專利名稱：分離部中重溶液再循環(huán)入混合單元的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于在將兩種未混合溶液首先混合然后將溶液分離的工藝過程中在溶液分離部和混合單元之間使液-液萃取中的較重溶液進行再循環(huán)的方法。本發(fā)明還涉及一種利用其實現(xiàn)較重溶液循環(huán)的集液管。借助本發(fā)明的方法和設備，還可從寬闊的分離部均勻地收集水溶液，因此不會干擾流入分離部的萃取液的進程。本發(fā)明的另一目的是借助可控循環(huán)強化分離部縱向方向上的底流并從而使這一部分區(qū)域的垂直流均勻化。
背景技術：
當使金屬互相分離時，所采用的方法之一是液-液萃取，此時較重溶液一般是水溶液，而較輕溶液是有機溶液，例如煤油，其中溶解有某種適當?shù)妮腿Ｔ谙胥~萃取裝置這類大型萃取裝置中，液流控制尤其重要，甚至會達到足以證明其為該裝置的尺寸大小的限制因素的程度。
溶液從單一萃取步驟的分離部返回同一萃取步驟的混合單元的內(nèi)部再循環(huán)是很普通的，因為再循環(huán)可改善混合槽中液-液接觸工藝過程的一部分。在混合槽中兩種溶液的數(shù)量需要相同，以便得到所要求的溶液接觸、液滴大小和接觸面積。所要求的溶液接觸指明哪種溶液以液滴形式存在，哪種溶液為連續(xù)溶液。溶液的相互數(shù)量也會影響分散系的標定粘度。當由外部供給混合槽的溶液有一種不夠用時，就由分離部取得上述溶液進入循環(huán)。這一情況牽涉到比如銅萃取的所有溶液接觸步驟，尤其是洗滌步驟和銅再萃取步驟。比如在萃取溶液洗滌中，當外部基本溶液供給量僅僅大約為10-20m3/h時，萃取溶液流量可為1,000-2,000m3/h，即在此情況下內(nèi)部再循環(huán)的水溶液需要量也幾乎與該供給量相等。
根據(jù)通常的實踐，內(nèi)部溶液循環(huán)由位于分離部排出端的溢流槽取得，經(jīng)過凈化的溶液作為溢流收集于該槽中。特別是當再循環(huán)量很大而外部溶液供應很小時很難改變?nèi)芤貉h(huán)量。尤其是難于使裝置加速運轉(zhuǎn)。無法使用比在集液槽中作為溢流所收集到的溶液更多的溶液。比如，在增加水溶液的循環(huán)容積時，溢流槽中的水加速運轉(zhuǎn)，但所要求的循環(huán)流量只能隨著外部溶液供應送入更多的水而逐漸得到。這是由于水供應增加會增加混合單元中的水溶液的份額，因而會相應地取代有機溶液。于是流入混合單元的水溶液不會再進入分離部的循環(huán)過程，而水溶液的供應要停止一個很長時間。這在要求洗滌帶有難于對付的雜質(zhì)的萃取液的工藝條件下會造成嚴重問題，比如在銅萃取中此類雜質(zhì)包括氯化物、錳和鐵。
發(fā)明內(nèi)容
上述缺點在本發(fā)明中通過在分離部中，即在沉降槽中，設置至少一個集液管而得到消除，該集液管延伸于分離部的整個寬度上。所要求的較重溶液，即水溶液，的主要部分直接由分離部本身流入此集液管，只有一小部分來自排出端，而需要再循環(huán)的水溶液流入混合單元。于是混合單元中所需要的水溶液數(shù)量就可以得到供應而不論外部供給量多少或分離部排出端中的水溶液不足。在垂直方向上，集液管最好是位于分離部的水溶液區(qū)域內(nèi)，即位于沉降槽的底部。集液管的上表面可以位于較輕溶液，即有機溶液，的底表面上，或者位于分離部的底部。水溶液通過裝設在集液管上的吸液管吸入到集液管中。本發(fā)明的主要新穎點由所附的權利要求書可以充分了解。
附圖簡介下面參考附圖對本發(fā)明減刑進行更為詳細的描述，附圖中
圖1是屬于萃取步驟的混合部和分離部的頂視圖；圖2示出沉降槽管道構造的剖視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的管道的局部剖視圖；而圖4是沉降槽的側視圖。
實施例在圖1的情況下，萃取步驟的混合單元1的構成包括一個泵單元2和兩個混合器3和4，并且由后級混合器沿流向有混合可控的兩相分散系通過孔口5排入分離部，即進入沉降槽6。沉降槽的前端最好設置幾個樁柵7和8，而在沉降槽的末端9既裝設有一個有機相溢流槽10，該溢流槽10設置有圖中未示出的再循環(huán)管，還裝設有一個水相水容器11，該容器帶有再循環(huán)管12。在此沉降槽中，沿著其整個寬度上延伸設置一個集液管13，該集液管與水溶液循環(huán)管12連接。當在沉降槽的縱向方向上觀察時，集液管位于最后一個樁柵8和有機相溢流槽10之間。集液管13嵌裝于管殼14之中。再循環(huán)管的數(shù)目可為一個或幾個；在后一種情況下可避免再循環(huán)管結構的尺寸過大。
由圖2可見，集液管13主要是由置于水溶液層之內(nèi)的管件組成，其上設置有吸液管15，吸液管向著斜下方，兩端開口。除了可以如上所述將集液管支持于水溶液層內(nèi)部外，也可以將其埋裝在沉降槽的底部結構中，在這種情況下吸入水溶液的管子向著斜上方。于是吸液管的取向永遠是從集液管13向著待收集的水溶液16。
在現(xiàn)有的技術中尚未見到直接從沉降槽區(qū)域吸入水溶液，而只有從排出端吸入的，因為一般認為從沉降槽區(qū)域吸入水溶液既會干擾相的分離，還尤其會干擾水溶液平滑流向排出端。在本發(fā)明中，我們現(xiàn)在已經(jīng)找出了集液管需要采用何種結構以便由不同的吸液管吸入實際上是等量的溶液。其主要點是集液管的設計應使其從頭到尾的流速大致相等，比如為0.4-1.2m/s，最好是0.6-0.9m/s。整個集液管從頭到尾流速相等也意味著在集液管的不同點壓力損失大致相等，就吸液點而言也是如此。為了做到在集液管13的所有各點上壓力損失大致相等，集液管應設計成為如圖1所示那樣在其朝向沉降槽位于循環(huán)管12一側的邊緣延伸時集液管在各吸液管15之前分段逐漸擴張。這樣，在吸液管13中流動的溶液的流向就如圖1中的箭頭所示，即橫切沉降槽中溶液的流動方向。
各單個吸液管15的流速也是均勻的，吸液管由分離部附近延伸進入集液管本身一定長度。此外，吸液管相對集液管13隆起大約成45°角，并且此隆起方向系在集液管的流向方向上，如圖2所示。在集液管內(nèi)部，對吸液管的端部進行水平切割，結果管口與集液管液流的接觸面為一放大的橢圓形。
通過實驗我們發(fā)現(xiàn)了一種集液管結構，但是這并不意味忽略根據(jù)所述原則的其他類似結構。如圖3所示，吸液管15進入集液管13的長度大約是集液管高度的0.1-0.4倍，并且最好是集液管高度的0.2-0.3倍。當在集液管13的流向方向上(朝著循環(huán)管12)觀察時，集液管逐漸擴張，結果每一個擴張點都位于集液管中下一個吸液管15略為前面一最處。當此集液管以這種方式在下一個吸液管端部之前擴張時，并且特別是當這種擴張相對集液管中心是對稱時，而且吸液管定位于集液管的中心線上時，將使集液管液流在輸入點強烈擴展，同時對流入的溶液量提供了容納空間。這種結構也有助于輸入的吸入液在分開的各吸液管之間均勻分布。
根據(jù)本發(fā)明的水溶液循環(huán)和由此而產(chǎn)生的優(yōu)點的先決條件是在沿著分離部的寬度上的吸液均勻。在這方面，集液管的結構是根本，這一點前面已經(jīng)提到。集液管中單個吸液管的數(shù)目可根據(jù)分離部的寬度而變，但吸液管的數(shù)目最好至少是3，一般是3-7。
集液管管殼14的細部結構也可改變，但是如果集液管13和管殼14一起安裝在有機相層17下面的水溶液區(qū)域之中時，最好是將管殼14設計成為其平行于沉降槽液流的兩側18和19為彎曲形狀，最好是對稱的，如圖4所示。管殼的寬高比最好是在2和8之間，并且水溶液的內(nèi)部再循環(huán)的需要量越大，此寬高比越大。無論是從強度還是從液流角度來看其兩側基本對稱都是有利的。針對沉降槽液流特別設置的彎曲的表面形狀可將有機霧沫導向上方并從而有助于以機械方式使小液滴上升返回其自己的溶液相。至于排出端的曲率，它可以防止形成過量的排出湍流，過量的湍流會在界面附近形成過量的湍流并從而導致在有機相中新形成液滴。
根據(jù)本發(fā)明的裝置可提供一種以靈活和迅速改變的方式使工藝過程中所要求的各種不同的水溶液的數(shù)量進行循環(huán)，因為大型分離部中的整個水量都可以利用。將根據(jù)本發(fā)明的方法和設備用于其深度較普通情況下為大的分離部中尤其有利，因為在這種情況下分離部的設計在通常情況下有機和水溶液在分離部末端的層厚比大約為1∶1.5，而在使用較深分離部時該層厚比至少是1∶2.0，甚至是1∶4。上述結構可使分離部中的垂直液流平滑，即可使分離部底流強化。這一點可以很簡單地得到實現(xiàn)，水溶液在底部附近吸入集液管，這會從分離部，即沉降槽，的前端沿著底部產(chǎn)生新的水流來代替它。另外一個優(yōu)點是在與集液管相鄰的區(qū)域中流入沉降槽前端的水溶液受到附加的延遲，結果有機相液滴有較多的時間上升到其本身的液層中去。至于從位于與底部相對的導管，從有機相溢流槽10的下方，作為沿著整個分離部延伸的均勻液流11去除水溶液，則可以使分離部前端的垂直流得到適當?shù)钠交?br>
我們選擇了上述的集液管結構是因為從吸液平滑性來看這樣可以做到自調(diào)節(jié)操作。當集液管液流強化時，它可以拖帶更多的管中液體，即可以強化管中液流。在某種程度上，這在另一方面也同樣有作用，所以得到強化的管中液流可減小或加大集液管液流。
在圖3中還可以看到集液管在經(jīng)過可能的彎曲后如何與循環(huán)管12連接，循環(huán)管12通往上述萃取步驟的泵單元2。由于泵單元由分離器的集液管13吸收水溶液，而不從導向下一個工藝過程的排出槽11吸收，所以可以獲得一個顯著的優(yōu)點，就是由于減速或斷電時而造成的從泵發(fā)出的回流不會使有機溶液沿著通往下一個工藝過程的通路返流。這對于銅再萃取步驟特別重要，因為上述路徑通往電解工藝。因為在銅的電解電沉淀中的有機溶液會造成嚴重的工藝問題，根據(jù)本發(fā)明的循環(huán)實踐可保證在這方面銅的生產(chǎn)不受干擾。
在上面的介紹中我們主要是參考大型萃取裝置中的銅萃取描述了根據(jù)本發(fā)明的方法和設備并嘗試尋找解決其中所出現(xiàn)的問題的途徑。但是，很明顯，本方法和設備也同樣可應用于其他萃取裝置。
下面參考所附的示例進一步描述本發(fā)明。示例為設計集液管，進行了兩個測量實驗以尋找水溶液的流速和壓力損失都能在整個集液管通道中保持盡可能均勻的條件。在此項工作中使用了在風管規(guī)劃中采用的測量原理。在這些實驗中采用了帶有5個吸液管的集液管，因此集液管本身也由5部分組成，并且從液流方向觀察時每個部分的橫截面的面積都比前一個的大。兩個實驗的結果都以百分比的形式列出，所以集液管最后部分的面積都是100％。在第一個實驗中吸液管的直徑保持不變，而在第二實驗中最后兩個吸液管的直徑有改變，因為我們發(fā)現(xiàn)這樣可使流量分布更均勻。結果列在下表中
從實驗可以看出，為了使集液管整個容積中的溶液流量均勻并大致相等，通常還必須部分地調(diào)節(jié)吸液管的橫截面面積以便調(diào)節(jié)集液管的橫截面面積。最理想的情況是由個吸液管流入的溶液流量大致相等，即偏差盡可能地小。
權利要求
1．一種再循環(huán)方法，用于使來自萃取步驟的分離部的液-液萃取中的兩個不同相中的較重溶液再循環(huán)進入同一步驟的混合單元并從而使循環(huán)溶液的一部分由分離部的排出端的沉淀溶液的溢流返回混合單元，并且使得在分離部的前端各相的分散系和已經(jīng)沉淀的溶液通過至少一個構成限制橫截面的樁柵，其特征在于需要經(jīng)循環(huán)進入混合單元的較重溶液的主要部分沿著分離部的整個寬度由分離部本身取得。
2．如權利要求1的方法，其特征在于較重溶液由分離部取得，由最后一個樁柵和分離部中容納的較輕溶液的排出點之間的長度上取得。
3．如權利要求1的方法，其特征在于較重溶液由分離部的底部取得。
4．如權利要求1的方法，其特征在于液-液萃取是銅萃取。
5．一種再循環(huán)設備，可使來自同一萃取步驟的混合單元(1)，來自液-液萃取的沉降槽(6)的較重溶液進行再循環(huán)，其萃取步驟包括帶有至少一個泵單元(2)和兩個混合器(3、4)的混合單元，和一個沉降槽(6)，其前端上設置有至少一個樁柵(7、8)，排出端(9)帶有有機溶液溢流槽(10)和較重溶液溢流槽(11)，其上設置有循環(huán)管(12)，其特征在于，在沉降槽(6)的底部設置有至少一個在沉降槽的整個寬度上延伸的較重溶液集液管(13)和從集液管斜著伸向待收集的溶液的吸液管(15)。
6．如權利要求5的設備，其特征在于，集液管(13)位于沉降槽(6)的最后一個樁柵(8)和有機溶液的溢流槽之間。
7．如權利要求5的設備，其特征在于，集液管(13)位于沉降槽(6)內(nèi)，在有機溶液層(17)下邊的較重溶液層(16)之中，并且吸液管(15)朝向斜下方。
8．如權利要求5的設備，其特征在于，集液管(13)位于沉降槽(6)的底部結構內(nèi)，而使吸液管(15)朝向斜上方。
9．如權利要求5的設備，其特征在于，集液管(13)的橫截面面積在集液管的流向方向上逐漸擴大，根據(jù)吸液管(15)的數(shù)目而定。
10．如權利要求5的設備，其特征在于，吸液管(15)的數(shù)目為3-7。
11．如權利要求5的設備，其特征在于，吸液管(15)設置在集液管(13)上的方向是順著集液管液流的方向。
12．如權利要求5的設備，其特征在于，吸液管(15)進入集液管(13)的長度是集液管高度的0.1-0.4倍。
13．如權利要求5的設備，其特征在于，在集液管(13)的內(nèi)部對吸液管(15)的端部進行水平切割。
14．如權利要求5的設備，其特征在于，集液管(13)嵌裝在集液管管殼(14)之中。
15．如權利要求14的設備，其特征在于，集液管管殼(14)的平行于沉降槽液流的兩側(18、19)設計成為彎曲形狀。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種再循環(huán)方法,用于使來自萃取步驟的分離部的較重溶液再循環(huán)進入同一步驟的混合單元,從而使循環(huán)溶液的一部分由分離部的排出端的沉淀溶液的溢流返回混合單元。本發(fā)明的主要特點是再循環(huán)進入混合單元的較重溶液的大部分是沿著分離部整個寬度取自分離部本身。本發(fā)明還涉及一種以上述方法為基礎的設備,在該設備中,在沉降槽(6)的底部有一個較重溶液集液管(13)沿著沉降槽的整個寬度延伸并且具有多個從絕緣漆斜著朝向待收集溶液的吸液管(15)。
文檔編號C22B3/26GK1216933SQ97194294
公開日1999年5月19日 申請日期1997年4月29日 優(yōu)先權日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·庫西斯托, 彼德里·泰帕萊, 提莫·薩倫帕 申請人:奧托昆普技術公司