СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ РАЗДЕЛА МЕЖДУ ДВУМЯ РАЗДЕЛЯЕМЫМИ РАСТВОРАМИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ АЭРАЦИИ Российский патент 2002 года по МПК B01D11/04 C22B3/02 C22B15/00 

Изобретение относится к процессам регулирования поверхности раздела или места расположения дисперсионной зоны в вертикальном направлении при экстракции жидкость-жидкость между двумя растворами, которые являются взаимно разделяемыми благодаря различным плотностям, а также к процессам выведения разделенных растворов из области, где происходит разделение без аэрации растворов на стадии переноса.

На больших экстракционных производствах, таких как экстракция меди, регулирование поверхностей раздела растворов и выгрузка растворов объединяются посредством приспосабливания двух коллекторных желобов, оборудованных переливными трубами для растворов, эти желоба простираются вертикально по всему оконечному краю модуля разделения. Обычно используются два присоединенных желоба, первый из которых - в направлении течения раствора, является фиксированным желобом, собирающим более легкий органический раствор (верхний продукт), и второй - представляет собой собирающий водный раствор желоб, оборудованный регулируемым порогом водослива. Более тяжелый раствор, то есть водный раствор, выводят снизу через желоба по трубопроводу, образованному между днищами желобов и дном модуля разделения. Из этого трубопровода водный раствор поднимается вверх и течет по изгибу U-образной формы в коллекторный желоб, в направлении, которое противоположно первоначальному направлению потока.

Регулируемый перелив водного раствора происходит на внешнем крае желоба для водного раствора, сконструированного из пластины, прикрепленной к стене и простирающейся на данную высоту, и другой пластины, передвигающейся поперек нее. Такая конструкция, оборудованная горизонтальным порогом водослива, служит основным уровнем водослива, расположенным на высоте, которая не должна быть более низкой с точки зрения такого регулирования. Оптимальный диапазон регулирования располагается выше такого уровня и он поддерживается посредством движущегося пластинчатого модуля, порог водослива которого также поддерживается в горизонтальном положении.

Вышеописанные желоба для водных растворов, оборудованные порогами водослива, имеют некоторые недостатки. Две пластины, движущиеся поперек друг другу, не могут быть изготовлены компактно, но значительная часть перелива, около 10-40%, проходит другими путями нежели чем через порог водослива. Следовательно, регулирование поверхности раздела фаз работает так, как нужно, только когда загрузка раствора превосходит примерно половину количества, для которого создается экстракционное производство. Более того, выходя из технологического процесса, вышеописанный перелив вызывает поток раствора, текущего на следующую стадию процесса, и таким образом снижает результат экстракции в связи со следующим ускорением. Также имеется опасность, что поверхность раздела разделяемых частей будет изменяться. В этом случае дисперсионная фаза, несущая примеси и расположенная между чистыми фазами, переносится вместе с разделяемыми растворами.

Известен способ регулирования поверхности раздела фаз между двумя взаимно разделяемыми растворами при экстракции жидкость-жидкость на разгрузочном конце модуля разделения и для предотвращения аэрации растворов при выведении их из модуля разделения, при котором высоту перелива отдельного более легкого органического раствора поддерживают постоянной и устройство для регулирования поверхности раздела между двумя разделяемыми растворами в сепараторе (DE 1297582 A1, 19.06.1969).

Недостатками данного способа и устройства, реализующего этот способ, являются ограниченная способность регулирования поверхности раздела между двумя разделяемыми растворами и невозможность предотвращения аэрации растворов.

Известно устройство для предотвращения аэрации при выведении двух взаимно разделяемых растворов при экстракции жидкость-жидкость (US 5185081 A, 09.02.1993).

Недостатком данного устройства является его низкая надежность при переносе взаимно разделяемых растворов при экстракции в системе жидкость-жидкость.

Задачей предлагаемого технического решения является разработка способа регулирования поверхности раздела между разделяемыми растворами и предотвращения аэрации растворов, а также создание устройств, реализующих этот способ.

Технический результат заключается в достижении увеличения точности регулирования поверхности раздела между двумя растворами и в то же время предотвращении аэрации растворов, что позволяет улучшить контроль потока разделяющих растворов.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе регулирования поверхности раздела фаз между двумя взаимно разделяемыми растворами при экстракции жидкость-жидкость на разгрузочном конце модуля разделения и для предотвращения аэрации растворов при выведении их из модуля разделения, при котором высоту перелива отделенного более легкого органического раствора поддерживают постоянной, согласно изобретению для регулирования поверхности раздела между разделяемыми растворами высоту перелива более тяжелого водного раствора регулируют посредством проведения разделенного водного раствора снизу вверх через трубчатые элементы, в этом случае высота трубчатых элементов является регулируемой, при этом аэрацию указанных растворов при удалении их из модуля разделения предотвращают посредством прохождения растворов в трубопровод переноса через закрытые стволоподобные водомерные ящики с переливом, более глубокие, чем разгрузочный конец.

Аэрацию растворов, выводимых из модуля разделения, предотвращают посредством использования предотвращающих турбуленцию, пластиноподобных конструкций, размещенных в стволоподобных водомерных ящиках с переливом или посредством решетчатых конструкций, размещенных в стволоподобных водомерных ящиках с переливом.

Решетчатую конструкцию устанавливают так, что ее верхний край может быть расположен либо выше поверхности жидкости, либо под поверхностью жидкости.

Указанный технический результат достигается также тем, что в устройстве для регулирования поверхности раздела между двумя разделяемыми растворами при экстракции жидкость-жидкость в сепараторе, в котором разгрузочный конец сепаратора оборудован желобом выведения органической фазы, верхний конец которого установлен на постоянной высоте, и позади него, в направлении течения потока, выводом воды, через которые растворы удаляются из сепаратора, согласно изобретению для регулирования поверхности раздела растворов вывод воды оборудован по существу вертикально установленными трубчатыми элементами, расположенными внутри вывода воды, а высота указанных трубчатых элементов может регулироваться, при этом их верхний край служит краем перелива.

Трубчатый элемент образован по крайней мере двумя трубчатыми деталями, передвигающимися телескопически друг относительно друга, указанные детали компактно связаны посредством гофрированного элемента.

Верхняя часть верхнего трубчатого элемента расширяется в верхнем направлении.

Нижний трубчатый элемент компактно прикреплен к нижнему днищу разгрузочного желоба водного раствора.

Указанный технический результат достигается также и тем, что в устройстве для предотвращения аэрации при выведении двух взаимно разделяемых растворов при экстракции жидкость-жидкость из сепаратора согласно изобретению для выведения растворов из сепаратора с желобом экстракционного раствора и выводом воды связан стволоподобный водомерный ящик с переливом, расположенный глубже, чем указанный желоб и вывод воды, донная часть водомерного ящика опять же связана с трубопроводом переноса соответствующего раствора.

Водомерный ящик с переливом, связанный с желобом экстракционного раствора, в боковом направлении установлен в качестве продолжения желоба экстракционного раствора.

Водомерный ящик с переливом, связанный с выводом воды, в боковом направлении установлен как продолжение вывода воды или как задняя стенка вывода воды.

Число трубопроводов переноса выходящих из одного стволоподобного водомерного ящика с переливом равно двум.

В потолочной части стволоподобный водомерный ящик с переливом оборудован выступающими книзу по существу вертикальными пластинами, соответствующими числу трубопроводов переноса.

Стволоподобный водомерный ящик с переливом оборудован решетчатым каналом, установленным вблизи к поверхности жидкости.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен модуль разделения (т. е. сепаратора) в продольном направлении; на фиг. 2 - конструкция, используемая для выгрузки водного раствора; на фиг. 3 - вид сверху разгрузочного конца сепаратора; на фиг. 4 - конструкция разгрузочного конца сепаратора в поперечном сечении; на фиг. 5А - конструкция, используемая для разгрузки экстракционного раствора, в поперечном сечении; на фиг. 5Б - вид сбоку для той же конструкции; на фиг. 6А - схематический вид сбоку предпочтительного воплощения той же конструкции; на фиг. 6Б - вид сверху той же конструкции; на фиг. 7А - поперечное сечение гидрозатвора, используемого при выгрузке экстракционного раствора; на фиг. 7Б - вид сверху объекта с фиг. 7А.

Модуль разделения, т. е. сепаратора 1, работает следующим образом.

Дисперсия 2 двух различных фаз, смешанная в модуле смешивания, т. е. смесителе (не показано), втекает в сепаратор, оборудованный на фронтальном конце решетчатыми заграждениями 3, 4 и 5. При протекании вперед дисперсия постепенно разделяется на два отдельных слоя - верхний слой органической фазы 6 и нижний водный слой 7. Между фазами остается непрерывно утончающийся слой дисперсии. Часть водного слоя может быть удалена из сепаратора для циркуляции после последнего решетчатого заграждения 5 по коллекторному каналу 8. Органическая фаза удаляется из сепаратора переливом в желоб 9 для более легкой фазы, передний конец указанного желоба зафиксирован, но преимущественно закруглен согласно чертежу. Водный слой продолжает проходить снизу желоба органической фазы к выводу воды 10 для водной фазы раствора. Водный раствор поднимается к выводу воды первоначально через трубчатые элементы 11 и изнутри последних за счет перелива непосредственно в вывод воды 10.

Предпочтительный способ разгрузки водного раствора согласно изобретению поясняется фиг. 2. Водный раствор течет через трубопровод 14, образованный нижним дном 12 вывода воды 10 и дном сепаратора 13, к более низко расположенной трубчатой детали 15 трубчатого элемента 11, при этом деталь 15 телескопически связана с верхней трубчатой деталью 16. Преимущественно верхний край 17 расположенного вверху элемента сконструирован так, чтобы он расширялся кверху, так что скорость перелива может быть уменьшена посредством такой конструкции, и регулирование становится более точным.

Для присоединения телескопически связанных труб 15 и 16 компактным образом конструкция может быть дополнительно упрочнена путем прикрепления к трубчатым поверхностям гофрированного элемента 18, связывающего трубы друг с другом. Высота такого гофрированного элемента такова, что она допускает подъем и снижение труб друг относительно друга по длине регулируемого диапазона. Нижний элемент 15 трубопровода перелива 11 компактно присоединен к нижнему дну 12. Нижнее дно само выгодным образом расположено на той же высоте, что и дно разгрузочного желоба 9 для органического раствора. Данный способ позволяет регулировать высоту поверхности водного раствора точным и контролируемым образом, не допуская прохождения неконтролируемых потоков раствора мимо регулируемого края и в то же самое время регулируется высота поверхности раздела между растворами.

Разгрузочный конец фазы (см. фиг. 3) включает разгрузочный желоб 9 для органической фазы и вывод 10 водного раствора. Из чертежа видно, что высота перелива трубчатых элементов 11 может регулироваться группами из нескольких частей посредством регулировочного стержня 19. С регулировочным стержнем 19 связаны три трубы перелива 11, но их число может, естественно, варьироваться. На фиг. 4 тот же разгрузочный конец фаз показан в поперечном направлении. Между трубами перелива видны поддерживающие конструкции разгрузочного конца.

В разгрузочном конце сепаратора образуется таким образом согласно настоящему изобретению единое пространство 10 водного раствора, ограниченное, если смотреть в направлении потока растворов, в передней части желобом перелива органической фазы 9, а в конечной части - задней частью сепаратора 1, по бокам - боковыми стенками сепаратора. Очевидно (см. фиг. 3), что трубы перелива 11 расположены рядом с выводом воды 10. Число трубок перелива регулируется таким образом, чтобы скорость потока в трубах перелива была в диапазоне 0,3-0,7 м/с.

Большие экстракционные производства меди включают стадии процесса, где внешняя загрузка водного раствора на стадию и, соответственно, выведение водного раствора из стадии существенно меньше, чем количество экстракционного раствора, перетекающего из одной стадии в другую. Так как контактирование органического и водного растворов, осуществляемое в смесителе, происходит примерно при соотношении 1: 1, а, тем не менее, загрузка водного раствора снаружи в смеситель незначительна, то главная часть водного раствора должна быть введена из модуля разделения на ту же самую стадию. В соответствии с этим в конструкцию сепаратора введен коллекторный канал 8, по которому циркулирует большая часть водного раствора. Таким образом, водный раствор, необходимый для рециркуляции, не поступает в разгрузочный конец 10 водного раствора. В данном случае водный вывод 10 необходим только для циркуляции водного раствора, поступающего на внешнюю рециркуляцию. Например, на стадии промывки экстракционного раствора внешний подвод водного раствора составляет порядка 50 м³/ч, хотя подвод водного раствора в смеситель составляет порядок 1,000-2,000 м³/ч. В таком случае ясно, что число труб перелива 11, требуемое на выводе воды 10, довольно мало. Более того, в соответствующих случаях возможно уменьшить поперечную площадь желоба перелива без сужения вывода воды.

Удаление разделенных растворов из желоба экстракционного раствора и из вывода воды и введение растворов на следующую стадию процесса согласно настоящему изобретению осуществляется таким образом, что растворы и особенно экстракционный раствор 6 переносятся на следующую стадию без аэрации растворов. На фиг. 3 и 4 видно, что желоб 9 экстракционного раствора продолжается в боковом направлении непосредственно наружу сепаратора и через этот внешний водомерный ящик 20 с переливом раствор проводится к месту следующего процесса. Согласно фиг. 5А и 5Б водомерный ящик 20 с переливом желоба экстракционного раствора представляет собой стволоподобный узел, более глубокий чем сам желоб 9, и их связывает трубопровод 21 переноса экстракционного раствора, расположенный в донной части водомерного ящика. Вместо одного число трубопроводов переноса может равняться, например, двум. В этом случае конструкция верхних циркуляционных трубопроводов исключается. Двухтрубная конструкция имеет то преимущество, что в этом случае исключается ситуация, когда донная часть одного большого трубопровода органического раствора наполняется водным раствором, который может помешать прохождению экстракционного раствора. Водомерный ящик для желоба экстракционного раствора выгодно размещать на каждой стороне сепаратора, но соответствующий стволоподобный водомерный ящик для водного раствора может быть размещен свободно у задней стенки вывода воды или на каждой стороне бокового конца вывода воды.

Как отмечалось выше, конструкция 20 выведения водного раствора может располагаться в различных местах желоба. Расположение зависит от проводимой стадии процесса и от того, куда дальше необходимо провести водный раствор. Желательно размещать область выведения в таком месте, где число трубопроводов переноса на следующую стадию будет минимально возможным. Стволоподобная структура допускает горизонтальный вывод трубопровода, связанного с такой конструкцией на максимально высоком возможном уровне, в этом случае перекачка осуществляется легче и можно избежать глубокой разработки трубопровода. Преимуществом является уже то, что трубопроводы могут быть помещены на землю.

Стволоподобный водомерный ящик 20 предотвращает поступление воздуха в раствор. Для предотвращения поступления воздуха конструкция может быть дополнительно улучшена путем оборудования потолочной части водомерного ящика ориентированными книзу и по существу вертикальными пластинами 22 перед каждым выводом трубопровода 21. Целесообразно устанавливать пластины так низко, что желоб экстракционного раствора является почти полным, в этом случае желоб не поглощает воздух. Другой способ предотвращения поглощения воздуха заключается в использовании решетчатого канала 24, расположенного в области поверхности жидкости и показанного на фиг. 6. Такое препятствие является полезным при работе с не заполненным полностью желобом экстракционного раствора или выводом воды. В нормальном режиме, когда нет непосредственной необходимости в указанном препятствии, оно работает циркуляционно- затухающим образом. Решетчатый канал 24 установлен так, что его верхний конец простирается над поверхностью жидкости, но он также может располагаться ниже поверхности жидкости по всей длине решетчатого канала.

Использование конструкции 20 для выгрузки растворов предотвращает поглощение воздуха выводимыми растворами. Конструкция представляет собой стволоподобной ящик с дном 23, расположенным ниже дна желоба раствора, таким образом, что разница по высоте составляет 0,3-1,0 от ширины желоба.

На больших экстракционных производствах емкости хранения экстракционного раствора обычно располагаются на отдельной площади емкостей хранения, которая расположена настолько низко, что растворы текут туда сами по себе. Это часто происходит при понижении уровня на несколько метров и приводит к интенсивной аэрации раствора. На фиг. 7А и 7Б изображены устройства, предотвращающие аэрацию в трубопроводах, вводимых в емкости хранения путем использования гидрозатвора, который устанавливают в желобе 9 экстракционного раствора перед конструкцией 20 для выведения раствора и в продлении перелива 25, который образует быстроток в разгрузочном желобе в середине выпускного конца. Близко к переливу установлена вертикальная пластина 26, простирающаяся существенно ниже поверхности жидкости. Преимущественно они располагаются до края желоба экстракционного раствора, и отсюда начинается кожух 27, показанный на фиг. 7Б, который простирается в направлении выгрузки раствора, выполнен однородным и расположен за разгрузочным стволом 20. Давление воздушного пространства снизу кожуха уравнивается посредством вертикального трубопровода 28, ведущего в это пространство.

Вышеописанный перелив в емкость хранения может быть горизонтальным или равномерно понижающимся в направлении ввода, при этом наиболее низкая часть образована секцией, пересекающей желоб экстракционного раствора, и наиболее высокая часть секций перелива ограничивает разгрузочный ствол. С точки зрения технологии потоков последнее решение является более рекомендуемым, потому что оно снижает высоту перепада перелива и, следовательно, ограничивает смешение воздуха с экстракционным раствором. Однако опасность подобного смешения очевидно намного меньше, когда используют вышеописанный гидрозатвор.

В данном выше описании приведены способ и устройство согласно настоящему изобретению главным образом со ссылкой на экстракцию меди, для которой используются крупномасштабные экстракционные производства, и описаны решения, возникающие при таком производстве. Однако ясно, что способ и устройство могут также применяться и при других экстракционных производствах.

Способ для регулирования поверхности раздела между разделяемыми растворами и для предотвращения аэрации растворов, а также устройства, реализующие этот способ, относятся к области жидкостной экстракции. Способ заключается в том, что для регулирования поверхности раздела между разделяемыми растворами высоту перелива более тяжелого водного раствора регулируют посредством проведения разделенного водного раствора снизу вверх через трубчатые элементы. В этом случае высота трубчатых элементов является регулируемой. Аэрацию указанных растворов при удалении их из модуля разделения предотвращают посредством прохождения растворов в трубопровод переноса через закрытые стволоподобные водомерные ящики с переливом, более глубокие чем разгрузочный конец. Устройство для регулирования поверхности раздела растворов содержит сепаратор, в котором разгрузочный конец оборудован желобом выведения органической фазы, верхний конец которого установлен на постоянной высоте в направлении течения потока, выводом воды, через которые растворы удаляются из сепаратора. Вывод воды оборудован вертикально установленными трубчатыми элементами, расположенными внутри вывода воды. Высота указанных трубчатых элементов может регулироваться, при этом их верхний край служит краем перелива. Кроме этого, предлагается устройство для предотвращения аэрации при выведении двух растворов из сепаратора, в котором с желобом экстракционного раствора и выводом воды связан стволоподобный водомерный ящик с переливом, расположенный глубже, чем указанный желоб и вывод воды. Донная часть водомерного ящика связана с трубопроводом переноса соответствующего раствора. Данный способ и устройства, реализующие этот способ, позволяют контролировать поток разделяющихся растворов. 3 с. и 12 з. п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ регулирования поверхности раздела фаз между двумя взаимно разделяемыми растворами при экстракции жидкость-жидкость на разгрузочном конце модуля разделения и для предотвращения аэрации растворов при выведении их из модуля разделения, при котором высоту перелива отделенного более легкого органического раствора поддерживают постоянной, отличающийся тем, что для регулирования поверхности раздела между разделяемыми растворами высоту перелива более тяжелого водного раствора регулируют посредством проведения разделенного водного раствора снизу вверх через трубчатые элементы, в этом случае высота трубчатых элементов является регулируемой, при этом аэрацию указанных растворов при удалении их из модуля разделения предотвращают посредством прохождения растворов в трубопровод переноса через закрытые стволоподобные водомерные ящики с переливом, более глубокие чем разгрузочный конец. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что аэрацию растворов, выводимых из модуля разделения, предотвращают посредством использования предотвращающих турбуленцию пластиноподобных конструкций, размещенных в стволоподобных водомерных ящиках с переливом. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что аэрацию растворов, выводимых из модуля разделения, предотвращают посредством использования предотвращающих турбуленцию решетчатых конструкций, размещенных в стволоподобных водомерных ящиках с переливом. 4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что решетчатую конструкцию устанавливают так, что ее верхний край расположен выше поверхности жидкости. 5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что решетчатую конструкцию устанавливают так, что ее верхний край расположен под поверхностью жидкости. 6. Устройство для регулирования поверхности раздела между двумя разделяемыми растворами при экстракции жидкость-жидкость в сепараторе (1), в котором разгрузочный конец сепаратора оборудован желобом (9) выведения органической фазы, верхний конец которого установлен на постоянной высоте, и позади него, в направлении течения потока, выводом воды (10), через которые растворы удаляются из сепаратора (1), отличающееся тем, что для регулирования поверхности раздела растворов вывод воды (10) оборудован, по существу, вертикально установленными трубчатыми элементами (11), расположенными внутри вывода воды, а высота указанных трубчатых элементов может регулироваться, при этом их верхний край (17) служит краем перелива. 7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что трубчатый элемент (11) образован по крайней мере двумя трубчатыми деталями (15, 16) передвигающимися телескопически друг относительно друга, указанные детали компактно связаны посредством гофрированного элемента (18). 8. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что верхняя часть верхнего трубчатого элемента (16) расширяется в верхнем направлении. 9. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что нижний трубчатый элемент (15) компактно прикреплен к нижнему днищу (12) разгрузочного желоба водного раствора. 10. Устройство для предотвращения аэрации при выведении двух взаимно разделяемых растворов при экстракции жидкость-жидкость из сепаратора (1), отличающееся тем, что для выведения растворов из сепаратора, с желобом экстракционного раствора (9) и выводом воды (10) связан стволоподобный водомерный ящик с переливом (20), расположенный глубже, чем указанный желоб и вывод воды, донная часть водомерного ящика опять же связана с трубопроводом переноса соответствующего раствора. 11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что водомерный ящик с переливом, связанный с желобом (9) экстракционного раствора, в боковом направлении установлен в качестве продолжения желоба (9) экстракционного раствора. 12. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что водомерный ящик с переливом, связанный с выводом воды (10), в боковом направлении установлен как продолжение вывода воды (10) или как задняя стенка вывода воды (10). 13. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что число трубопроводов переноса (21) выходящих из одного стволоподобного водомерного ящика с переливом (20) равно двум. 14. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что в потолочной части стволоподобный водомерный ящик с переливом (20) оборудован выступающими книзу, по существу, вертикальными пластинами (22) соответствующими числу трубопроводов переноса (21). 15. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что стволоподобный водомерный ящик с переливом (20) оборудован решетчатым каналом (24), установленным вблизи к поверхности жидкости.