分离部中重溶液再循环入 混合单元的方法和设备 【技术领域】
本发明涉及用于在将两种未混合溶液首先混合然后将溶液分离的工艺过程中在溶液分离部和混合单元之间使液-液萃取中的较重溶液进行再循环的方法。本发明还涉及一种利用其实现较重溶液循环的集液管。借助本发明的方法和设备，还可从宽阔的分离部均匀地收集水溶液，因此不会干扰流入分离部的萃取液的进程。本发明的另一目地是借助可控循环强化分离部纵向方向上的底流并从而使这一部分区域的垂直流均匀化。
背景技术
当使金属互相分离时，所采用的方法之一是液-液萃取，此时较重溶液一般是水溶液，而较轻溶液是有机溶液，例如煤油，其中溶解有某种适当的萃取剂。在像铜萃取装置这类大型萃取装置中，液流控制尤其重要，甚至会达到足以证明其为该装置的尺寸大小的限制因素的程度。
溶液从单一萃取步骤的分离部返回同一萃取步骤的混合单元的内部再循环是很普通的，因为再循环可改善混合槽中液-液接触工艺过程的一部分。在混合槽中两种溶液的数量需要相同，以便得到所要求的溶液接触、液滴大小和接触面积。所要求的溶液接触指明哪种溶液以液滴形式存在，哪种溶液为连续溶液。溶液的相互数量也会影响分散系的标定粘度。当由外部供给混合槽的溶液有一种不够用时，就由分离部取得上述溶液进入循环。这一情况牵涉到比如铜萃取的所有溶液接触步骤，尤其是洗涤步骤和铜再萃取步骤。比如在萃取溶液洗涤中，当外部基本溶液供给量仅仅大约为10-20m3/h时，萃取溶液流量可为1,000-2,000m3/h，即在此情况下内部再循环的水溶液需要量也几乎与该供给量相等。
根据通常的实践，内部溶液循环由位于分离部排出端的溢流槽取得，经过净化的溶液作为溢流收集于该槽中。特别是当再循环量很大而外部溶液供应很小时很难改变溶液循环量。尤其是难于使装置加速运转。无法使用比在集液槽中作为溢流所收集到的溶液更多的溶液。比如，在增加水溶液的循环容积时，溢流槽中的水加速运转，但所要求的循环流量只能随着外部溶液供应送入更多的水而逐渐得到。这是由于水供应增加会增加混合单元中的水溶液的份额，因而会相应地取代有机溶液。于是流入混合单元的水溶液不会再进入分离部的循环过程，而水溶液的供应要停止一个很长时间。这在要求洗涤带有难于对付的杂质的萃取液的工艺条件下会造成严重问题，比如在铜萃取中此类杂质包括氯化物、锰和铁。
【发明内容】
上述缺点在本发明中通过在分离部中，即在沉降槽中，设置至少一个集液管而得到消除，该集液管延伸于分离部的整个宽度上。所要求的较重溶液，即水溶液，的主要部分直接由分离部本身流入此集液管，只有一小部分来自排出端，而需要再循环的水溶液流入混合单元。于是混合单元中所需要的水溶液数量就可以得到供应而不论外部供给量多少或分离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离部的水溶液区域内，即位于沉降槽的底部。集液管的上表面可以位于较轻溶液，即有机溶液，的底表面上，或者位于分离部的底部。水溶液通过装设在集液管上的吸液管吸入到集液管中。本发明的主要新颖点由所附的权利要求书可以充分了解。
附图简介
下面参考附图对本发明减刑进行更为详细的描述，附图中
图1是属于萃取步骤的混合部和分离部的顶视图；
图2示出沉降槽管道构造的剖视图；
图3是根据本发明的管道的局部剖视图；而
图4是沉降槽的侧视图。
实施例
在图1的情况下，萃取步骤的混合单元1的构成包括一个泵单元2和两个混合器3和4，并且由后级混合器沿流向有混合可控的两相分散系通过孔口5排入分离部，即进入沉降槽6。沉降槽的前端最好设置几个桩栅7和8，而在沉降槽的末端9既装设有一个有机相溢流槽10，该溢流槽10设置有图中未示出的再循环管，还装设有一个水相水容器11，该容器带有再循环管12。在此沉降槽中，沿着其整个宽度上延伸设置一个集液管13，该集液管与水溶液循环管12连接。当在沉降槽的纵向方向上观察时，集液管位于最后一个桩栅8和有机相溢流槽10之间。集液管13嵌装于管壳14之中。再循环管的数目可为一个或几个；在后一种情况下可避免再循环管结构的尺寸过大。
由图2可见，集液管13主要是由置于水溶液层之内的管件组成，其上设置有吸液管15，吸液管向着斜下方，两端开口。除了可以如上所述将集液管支持于水溶液层内部外，也可以将其埋装在沉降槽的底部结构中，在这种情况下吸入水溶液的管子向着斜上方。于是吸液管的取向永远是从集液管13向着待收集的水溶液16。
在现有的技术中尚未见到直接从沉降槽区域吸入水溶液，而只有从排出端吸入的，因为一般认为从沉降槽区域吸入水溶液既会干扰相的分离，还尤其会干扰水溶液平滑流向排出端。在本发明中，我们现在已经找出了集液管需要采用何种结构以便由不同的吸液管吸入实际上是等量的溶液。其主要点是集液管的设计应使其从头到尾的流速大致相等，比如为0.4-1.2m/s，最好是0.6-0.9m/s。整个集液管从头到尾流速相等也意味着在集液管的不同点压力损失大致相等，就吸液点而言也是如此。为了做到在集液管13的所有各点上压力损失大致相等，集液管应设计成为如图1所示那样在其朝向沉降槽位于循环管12一侧的边缘延伸时集液管在各吸液管15之前分段逐渐扩张。这样，在吸液管13中流动的溶液的流向就如图1中的箭头所示，即横切沉降槽中溶液的流动方向。
各单个吸液管15的流速也是均匀的，吸液管由分离部附近延伸进入集液管本身一定长度。此外，吸液管相对集液管13隆起大约成45°角，并且此隆起方向系在集液管的流向方向上，如图2所示。在集液管内部，对吸液管的端部进行水平切割，结果管口与集液管液流的接触面为一放大的椭圆形。
通过实验我们发现了一种集液管结构，但是这并不意味忽略根据所述原则的其他类似结构。如图3所示，吸液管15进入集液管13的长度大约是集液管高度的0.1-0.4倍，并且最好是集液管高度的0.2-0.3倍。当在集液管13的流向方向上(朝着循环管12)观察时，集液管逐渐扩张，结果每一个扩张点都位于集液管中下一个吸液管15略为前面一最处。当此集液管以这种方式在下一个吸液管端部之前扩张时，并且特别是当这种扩张相对集液管中心是对称时，而且吸液管定位于集液管的中心线上时，将使集液管液流在输入点强烈扩展，同时对流入的溶液量提供了容纳空间。这种结构也有助于输入的吸入液在分开的各吸液管之间均匀分布。
根据本发明的水溶液循环和由此而产生的优点的先决条件是在沿着分离部的宽度上的吸液均匀。在这方面，集液管的结构是根本，这一点前面已经提到。集液管中单个吸液管的数目可根据分离部的宽度而变，但吸液管的数目最好至少是3，一般是3-7。
集液管管壳14的细部结构也可改变，但是如果集液管13和管壳14一起安装在有机相层17下面的水溶液区域之中时，最好是将管壳14设计成为其平行于沉降槽液流的两侧18和19为弯曲形状，最好是对称的，如图4所示。管壳的宽高比最好是在2和8之间，并且水溶液的内部再循环的需要量越大，此宽高比越大。无论是从强度还是从液流角度来看其两侧基本对称都是有利的。针对沉降槽液流特别设置的弯曲的表面形状可将有机雾沫导向上方并从而有助于以机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，它可以防止形成过量的排出湍流，过量的湍流会在界面附近形成过量的湍流并从而导致在有机相中新形成液滴。
根据本发明的装置可提供一种以灵活和迅速改变的方式使工艺过程中所要求的各种不同的水溶液的数量进行循环，因为大型分离部中的整个水量都可以利用。将根据本发明的方法和设备用于其深度较普通情况下为大的分离部中尤其有利，因为在这种情况下分离部的设计在通常情况下有机和水溶液在分离部末端的层厚比大约为1∶1.5，而在使用较深分离部时该层厚比至少是1∶2.0，甚至是1∶4。上述结构可使分离部中的垂直液流平滑，即可使分离部底流强化。这一点可以很简单地得到实现，水溶液在底部附近吸入集液管，这会从分离部，即沉降槽，的前端沿着底部产生新的水流来代替它。另外一个优点是在与集液管相邻的区域中流入沉降槽前端的水溶液受到附加的延迟，结果有机相液滴有较多的时间上升到其本身的液层中去。至于从位于与底部相对的导管，从有机相溢流槽10的下方，作为沿着整个分离部延伸的均匀液流11去除水溶液，则可以使分离部前端的垂直流得到适当的平滑。
我们选择了上述的集液管结构是因为从吸液平滑性来看这样可以做到自调节操作。当集液管液流强化时，它可以拖带更多的管中液体，即可以强化管中液流。在某种程度上，这在另一方面也同样有作用，所以得到强化的管中液流可减小或加大集液管液流。
在图3中还可以看到集液管在经过可能的弯曲后如何与循环管12连接，循环管12通往上述萃取步骤的泵单元2。由于泵单元由分离器的集液管13吸收水溶液，而不从导向下一个工艺过程的排出槽11吸收，所以可以获得一个显著的优点，就是由于减速或断电时而造成的从泵发出的回流不会使有机溶液沿着通往下一个工艺过程的通路返流。这对于铜再萃取步骤特别重要，因为上述路径通往电解工艺。因为在铜的电解电沉淀中的有机溶液会造成严重的工艺问题，根据本发明的循环实践可保证在这方面铜的生产不受干扰。
在上面的介绍中我们主要是参考大型萃取装置中的铜萃取描述了根据本发明的方法和设备并尝试寻找解决其中所出现的问题的途径。但是，很明显，本方法和设备也同样可应用于其他萃取装置。
下面参考所附的示例进一步描述本发明。示例
为设计集液管，进行了两个测量实验以寻找水溶液的流速和压力损失都能在整个集液管通道中保持尽可能均匀的条件。在此项工作中使用了在风管规划中采用的测量原理。在这些实验中采用了带有5个吸液管的集液管，因此集液管本身也由5部分组成，并且从液流方向观察时每个部分的横截面的面积都比前一个的大。两个实验的结果都以百分比的形式列出，所以集液管最后部分的面积都是100％。在第一个实验中吸液管的直径保持不变，而在第二实验中最后两个吸液管的直径有改变，因为我们发现这样可使流量分布更均匀。结果列在下表中。集液管面积％20.5 38.6 56.6 75.9 100偏差％实验1吸液管φ吸液管液流％％10074.9 100 64.4 100 89.9 100 123.2 100 100 25实验2吸液管φ吸液管液流％％10074.8 100 87.2 100 96.6 80 70.2 85 100 15
从实验可以看出，为了使集液管整个容积中的溶液流量均匀并大致相等，通常还必须部分地调节吸液管的横截面面积以便调节集液管的横截面面积。最理想的情况是由个吸液管流入的溶液流量大致相等，即偏差尽可能地小。