槽形供给器和抽出所分离的纯相的排放器。壳体内配置有混合相的分层部件，这种部件是一层层平行安装的分离槽，槽间留有排出一种物相的间隙。每一分离槽的顶部是敞开的，而底部是封闭的，或者底部是敞开的，而顶部是封闭的。每一分离槽还与混合相的供给器相连接。在每一分离槽内，有一槽壁向外倾斜，该槽壁的对面装有向分离器内部倾斜的抽出相的排放器。在抽出相的排放器和外倾槽壁之间，安置有从邻槽伸入排出相的隔板。隔板与该分离槽的底部或顶部留有间隙。沉淀箱内有垂直安装的混合箱的集流器，器壁与槽形供给器相通。两相邻分离器底部之间的距离，由槽壁高度和缝隙的宽度构成。外倾的槽壁可留有溢出混合相的出口。

但是，这种沉淀箱的单位容积生产率也不够高。一方面，这种情况是由于分离槽沿密闭容器的高度彼此相距较远，并且两相邻分离槽槽底之间的距离，即分离槽内混合相层和净化相层的厚度是任意选取的，不是对应每个分离槽和整个沉淀箱的最大单位容积生产率设计的。从另一方面，已分离相和混合相在分离槽范围内的逆向运动，对沉淀箱的单位容积生产率不利的影响，而特别是对沉淀箱的分相界面，因为在界面处两相间的相互作用带有冲击性质。这种逆向运动导致改变分离槽所沉入相的浓度，物相的再次分散和互相带走轻微分散的物相。这些因素的总和就是需要增加沉淀箱容积，也就是增大它的安装面积的原因。

除此以外，混合相的供给器不能保证以等容积的方式分配混合相，这样将导致混合相必然从布置在上部的分离槽溢流到布置在下部的分离槽。用于保证这种溢流的开在分离槽外倾槽壁上的切口，可能在分离槽偏离平行位置的情况下，造成分离槽内的混合相层的损失。这后一个缺点多半在使用分离槽高度有限、而长度延长的情况下显示出来。

本发明的基本任务是建造这样的液-液萃取装置沉淀箱，其结构设计能在不增加沉淀箱安装面积的的条件下加速混合相的分离过程。

所提出的任务是这样解决的，在液-液萃取装置的沉淀箱内包含一个壳体，壳体内装有流入轻重两相混合相的供给器，从壳体内排出已分离的轻相和重相的排放器，安装在壳体内的一层层的分离槽，每一个分离槽都与混合相的供给器相通，与相邻分离槽形成缝隙，以便将一相排入壳体的空腔内;每一分离槽的一个槽壁向外倾斜，并且在其对面远离该槽壁的地方装有排出一相的排放器，在排放器和外倾槽壁之间安置有挡板，挡板与分离槽底部留有间隙，挡板的立面多半垂直于排出相通过间隙的流向，根据本发明，每个分离槽的所有其它槽壁都向外倾斜，而分离槽本身要安装得使两相邻分离槽槽底之间的距离小于其槽壁的高度，此外，每个排出一相的排放器大多做成垂直通路，并且通路流入孔的面积大于流出孔的面积，通路内装有调整元件，并要把通路安装得使其管壁穿过分离槽的槽底，此外，垂直通路流出孔至分离槽底部的距离大于该通路流入孔至槽底的距离。

所有分离槽的槽壁做成向外倾斜，将分离槽布置得使两相邻分离槽底部之间的距离不超过槽壁的高度，这样就可能在沉淀箱具有给定高度的情况下，保证槽底间的距离能使单个分离槽和整个沉淀箱具有最大的单位容积生产率。

排出一相的排放器做成垂直通路，且通路流入孔的面积大于流出孔的面积，所推荐的通路布置方式和在通路内设置调整元件，可以保证从分离槽中排出的重相（或轻相），而不接触分离槽所沉入的那一物相，这就是说，消除了不同相在分离槽范围内逆向运动的问题。因此，也就排除了物相的再次分散和互相带走的问题。这一切将有助于提高沉淀箱的单位容积的生产率。

适当的措施是在沉淀箱内设置混合相的集流器，集流器安置在从壳体内排出轻相的排放器的上部，而混合相供给器与集流器的底部相通。

这样就提供了使混合相等容积地送入诸分离槽的可能性，进而消除了混合相从一个分离槽溢流至另一个分离槽的问题，并且稳定了个别分离槽和整个沉淀箱的工作情况。此外，还消除了混合相与分离槽所沉入的那一相的逆向运动问题。

最好使两相邻分离槽槽底之间的距离h按下式确定：

h＝hm+（Khm）²，

式中hm-分离槽内混合相层的高度;

K-经验系数，单位为m

。

经验系数“K”的值与物相的密度，动力粘度，物相间的拉力和分散相相滴的直径有关，这个值在3～5的范围内。此外，系数“K”接近下限的值适用于易分层的混合相，而上限的值适用于难分层的混合相。为了保证沉淀箱有高的单位容积生产率，分离槽内的混合相的层高不应当超过80～100mm。

根据所推荐的关系式选取槽底间的距离，可以保证在沉淀箱得到最大单位生产率的情况下，使每个分离槽内的混合相层高和已分离相的层高具有最合理的比值。

可以使排除一相的通路做成截锥的形状（喇叭形）。

在把通路做成这种形状的情况下，有可能更有效的调整每个通路流出孔的截面，简化壳体内诸分离槽的组合，以改善制造上述分离槽的工艺性能。

最好是将诸分离槽内的垂直通路沿垂直轴线同轴安装，此外，两相邻分离槽的两相邻垂直通路中，下一个垂直通路的管壁要包围前一个分离槽垂直通路的管壁。

这样配置的通路可以实现对不同分离槽通路流出孔的面积做相关联的调整。

适当的错施是使调整元件是一个装在垂直通路流出孔内的圆盘，根据抽出相的流程，每个后续圆盘的外径将减小，同时将所有圆盘固定在一根垂直杆上。

这样制作和安装的调整元件，当由一个分离槽向另一个分离槽增加排出相的容量时，可以保证从所有分离槽将重相（或轻相）送至沉淀箱两相的分界面。除此以外，还可保证在稳定工况下，将排出相充满通路，这样有助于提高沉淀箱的单位容积生产率。

最好是使两相邻分离槽的垂直通路沿平行的垂直轴线安装，而且间隔一个槽的所有分离槽的垂直通路具有同一轴线。

这样安置两相邻分离槽的垂直通路将简化分离槽的制造和安装，并可提高分离槽的可靠性。

可以使每个调整元件是一个垫圈，该垫圈装在垂直通路流出孔处，此外，根据抽出相的流程，下一个垫圈的内径将加大。

也可以使每个调整元件做成侧壁有开孔的圆杯，该圆杯和与其对应的垂直通路的流出孔相连接，并且根据排出相的流程，在下一个圆杯上将增加一个圆孔。

这样做成的调整元件，当由一个分离槽向另一个分离槽增加排出相容量时，可以保证从所有分离槽将重相（或轻相）排至沉淀箱的两相的分界面。除此以外，这样制作的调整元件即可以使用在排出相的通路沿一个垂直轴线布置，又可以使用在排出相的通路沿两个垂直轴线布置的情况下。

从下列所提供的具体例子和示意图，将更清楚地了解本发明的其它目的和优越性。在附图中：

图1是沉淀箱的示意图，根据本发明，所有分离槽沉入轻相内，该图为侧视图;

图2-图1上的Ⅱ-Ⅱ剖面;

图3-图1上的Ⅲ-Ⅲ剖面;

图4-图1上的Ⅳ-Ⅳ剖面，调整元件做成不带垂直杆的圆杯的方案;

图5-调整元件做成不带垂直杆的垫圈方案;

图6-沉淀箱的示意图，根据本发明，所有分离槽沉入重相内，该图为侧视图;

图7-图6上的Ⅶ-Ⅶ剖面。

液-液萃取装置的沉淀箱包含壳体1（参看图1），壳体内安装有导入轻重两相混合相的供给器，该供给器做成具有相同内径的导管2，壳体内还有从壳体1中分别排出轻相L和重相S的排放器3，4。在壳体1内，一层层地安装有同样的分离槽5，这些槽沉入轻相L内，并有槽壁6，7，8，9和槽底10。每一分离槽5的槽壁6，7，8，9都做成向外倾斜的，而在相邻两分离槽5槽壁6，7，8，9的边缘间形成缝隙11，以便从每个分离槽5中排出一种物相。分离槽要安装得使两相邻槽5的槽底10之间的距离h小于槽壁6，7，8，9的高度。

距离h将根据沉淀箱的生产率和两相的物理化学性质，按照下式确定：

h＝hm+（Khm）²

式中hm-分离槽内的混合相层的高度，单位为m;

K-经验系数，单位为m

;

选取用来排出轻相L的缝隙11的宽度等于距离h的 1/4 ～ 1/2 。

在壳体1内设置有混合相M的集流器12，它水平安装在从壳体1内排出轻相L的排放器3的上部。在集流器12的底部13安置有相同连接管14（参看图2）。每个导管2的一端通过连接管14集流器的底部13相连接，连接管伸入导管14，并形成间隙15（参看图1）。每一导管2的另一端则与分离槽5连通。

在每一分离槽5靠近槽壁7处，装有排去一相的排放器，该排放器做成垂直通路16的形式（参看图1，3），通路流入孔17的面积大于流出孔18的面积。特殊情况下，垂直通路16也可做成截锥形状（喇叭形）。垂直通路装有调整元件19，并且把该通路16安装在槽5的底部10使通路16的侧壁20通过槽底10。此外，根据萃取重相S的流程，该分离槽5通路16的流出孔17距槽底10的距离大于下一分离槽5流入孔18距槽底10的距离。

在分离槽5的槽壁和通路16之间设置有挡板22，挡板22与槽底10之间留有间隙21。挡板22的立面多半垂直，要排出的重相S通过间隙21的方向。

在所有分离槽5内的通路16都沿垂直轴线同轴安装，并使两相邻分离槽5通路16的侧壁20有一段相互包围着。

每一调整元件19是一个圆盘23，把它装在每个通路16的流出孔18处（参看图3）。圆盘23固定在垂直杆24上，其两端有两个导路25，26，在通路16内，杆24要安装得使圆盘23位于通路16的流出孔18处，并与通路侧壁20有一间隙。此外，按照排出重相S的流程，圆盘的外径将减小。

在分离槽5（参看图4）内，通路16沿平行的垂直轴安装。在这种情况下，每隔一个的所有分离槽5的通路16同轴安装。

调整元件可以做成垫圈27的形状（参看图5），并把它安装在每个通路16的流出孔18处。此外，按照排出重相S的流程，垫圈27的内径将加大。

调整元件也可做成侧壁30有小孔29的圆杯28（参看图4）。圆杯28与每个通路16的流出孔18相连接。根据要排出的重相S的流程，从一通路至下一通路的每个圆杯28上所有小孔29的总面积将逐步增加。

图6和7上所示为液-液萃取装置的沉淀箱，其分离槽5都沉入重相S内。在这种情况下，沉淀箱的构造与前述的相似，不同的地方为分离槽5的槽底10反转朝向壳体1的上方。此外，轻相L通过通路16排至壳体1内。

根据本发明制成的液-液萃取装置的沉淀箱是这样工作的。

应当分层的混合相M，从混合相的集流器12（参看图1～3）穿过连接管14和导管2送入各分离槽5。等容积的混合相M进入各分离槽5的两相的分界面，并且相对分界面分成相层。在稳定工况下，每一分离槽5内的混合相层的高度hm总是不变的。当混合相M沿分离槽流动时，分成轻相L层和重相S层。轻相L通过缝隙11从分离槽流进壳体1内的轻相L区域。重相S通过间隙21和流入孔17进入通路16的空腔，在稳定工况下，该空腔经常充满着重相S。通过圆盘23和通路16侧壁20的间隙，重相S进入下面的分离槽5通路16的空腔，这样的过程一直延续到重相S流出低于沉淀箱内两相分界面的所有分离槽5，而进入总的重相S的容积为止。已分离的重相S从壳体1通过排出重相S的排相器4而流出沉淀箱，轻相L通过排出轻相的排放器3流出沉淀箱。

分离槽5内的通路16可以沿两根垂直轴线安装，而调整元件19做成带有小孔29的圆杯28（参看图4）。在这种情况下，重相从前一个分离槽5的通路16穿过圆杯28的小孔29，进入后一个分离槽5的通路16（参看图1），并通过后一个分离槽5内由挡板22，槽壁7和槽壁8，9围成的区域。在稳定工况下，这个区域时时刻刻按照通路16流入孔17的高度充满重相S。

在分离槽5（参看图6，7）沉入重相S的情况下，分离过程以同样的方式进行。只是此时重相S通过分离槽5的缝隙11排出，而轻相L则通过通路16排出。沉淀相内两相的分界面将位于壳体1的上部。

按本发明制作的液-液萃取装置沉淀箱的实质内容可用如下的实例加以解释，这个例子是用磷酸三丁酯萃取稀土元素的硝酸盐时，所形成的混合相的分层问题（参看图1～3）。

例题：在萃取装置供给中，轻重两相L、S的比值等于1∶1时，沉淀箱按混合相的生产率为10m³/hr。分离槽5单位面积的极限单位负载量等于2.5m³/hr.m²，而经验系数K值选为4m

，分离槽5的混合相M的层高hm等于0.06m。根据所建议的比值，相邻两分离槽5的槽底10之间的距离h为0.12m。沉淀箱内装入液体的高等于2.1m，而所有分离槽5的总高度为1.8m。分离槽5的数量为15个。单个分离槽5槽底10的面积（含通路16所占用的面积）为0.77m²。整个沉淀箱的安装面积为0.95m²。单个分离槽的单位容积生产率以及一组分离槽的单位容积生产率为7.2m³/hr-m³，而沉淀箱的单位容积生产率等于5m³/hr-m³。

根据本发明制作的沉淀箱与现有的沉淀箱相比，可以使两相邻分离槽槽底之间的距离h减小到现有距离的2/5，此外，单个分离槽单位容积生产率提高到1.8倍，而整个沉淀箱的单位容积生产率增加到2.9倍。沉淀箱的安装面积减小到1/3。

Claims (14)

1、液-液萃取装置的沉淀箱含有壳体(1)，壳体内装有流入轻重两相(L和S)混合物相(M)的供给器和从壳体内排出已分离的轻重两相(L和S)的排放器(3，4)；在壳体(1)内装有一层层的分离槽(5)，每一个分离槽都与轻重两相混合物相(M)的供给器相通，并且与相邻的分离槽(5)组成缝隙(11)，以便一相排到壳体(1)的空腔内；每一分离槽的槽壁(6)都向外倾斜，并且在其对面，远离槽壁(6)的地方装有挡板(22)，挡板与分离槽(5)槽底(10)有一间隙(21)，挡板立面大多垂直于抽出相通过间隙的流向；沉淀箱的特点为，每一分离槽(5)的其它槽壁(7，8，9)都向外倾斜，而分离槽(5)本身要安装得使两相邻分离槽(5)槽底(10)之间的距离(h)小于槽壁(6，7，8，9)的高度；沉淀箱的另一特点为，排出一相的每个排放器大多做成垂直通路(16)且流入孔(17)的面积大于流出孔(18)的面积。通路内装有调整元件(19)，并且要使通路(16)的管壁(20)穿过分离槽(5)的槽底(10)，同时，垂直通路(16)流出孔(18)至分离槽(5)槽底(10)的距离大于该通路(16)流入孔(17)至槽底(10)的距离。

2、根据权利要求1的液-液萃取装置沉淀箱其特点为，在箱内装有轻重两相混合物相（M）的集流管（12），集流管位于用来从壳体内提出轻相（L）的排放器的上部，并且导入轻重两相混合相（M）的供给器与集流器（12）的底部相连接。

3、根据权利要求1或2的液-液萃取装置沉淀箱其特点为;相邻两分离槽（5）槽底（10）之间的距离（h）由下式确定：

h＝hm+（Khm）²，

式中hm-每个分离槽内的混合相的高度，单位为m;

K-经验系数，它等于

K＝3～5，单位为m- 1/2 。

4、根据权利要求1的液-液萃取装置沉淀箱其特点为;垂直通路（16）大多做成截锥形（喇叭形）。

5、根据权利要求2的液-液萃取装置沉淀箱其特点为;垂直通路（16）大多做成截锥形（喇叭形）。

6、根据权利要求3的液-液萃取装置沉淀箱其特点为;垂直通路（16）大多做成截锥形（喇叭形）。

7、根据权利要求1的液-液萃取装置沉淀箱其特点为;两相邻分离槽中，下一个相邻分离槽（5）垂直通路的管壁（20）包围着前一个分离槽（5）垂直通路（16）的管壁。

8、根据权利要求4的液-液萃取装置沉淀箱其特点为;在分离槽内的垂直通路（16）沿垂直轴线同轴安装，此外，两个相邻的分离槽中，下一个分离槽垂直通路的管壁（20）包围着前一个分离槽（5）垂直通路（16）的管壁（20）。

9、根据权利要求1的液-液萃取装置沉淀箱其特点为;每个调整元件（19）是一个装在每个垂直通路（16）出口（18）处的圆盘（23），每个后续圆盘（23）的外径将根据抽出相的流动情况而减小。此外，所有圆盘（23）固定在一个垂直杆（24）上。

10、根据权利要求4的液-液萃取装置沉淀箱其特点为;每个调整元件（19）是一个装在每个垂直通路（16）出口（18）处的圆盘（23），每个后续圆盘（23）的外径将根据抽出相的流动情况而减小。此外，所有圆盘（23）固定在一个垂直杆（24）上。

11、根据权利要求7的液-液萃取装置沉淀箱其特点为，每个调整元件（19）是一个装在每个垂直通路（16）出口（18）处的圆盘（23），根据抽出相的流程，每个后续圆盘（23）的外径将减小。此外，所有圆盘（23）固定在一个垂直杆（24）上。

12、根据权利要求4的液-液萃取装置沉淀箱其特点为;相邻两分离槽（5）的垂直通路（16）沿平行的垂直轴线安装，此外，相互间隔一个分离槽（5）的两垂直通路（16）具有同一轴心。

13、根据权利要求12的液-液萃取装置沉淀箱其特点为;每个调整元件（19）是装在垂直通路（16）流出孔（18）处的一个垫圈，此外，根据抽出相的流程，每个后续垫圈（27）的内径将加大。

14、根据权利要求12的液-液萃取装置沉淀箱其特点为;每个调整元件（19）做成侧壁（30）开有圆孔（29）的圆杯（28），圆杯和与其对应的垂直通路（16）的流出孔（18）相连接，此外，根据抽出相的流程，在每个列为后续的圆杯（28）上将增加一个圆孔（29）。

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