分布电荷复合电极和脱盐系统

本发明涉及静电分离工艺，尤其涉及用于在相对非极性流体中让流动的极性流体性以相反于非极性流体流动的方向通过由许多块复合电极建立的、电场梯度变化的电场而反复分散和聚结相对极性流体的方法和装置。

利用高压电场的分离工艺包括：精选矿石中的固体一固体分离，从介电液体中分离固体或液体，以及使用静电沉淀器从各种废气和空气调节系统中除去固体或液体颗粒。用于这些分离工艺的静电场是通过施加交流电压、直流电压或者它们的某种组合于工艺流程里面的格栅而产生的。

当静电脱水器中液体一液体分离工序从油-水乳化液中除去水份时，非极性流体的油表现为电介质，而极性的水珠微滴却被聚结。聚结出现于小水珠相撞并联合形成大水珠的时候。通过在各电极之间建立电场，并使油-水乳化液穿过该电场的方法，使水珠微滴聚结起来。因为水是轻微极性的，所以那些微滴被电场进一步极化。极化的各微滴互相吸引并发展到互相聚结。大水滴受重力作用沉降到脱水器底部，水就在那儿被排走。被脱水的油往上浮，在脱水器的上部位置取走。

微小水滴沉降速率低，因而受重力作用沉降缓慢，往往随通过的液流一起被带走。最好是使微小水滴聚结以形成较大的水滴，因为较大的水滴更容易由于重力而沉降。然而微小水滴更难从油里面穿过，因而要求更大的电场梯度使之聚结。准确地说，为使微小水滴聚结，需要象在高电压施加于各电极元件时所达到的那种强烈的电场梯度。

典型的脱盐要求是使油井生产物的含盐或含卤水量降低到每1，000桶原油有一磅盐。盐通常含在油井生产的卤水里。除水即除去了大部分的盐。但是，某些非常微小的囟水滴仍然留在脱水后的油中，它可能导致含盐量高到每1，000桶原油20至30磅的不可接受的水平。因此，在另一阶段的脱水之前，加入淡水或含盐少的水，用以接触并冲淡留在脱水后的油井生产物中的卤水。如果含水量降低到和开始阶段脱水后乳化液同样的含水量，那么第二阶段脱水后脱水原油的含盐量也降低了。

先有技术脱水器中的各电极是用导电材料构成的，通常用金属，它能立刻把所加给的电荷运送到该电极系统的所有表面上，而只受供给它能量的电源的限制。当这些系统不燃弧运行时，用以维持各电极单元之间的电场所需能量很小。但是，燃弧出现时，就要消耗大量能量。此外，尽管只在一块高导电性的电极板上一个地方出现燃弧，但遍及该整块电极的电场都破坏了，那里的脱水过程将中断到燃弧被熄灭为止。为迅速检测出燃弧的存在，熄灭该然弧以及恢复各电极上的电位，从而重建电场梯度，利用了如美国专利第4，400，253号公开的电压控制系统那样的精心制成的控制系统。

先有技术各金属电极的另一个缺点在于;由于各电极板的导电性，加于电极的全电位存在于各该电极的所有棱边、拐角、尖端以及电极支承器具上，这导致产生许多畸变电场和点电荷。电场的畸变和点电荷产生限制水珠微滴长大的高电场梯度，同时引起微滴分散。当这些分散作用存在于加工流体退出电场的区域时，产生的水珠微滴便不能聚结，而是随着像已脱水的油那样的处理过的有机物流一起被带走。

更常用的除盐方式，无论是矿场加工还是炼油厂加工，都利用加水稀释的方法，就是把淡水或盐含少的水加入到脱过水的原油的乳化液中。随后让该乳化液连同稀释水一起，同时流经一个混合器，以增加分散卤水同稀释水接触和聚结的概率。原油流接着被再一次脱水。稀释卤水的 去除是不完全的，而除去的盐只限于稀释水的体积乘以混合效率后的几分之一。常常需要作多阶段的除盐，以满足对含盐量的特性要求。这种用单个容器的多阶段脱水器已由美国专利第4，149，958号公开。

美国专利第4，308，127号又公开了另一个多级脱水器，它指出让乳化液通过具有借助均匀带电并实际上发散的各电极而减弱的末级静电场的一系列电场，以聚结极化性分散态。在聚结极性分散态的最后步骤，让几乎全部除去了极性分散态的乳化液通过减弱的电场。

已转让给本申请的同一受让人、申请序列第385，349号的专利申请作为参考资料结合到本申请中。该申请公开了一种把稀释水和油井生产物中固有的卤水用静电方式混和的逆流稀释水流动系统。一种具有许多块间隔均匀、大体上平行的导电电极板的静电混合器-分离器，其中各电极板加上经过调制的电压，使得该装置相当于一个有效的多级混合器/聚结器/分离器。所述调制电源用于重复地、顺序地以预定方式改变各相邻电极板之间的电场梯度，以便实现用以分散稀释水的增加电场梯度的周期;维持高电场梯度使分散的稀释水同卤水混和从而增加接触和稀释卤水的概率;随后降低的电场梯度用以最大限度地聚结已稀释的卤水。所述调制控制器具有检测出燃弧的能力，并且对此作出响应，在一段足够长时间内降低加于各该电极的电压，以便熄灭燃弧，接着恢复加于各该电极的电压，以便在它们之间重新建立电场。在燃弧和降低电压的时间内，分散、混和和聚结过积都停止。尽管上述逆流稀释水系统比先前的脱水器系统好，但它对入口卤水的高浓度或稀释水的高倍率仍然敏感。

所需要的是一种从油的乳化液中分离囟水的方法和装置，其中将不发生燃弧，不会有电场的畸变和点电荷，要把油井产物置于增长着的电场强度下，以便聚结和除去相对大一些的微滴，接着用高电场强度聚结小的水珠微滴，随后逐渐减弱电场以减及剪切力，因为已聚结的水珠微 滴容易在出口区域受到该剪力作用而导致微滴带走量减至最少。此种方法和装置还将具有稀释水的逆向流动，稀释水在高电场中被分散以及和乳化液混和，借此增加接触和稀释剩余囟水的概率，然后使之聚结以便除去。

本发明提供一种方法和装置，它提供以相反于乳化液流动的方向通过脱水器的淡水流;在这个脱水器中，乳化液单次，记化液受到相当于一组有效的多级混合器/聚结器/分离器的作用，其中加于脱水器中各电极的是不调制电压。各电极具有复合电极结构，以致可认为：具有多个变化电场梯度的区域的单一电场、或者个多电场存在于乳化液和稀释水两者流动的方向上。

图1是一台按照本发明设计的、由其内包含多块悬挂的复合电极的一个水平放置的细长容器组成的脱水器的局部剖面透视图;

图2是类似于图1所示的一台脱水器的局部剖面透视图，其中各复合电极沿着容器纵向伸展;

图3是一块复合电极的透视图;

图4是两相邻复电极的横断面，其间有乳化液的流通道;

图5是两对复合电极的透视图，其间形成乳化液的若干流通道，并公开了一种可以对它们施加电压的方式;

图6是两对复合电极的透视图，其间形成乳化液的若干流通道，并公开了一种可以对它们施加电压的替换方式;

图7是公开一种可用以制造复合电极的拉挤成型工艺的原理图。

参照附图，先看图1，其上画了一台按照本发明设计的原油脱水器10。本发明在一种或几种相对非极性流体和一种几种相对极性流体之间转移沾染物，而这些极性或非极性流体互不溶混。这些沾染物至少包括氯化钠（盐）固体和金属离子。以下本发明的最佳实施例将原来存在于非极性流体中的沾染物转移到极性流体中去。本最佳实施例中，让分散 的极性流体同相对非极性流体的沾染物接触，使之同该沾染物结合，随后使已结合的沾染物和极性流体微滴聚结，以便从相对非极性流体中把它们除去。本最佳实施例中，极性流体是水，非极性流体是油，沾染物是氯化钠。

在利用电场混和不溶混流体时，就是说制造乳化液时涉及到两种基本的分散机制。首先，容易对电场里面的水珠微滴产生影响的流体动力，其施句的剪切力使各微滴被剪切成更小的涓滴。其次，当给定微滴体积上的表面电荷达到临界梯度时，为寻求更大的表面积使电荷得以在其上扩散，电动力将使该微滴分散为更小的涓滴。流体动力和电动力两者起一种在电场里面确立水珠微滴的平均大小的作用，微滴大小取决于电场梯度。

由原油-卤水乳化液组成的油井产物12通过进油管15进入壳体14。壳14通常是一个细长形、两头封闭的、水平放置的圆柱形容器。油井产物12沿壳体14的长度方向分布在分流器16底下，通过各喷口18分散到处理中的乳化液22和水体24之间形成的油-水界面20的附近区域。水自动地通过出水管68排出水体24，以维持界面20的水位不变。油井生产物12从许多块悬挂着的、大体上是平行的复合电极26中间通过，向上流动成为处理中的乳化液22。虽然最好是让油井生产物12垂直流动，但本发明并不局限于此。通过处理器或脱水器10的油的流量，其典型值为在处理器10最大横截面处，对每平方英尺的电极26，每天50桶油。但是油的流量可以改，从低至对于各种重油的每平方英尺每天5桶油，直到对于高温下的轻油每平方英寸电极每天超过100桶油。

复合电极26被做成层状结构，具有一块大体上是平坦的不导电的第一部件28，以及层叠地配置在其一个平坦表面上的、大体上是平坦的导电的第二部件30。第二部件30的平坦面的尺寸通常小于第一部件28的平坦面的尺寸，从而使第二部件30大体上位于正中央，从垂直于第二部件 30的角度看，这是一个由第二部件30构成的、被第一部件28的一部分形成的非导电区域所包围的中央导电区。在最佳实施例中，相邻的各复合电极26都按同方式取向，使得在相邻的两导电部件30之间总有一块不导电的第一部件28。由于这种复合电极结构，燃弧被减至最少并将自行熄灭。

使用不调制高压加予由部件30形成的导电的中央区域上，在许多复合电极26的任何两相邻复合电极26之间形成的电场，大体上从复合电极不导电的第一部件28的从外周边32基本上增大，直至导电的第二部件30之间所建立的电场梯度止。该电场梯度在跨越部件30形成的导电的中央区域处达到最大值。下面要非常详细地讨论在两相邻复合电极26的不同区域之间建立的种种不同的电场梯度。利用按照本发明设计的复合电极26，就不需要调制加于各电极的电压了。此外，能够检测出燃弧并使之熄灭的电压控制系统也不必要了。

参照图1、3和4可以最好地理解以下关于原油脱水工艺最佳实施例的说明，当乳化液22往上流动复盖复合电极26时，相对于乳化液22的流动方向该乳化液首先受到产生于区域36、由矢量38代表的逐渐增强的电场梯度的影响，然后受到产生于区域40、由矢量42代表的均匀的高强电场梯度的影响，接着又受到产生于区域44、由矢量46代表的逐渐减弱的电场梯度的影响。在乳化液22进入到区域36的逐渐增强的电场梯度中时，包含油-卤水乳化液22的较大而且较不稳定的分散卤水微滴聚结为更大的微滴，这时它们具有足够的尺寸，可以逆着乳化液22的流动靠重力沉降聚结到界面20上，成为水体24的一部分，以便随后通过出水管68从脱水器10的底部排走。

当经过轻微脱水或减缩的乳化液22继续往上通过在区域36中产生的逐步增强的电场梯度38时，包含油-卤水乳化液22的越来越小的分散的卤水微滴聚结成大一些的微滴，其中一些这时已经足够大，可以逆着乳 化液22的向上的液流靠重力沉降，当它们在沉降过程中通过逐渐增强的电场梯度38时便继续聚结，该电场梯度38对于靠重力沉降聚结的卤水微滴来说是逐渐减弱的电场梯度，它进一步加强了较大的卤水微滴的聚结。靠重力沉降的卤水微滴聚结到界面20上，加入水体24中。

经过轻微脱水或减缩的、含有更小更稳定的分散的卤水微滴的乳化液22，继续往上进入到更强的、在区域40中产生的、由矢量42代表的均匀电场梯度中，该电场梯度建立在一块复合电极26的导电的第二部件30和一块相邻的复合电极26的不导电的第一部件28之间。较小的卤水微滴被强的均匀电场梯度42聚结成由该电场梯度42确定尺寸的中等大小的微滴48。这些卤水和分散稀释水的微滴，特别是那些达到中等大小的微滴48，已经足够大，可以受重力和电对流（electroconvection    current）的影响而逆着乳化液22的向上的液流而迁移或作重力沉降。大多数达到中等微滴48大小的被聚结的微滴都流回到逐渐增强的电场38中去，该电场相对于靠重力沉降聚结的卤水微滴来说，其电场梯度是逐渐减弱的，它进一步加强靠重力沉降的卤水微滴的聚结。靠重力沉降的卤水微滴聚结到界面20上，加入水体24中。

少数在区域40中达到中等微滴48大小的被聚结的微滴，连同非常小的没有受到在区域40中产生的电场的影响而达到上述尺寸的卤水微滴一起，随乳化液22被往上携带到具有用矢量46代表的逐渐减弱的电场梯度的区域44里面，该电场梯度减弱的方向朝着乳化液22流动的方向。渐弱电场梯度46建立在两块相邻复合电极26上不导电的第一部件28的区域之间。具有渐弱电场梯度46的区域44导致达到中等微滴48大小的各微滴进一步聚结，它们在那里同某些较小的由乳化液22携带的卤水微滴结合，或者和由乳化液22携带的其他中等微滴48大小的各微滴结合。这时，如此形成的大于中等体积的各卤水微滴受重力作用逆着乳化液22的流动而往回沉降到区域40里面，在那里它们受到均匀的高强电场梯度42的作用， 后者把大于中等体积48的微滴剪切为较小的微滴，这些微滴于是重新分散于乳化液22中。某此重新分散的卤水微滴是中等微滴48的大小，因重力作用逆着乳化液22的流动往下沉降到电场36里面继续聚结，然后再沉降并聚结到界面20内，加入到水体24中。少数重新分散的中等微滴48大小的卤水微滴和较小的重新分散的卤水微滴又被运送回区域40。当这个过程重复时，卤水从乳化液22中被分离而出现卤水微滴逐渐往下迁移的现象。微滴往下迁移的速率由区域40和区域44、36之间的相对电场梯度控制。

与此同时，稀释水50通过稀释水入口管52被引入到油处理器或脱水器10的壳体14中。稀释水可以是淡水或是比正在通过出水管68被排走的水含盐量少一些的水。把从入口水管52接收的稀释水50沿着壳体14的长度方向分配，并且通过具有若干水孔56的集管54把水放入到各复合电极26上面的已部分脱水的乳化液22中。稀释水50通常以大于中等微滴48的体积的大液滴58的形式进入乳化液22，因而迅速逆着乳化液22的向上的液流而沉降到电场44的渐弱电场梯度46中。往下作重力沉降的较大的稀释水50的水滴58，由于它们逆着乳化液22而流动，所以受到区域44中渐强的电场梯度的影响。当受到区域44中产生的电场影响时，较大的水滴58被剪切成为较小的水滴60，后者在部分脱水的乳化液22中分散，并开始同已经前进到区域44的各卤水微滴接触、聚结而使之稀释。在静电场44中聚结的各微滴逆着乳化液22的流动，沉降到区域40的大体上均匀的高强电场梯度42中，在那儿它们得到了充分的分散。随着各微滴逆着乳化液22的流动而迁移或作重力沉降，往下通过区域40、随后是区域36，最终聚结到界面20内而加入水体24中，它们反复地聚结、分散，并再同各相邻复合电极之间的乳化液22中的卤水聚结。

以此方式，存留于区域44中乳化液22内的卤水被稀释水50稀释，此后由于把强烈的混和和稀释水流的逆向流动相结合，致使被稀释的卤水 以相当于一有羊效的多级混合器/聚结器/分离器的极高的效率的方式从乳化液22中被除去。当综合从区域36中产生的电场区域内油井生产物中除去相对大些的卤水微滴和除去区域40内产生的电场中聚结的较小的卤水微滴时，这种综合的除去卤水的做法使油64脱水，已脱水的油64聚集在脱水器10的壳体14的上部区域，并从那里通过出油管66取走。

随着流体穿过静电场运动，使极化流体能够靠重力泌降，同时导致许多逆向流动的混和、剪切、稀释和聚结阶段，这种添加稀释水、分散、混和、聚结和沉降的工序是无限次重复的。当采用这种逆向流动工艺时，按照本发明设计的脱水器10就成为一台特别有效的、多级的、经济的，在本实施例中用于从油井生产物中除去卤水的混合器/分离器。

如图1所见，进入壳体14并通过分流器16和小孔18进行分配的油井生产物，往上流过在若干对复合电极26之间形成的一些平行通道。本最佳实施例中这些电极都竖直悬挂，而且通常是横断壳体14的纵向通路而伸展。换个方式，各复合电极26也可以沿着壳体14的纵向伸展，如图2中所画。用于吊挂各复合电极26的装置包括从第一套吊架74往上伸展的绝缘悬杆72，该吊架吊挂具有一种极性电荷复合电极26，该装置还包括从吊挂其余复合电极26的第二套吊架78往上伸展的绝缘悬杆76。绝缘悬杆72和76用于分别承受吊架74和78以及半数的复合电极26的载荷。

作为例子，按照本发明设计的脱水器或处理器10，接收包含按容积计0.5%、分散在油中的卤水（百万分之200，000的盐）的原油，继续同1.0%容积的逆流稀释（淡水）流乳化，获得了除盐99.93%的效果。这相当于把含盐量从每1，000桶油400磅减少到每1，000桶油0.3磅。油相的粘度在测试温度下是53赛波特秒单位，而油的流率则相当于每天每平方英尺电极表面300桶油。加于复合电极26的部件30形成的导电中央区域的电压是45，000伏，电极距离3英寸。

为建立一种可以认为的具有若干变化电场梯度区域的单一电场，或 者其中某些电场具有恒定电场梯度而另一些具有变化的电场梯度的多个电场，为此应用了许多块复合电极26。典型的复合电极26中，包括用玻璃纤维制成的不导电的第一部件28是叠层构制的，而导电的第二部件30是石墨纤维的。复合电赍26可以用拉挤成型工艺制适，参照图7可对此有良好的理解。

图7示出一种典型的连续拉挤成型操作。连续绞合的玻璃纤维粗纱80从筒子架82被拉出来，而玻璃纤维编织物84从筒子架86拉出来。诸如石墨那样的导电材料88的连续带材，从筒子架90拉出来。导电材料88的宽度显著地小于连续绞合的玻璃纤维粗纱80或玻璃纤维编织物84的宽度。层状的导电材料88、连续绞合的粗纱80以及编织物84，都通过一个导向器92，然后通过一个热固化树脂槽94，槽内盛有树脂浸渍剂96，玻璃纤维在其中得到充分湿润。

玻璃纤维和石墨层通过树脂槽94之后，可以加上分别来自筒子架102和104的上表面层98和下表面层100。表面层98和100可以是玻璃纤维。在加上表面材料之后，所述湿润了的材料进入预压机106，后者把98、88、80、84和100各层加工成接近最后的形状。由98、88、80、84和100各层组成的带状连续叠层纤维束108接着被牵引块112拉着通过成形和固化模110。纤维束108以其最后的形状从成形和固化模110伸出，用空气或水在作业线上冷却，然后用切割锯114切断成预定的长度。被切断成预定长度后，因为导电材料88的狭条延伸至每一段被割断的玻璃纤维的全长度，所以通过诸如磨削工序把导电材料88从切割锯114所切断的边缘除掉。随着导电材料88被除去，上表面层98也必然被除去。上表面层98的修复，例如可通过在该部位涂抹环氧树脂进行。实验证明，在大约3或4英寸的切断边缘内除去导电材料88，可防止各复合电极26端部周围燃弧或发生电场畸变。

许多块间隔均匀、大体上平行的复合电极26配置在脱水器10内，电 压源连接每一块电极26的导电的第二部件30上。导电的第二部件30的导电性能立刻使电荷在其上均匀分布，因而在任何两块相邻电极26之间建立起电场。具有均匀梯度、其量值依从于相邻电极26之间的距离以及加于它的电压的电场，建立在电极26导电的第二部件30和相邻复合电极不导电的第一部件28之间。正是这个建立起强而均匀的电场梯度的电极区域，把水相分散到所述有机相中，并把这两相混和在一起。

不导电的第一部件28，尽管是一种绝缘材料，例如玻璃纤维，却很容易接受和存留表面电荷。于是，电场也将存在于复合电极26的不导电的第一部件28和相邻复合电极26的不导电的第一部件28之间的区域29。绝缘材料的带电主要是一种表面现象，但是，沿绝缘体表面的电荷迁移率以及电荷对周围环境的损耗率，同绝缘体的用以下方积定义的电荷张弛时间常数有关：

T＝e/d

式中T是电荷张弛时间常数，e是绝缘体的介电常数，而d是绝缘体的导电率。电荷张弛时间常数大的材料可以相对慢一些沿其表面传播电荷，这很可能比电荷张弛时间常数小的材料使导电的第二部件30放电少一些。因此，电荷张弛时间常数大的绝缘材料可能最适合大多数用途。典型的复合电极26可以是12英尺长、30英寸高。形成导电的第二部件30的石墨纤维可以是8英寸宽或比这窄一点，大致位于从顶部到底部的中央，并沿着复合电极的12英尺的长度方向伸展，到达距离其每个端部大约3至4英寸的位置。

这样，电场就建立在各相邻电极26的不导电部分之间的区域44内。在部件30形成的导电的中央区域的边缘120和电极26的边缘122之间，电场梯度从两相邻电极部件30形成的导电的中央区域之间的、用矢量42示意代表的强电场梯度开始逐渐减弱。这个电场梯度用矢量46示意地代表。同部件30形成的导电的中央区域的接触线，即边缘120，是电极26 的这个不导电部分的电荷来源。表面电荷在运行条件下，在电极26的绝缘的、不导电部件28的整个表面积上是不均匀的。随着离开部件30形成的导电的中央区域的边缘120的距离增加，电荷逐渐减少。准确的减少量依赖于好几个因素，包括绝缘材料的电荷张弛时间常数，油井生产物12的有机相的导电率，以及分散的水相在乳化液中的容积比。无论增加后两个参数中的哪一个，都增加电荷从绝缘材料上消失的损失率，并且当增加离开边缘120的距离时增加电荷密度的变化率。

在导电的第二部件30的边缘124和电极26的边缘126之间的区域36中建立了类似的电场。电场梯度从两块相邻电极26的导电的第二部件30之间的、用矢量124代表的强电场梯度开始，逐渐减弱到电极26的边缘126上的最小电场梯度。该电场梯度示意地用矢量38代表。

在某些应用中可能希望保证，在电极26不导电部件的边缘处，电位减低到零。这可以通过把不导电部件的端部接地来实现，该接地处是离开同导电的第二部件30接触处最远的部位。最理想的是，在电极26的不导电部分上具有的电位沿着乳化液22流动的方向降低至接近于零。

类似的电场还建立在导电的第二部件30的边缘128和电极26的边缘130之间，以及导电的第二部件30的边缘132和电极26的边缘134之间。边缘128上的梯度和电极26的边缘130、134上接近为零的梯度之间电场的减弱，由于典型情况下该处实际距离很短而表现很强烈。

从电极26的边缘130和134除去导电材料88的狭条，以此形成电极26导电的第二部件30，从而保证了在两相邻复合电极26间建立了电场时将不会在各电极26的端部周围燃起电弧。

这样，以相对不导电的油井生产物12包围所述许多块复合电极26，就只需要很小的能量来维持各电极26上的电荷了。不导电的第一部件28有足够的迁移电荷的能力，能够在正常运行条件下供给和维持必须的电荷，以建立上述各种电场梯度。由于电荷张弛时间常数，如果各相邻电 极之间的一些局部条件导致短路或燃弧，例如可以是由高含水量的乳化液或过多的稀释水所引起，那末电荷将从电极四周的表面区域以比它能够复原的更快的速度逸散。表面电荷的减少只出现在电弧区域，因此，采取熄灭电弧、限制电弧消耗的功率的措施，能够做到只在短暂期间、只在最接近电弧的区域停止混和、分散和聚结工序;而电极26剩余部分的电压不会因为电荷张弛时间常数而受影响。

于是，在相邻各电极26之间乳化液的介电强度足够的地方，电极26迁移电荷的特性使得电场总是存在，而混合、分散和聚结过程也连绵不断。因此，各复合极板26有一种固有的电流调节特性，它减少燃弧倾向，而且使本来会发展成电弧的持续飞弧得到抑制。由于这个原因，按本发明设计的脱水器10可用于使含水量比使用导电极板的脱水器更高的油井生产物脱水，不管所含的水是一开始就从油井生产物中带来的还是作为稀释水添加进去的。此外，所述脱水器可以用较小的电极间隔距离以42，000伏至50，000伏范围的高压运行，与之对比，先有技术的典型情况是，间隔距离5英寸，电极上加23，500伏。不需要电源的外部调制或调整。所以能使用较高的电压是由于所述固有的减少燃弧倾向的特性。较高电压和较小间隔距离的结合在导电的第二部件30和相邻的复合电极26之间造成更高的电场梯度，从而使中等大小的微滴48体积减小，使分散和混和过程加强。

如图1，2和4至6所示，相邻各电极26导电的第二部件在最佳实施例中是在第一部件28的同一侧，因而总是有一个绝缘层在相邻各电极26导电的石墨纤维层之间。在最佳实施例中，电极26用具有夹于其中的导电的中央区域（例如石墨纤维）的两层诸如玻璃纤维的绝缘材料构成。

某些树脂会因为乳化液22中的水份而致表面湿润。表面湿润就是水粘附到复合电极26的表面上。表面湿润是不希望的，因为水增加电极表面的导电性，这样不仅改变了电场梯度，而且也改变了电荷张弛时间常 数。电场梯度的改变影响整个的混和、分散和聚结过程。张弛时间常数的改变会在燃弧期间提供更多的电荷，致使更大面积内的电场被破坏，混和、分散和聚结过程中断。所以表面不湿润的绝缘物是我们所希望的。

各复合电极26可以装有肋条70，它具有提供结构强度以及由于相邻各电极之间实际间隔距离较小而形成更大电场梯度的区域的双重作用。各肋条对于分散稀释水微滴会特别有效，因而，在区域40和44中产生的电场范围内，在复合电极26的第二部件30及其上面部分都是有用的。

如在图5和图6中所见，可以用多种方法把电压加于所述许多块复合电极26上。如图5中说明的，把升压变压器142的初级绕组140接到电源144上。在次级绕组146中感生的电压通过次级绕组146的一端接到每一块复合电极26导电的第二部件30上，次级绕组146的另一端接地。次级绕组146是通过两个整流器，例如反并联的二极管148和150接到各复合电极26上的。二极管148接在次级绕组146和一半数量的复合电极26之间，二极管150则接在次级绕组146和其余一半数量的复合电极26之间。这样，复合电极26每隔一块地接到同一个二极管上。以此方式，每对相邻的复合电极26连接到不同的整流器上，因而该对复合电极按相反极性带电。水体24对于带两种相反极性电荷的各复合电极26来说是接地的。

另一种方式，如图6中说明的，所述两整流器可以省掉，次级绕组146的一端每隔一块地连接到复合电极26上，而次级绕组146的另一端接地，并且同其余的复合电极26连接。以此方式，每对相邻的复合电极26中的一块复合电极26用交流电压充电，而该对相邻电极中的另一块复合电极则接地。

本发明可用于任何要求高效率混和和分离不溶混的极性和非极性溶液的液体一液体交换系统。这些系统包括用于回收那些可以用弱酸溶解其矿石的产品的系统，例如那些用于回收铀和铜的系统。

使得本发明可在湿法冶金的普雷斯特里奇（Prestidge）矿山系统中使用的一个有代表性的系统公开于美国专利第4，120，769号中。该系统中公开了三个流体循环，用以说明把铜从矿石转移到电解沉积工艺的最后一个循环中，用以实现回收。第一个循环在提取设备环路中含有弱酸（极化溶液），用以把铜从矿石中溶解出来。提取设备的这种弱酸因而变成大量含铜的酸溶液。第二个环路在非极性有机载体中含有选择性的离子交换化合物，用以从富集铜的弱酸中取出铜。下一步，将载有铜的该离子交换化合物同一种强酸混和，该酸是足够强的，使得氢离子能够从承载铜的离子交换化合物中置换出铜来，并且再一生具有氢离了的这种化合物。接着就可以用电解沉积工艺从所述强酸中把铜提取出来。