JPH0775643B2 - 内部循環型遠心抽出器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、有機相と水相とを接
触させ遠心力を利用して液−液抽出を行う遠心抽出器に
関し、さらに詳しくは、両相の流量比が大きい場合でも
良好な抽出効率を得ることができる改良された遠心抽出
器に関するものである。

【０００２】この発明の遠心抽出器は、使用済核燃料の
再処理工程や核種分離回収プロセスにおいて、特に流量
比が大きな系、例えば溶媒洗浄やドデカン洗浄などに好
ましく利用できるものであるが、この分野に限らず、有
機相と水相とを接触させる液−液抽出に広く利用するこ
とができる。

【０００３】

【従来の技術】遠心抽出器は、有機相と水相の混合液を
遠心力により強制的に分離するものであり、その代表的
な構造を第９図に示す。図示の遠心抽出器は基本的に
は、円筒状ケーシング１とこのケーシング内で回転軸２
により高速回転する円筒状ロータ３とからなっている。
有機相Ｏと水相Ａはそれぞれ有機相入口４と水相入口５
からケーシング１底部の混合部６に供給され、回転して
いるロータ３とケーシング１の間で混合される。混合液
はロータ下部の給入口７からロータ内部の相分離部８に
取り入れられ、遠心力により比重の大きい水相Ａは外側
へ、比重の小さい有機相Ｏは内側へ相分離されながらロ
ータ１内周面を上昇していく。かくして、界面Ｋより外
側の比重の大きい水相Ａは水相抜出し用せき９をオーバ
ーフローして水相抜出し口１０および水相出口１１から
ケーシング外部へ排出され、界面Ｋより内側の比重の小
さい有機相Ａは有機相抜出し用せき１２からオーバーフ
ローして有機相抜出し口１３および有機相出口１４から
ケーシング１外部へ排出される。排出された有機相およ
び水相は、要すれば次段の遠心抽出器へ送られて多段抽
出処理がなされる。

【０００４】第１０図は、上述したごとき構造の従来型
遠心抽出器を多段に配置して有機相と水相を向流接触さ
せる多段向流フローを示している。各遠心抽出器は混合
部Ｍと相分離部Ｓとから構成されていて、これらの抽出
器がｉ−１段、ｉ段、ｉ＋１段、ｉ＋２段のように多段
に配置されている。有機相はｉ−１段目の抽出器へ導入
されｉ＋２段目の抽出器から最終的に排出され、一方、
水相はｉ＋２段目の抽出器へ導入されてｉ−１段目の抽
出器から排出される。各段の抽出器の混合部Ｍおよび相
分離部Ｓにおける流量比は、外部から供給される有機相
の流量Ｆ_o および水相の流量Ｆ_a によって一義的に決定
され、Ｆ_a ／Ｆ_o で表わされる。従ってＦ_a に対してＦ
_o が非常に小さい例えばドデカン洗浄工程の場合、Ｆ_a
（水相流量）／Ｆ_o （ドデカン流量）が100 程度となっ
てしまうため、抽出器の混合部Ｍ（第９図の混合部６）
内での両相間の十分な接触混合がなされず、抽出効率に
限界を生じることになる。

【０００５】また流量比が大きくなると（すなわち有機
相に対して水相流量が大きくなると）、ロータ３内の界
面Ｋ（第９図）はロータ中心側へ移動し、排出される有
機相への水相の混入（エントレインメント）が増大す
る。一方、逆の場合には、界面Ｋがロータ内周面側へ移
動し、排出される水相への有機相の混入が増大する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】流量比の変動によるロ
ータ内での界面Ｋの不安定化を防止するために、せきの
高さを調整できるような構造も提案されている（特公昭
63- 55985 号）。また、固定せきの場合には、より厳し
い条件側すなわち抽出器サイズを大きくして余裕をもた
せる側の設計としたり、あるいはせき室を設けて回転軸
を通して外部から圧縮空気をせき室に送り込み、圧力調
整をすることによって界面Ｋを最適な位置にコントロー
ルする構造も提案されている。

【０００７】しかし圧縮空気を送り込む構造の場合に
は、回転している回転軸と圧縮空気供給部分とのシール
や圧縮空気を各段へ送るための配管などを必要とするた
め、構造が複雑になるだけでなく装置のコンパクト化に
も悪影響を与えることになる。さらにせきの高さを調整
できる構造とした場合には、せきの構造が複雑になる。

【０００８】そこでこの発明は、従来の遠心抽出器にお
いて特に水相／有機相の流量比が大きくなっても、抽出
効率の低下をきたすことがなく、両相の界面の位置も安
定に保つことができ、しかも複雑な構造を必要とするこ
とのない、新規かつ改良された遠心抽出器を提供するこ
とを目的としてなされたものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】すなわちこの発明は、円
筒状ケーシングの下部に有機相入口と水相入口を、上部
に有機相出口と水相出口をそれぞれ設け、前記ケーシン
グ内に高速回転する円筒状ロータをケーシング内壁から
間隙をもたせて配設し、ケーシング底部とロータ底部と
の間の間隙からなる混合部において混合された有機相−
水相混合液の給入口をロータ底部に設け、前記ケーシン
グ上部の有機相出口と水相出口に対応する位置のロータ
上部にそれぞれ有機相抜出し口と水相抜出し口を設け、
前記ロータ内で遠心力によって相分離された有機相およ
び水相をそれぞれ前記有機相抜出し口および水相抜出し
口へ導く有機相抜出し用せきおよび水相抜出し用せきを
前記ロータ内に設けてなる従来の遠心抽出器において、
前記ロータの有機相抜出し口と前記ケーシングの有機相
出口との間に、有機相抜出し口から抜出された有機相の
一部をケーシング底部の混合部に循環させるためのリフ
ラックス板を配設したことを特徴とするものである。

【００１０】上記のごときリフラックス板の配設位置
は、有機相をケーシング底部の混合部へ循環させること
になるが、前記ロータの水相抜出し口と前記ケーシング
の水相出口との間にリフラックス板を配設することによ
り、水相抜出し口から抜出された水相の一部をケーシン
グ底部の混合部に循環させることもできる。

【００１１】

【作用】ケーシングの有機相入口および水相入口からそ
れぞれ供給された有機相と水相は、ケーシング底部の混
合部で混合された後、有機相−水相混合液給入口からロ
ータ内部へ取り入れられ、ロータ内部で遠心力により有
機相と水相に相分離され、有機相は有機相抜出しせきか
らロータの有機相抜出し口を経てケーシングの有機相出
口から外部へ排出され、水相は水相抜出しせきからロー
タの水相抜出し口を経てケーシングの水相出口から外部
へ排出される。以上の動作は従来の遠心抽出器と同じで
ある。

【００１２】この発明では、ロータの有機相抜出し口か
ら抜出された有機相または水相抜出し口から抜出された
水相の一部を、リフラックス板によってケーシング底部
の混合部へ戻すようにしたから、有機相に対して水相流
量が大きい場合（流量比が大きい場合）には、有機相の
一部をケーシング底部の混合部へ戻すことにより、混合
部で水相と混合される有機相の量を増加させることがで
き、流量比（水相／有機相）を小さくして１に近付ける
ことができる。

【００１３】その結果、ケーシングの有機相入口から導
入する有機相流量に対して水相入口から導入する水相流
量が大きい場合（流量比が大きい場合）でも、混合部で
の有機相と水相との接触抽出が十分になされ、抽出効率
も向上できる。また、ロータ内部の相分離部では有機相
−水相界面を適切に保持することができるため、せきに
より抜出された有機相への水相の混入を防止することが
できる。

【００１４】一方、水相に対して有機相流量が大きい場
合にも、水相の一部をケーシング底部の混合部へ戻すこ
とにより、混合部での水相の量を増加させることがで
き、上記と同様の効果を得ることができる。

【００１５】

【実施例】第１図はこの発明の内部循環型遠心抽出器の
１つの実施例を示すものであり、第９図に示した従来の
遠心抽出器と同じ部材は同じ参照番号を付すことにより
説明を省略する。

【００１６】第９図の従来型と異なる点は、ロータ３上
部にリフラックスカバー２０を取り付けてこのカバーに
よってロータ３外周を間隙をもたせて包囲し、ロータの
有機相抜出し口１３に対応するカバーの位置にオリフィ
ス２１を設けた点である。

【００１７】第２図は、リフラックスカバー２０の形状
をより一層わかりやすく説明するものであって、ロータ
３の水相抜出し口１０から抜出された水相はそのままケ
ーシング１の水相出口１１から排出されるように、水相
抜出し口１０が開口するロータ部分はリフラックスカバ
ー２０が切欠されている。

【００１８】かようなリフラックスカバー２０を取り付
けたことによって、第１図に示したように、ロータの有
機相抜出し口１３から抜出された有機相は、オリフィス
２１を通過してケーシングの有機相出口１４から排出さ
れるものと、オリフィス２１を通過せずにロータ３とリ
フラックスカバー２０との間の間隙を通ってケーシング
底部の混合部６へ戻されるものとに分割される。

【００１９】混合部６に戻される流量はオリフィス２１
の径によって選定でき、流量比（水相流量／有機相流
量）が大きい場合には、オリフィス径を小さくすること
により、より大きなリフラックス流量を得ることがで
き、これによって混合部６の有機相流量は、ケーシング
１の有機相入口４からの流量と、リフラックス流量との
和となり流量比をより小さくすることができる。

【００２０】第３図および第４図は、リフラックス手段
としてリフラックスカバーを用いた別な実施例を示して
いる。この実施例におけるリフラックスカバー２０は水
相をリフラックスさせる機能を有し、水相抜出し用せき
９を越えた液はロータの水相抜出し口１０ａと１０ｂか
ら抜出される。水相抜出し口１０ａからでる液はリフラ
ックスカバー２０に遮られて、カバー２０内面とロータ
３外面との間を流下してケーシング底部の混合部へリフ
ラックスされる。一方、水相抜出し口１０ｂを通る液は
カバー２０に遮られることなくケーシング外部へ排出さ
れる。なおリフラックスされる水相流量は、抜出し口１
０ａ，１０ｂヘ通じるパイプ径により調整できる。

【００２１】第５図は、有機相をリフラックスさせるよ
うに第３図のリフラックスカバーの形状を若干変形した
実施例を示しており、有機相抜出し口１３から抜出され
た有機相の一部はリフラックスカバー２０に遮られて、
ケーシング底部の混合部へリフラックスされるようにな
っている。

【００２２】第６図は、上述したごとき構造のこの発明
の内部循環型遠心抽出器を多段に配置して有機相と水相
を向流接触させる多段向流フローを示している。各遠心
抽出器は混合部Ｍと相分離部Ｓとから構成されていて、
これらがｉ−１段、ｉ段、ｉ＋１段、のように多段に配
置されている。なお第６図では、有機相と水相の両相の
リフラックスフローを示しているが、実際の使用に際し
てはどちらか一方の相（流量の少ない相）をリフラック
スさせることによってこの発明の目的は達成できる。

【００２３】ｉ−１段目の相分離部Ｓから抜出される有
機相のうちＦ_orに相当する流量をリフラックスさせて再
び同じ段の混合部Ｍに供給する。この混合部Ｍからは供
給流量Ｆ_o とリフラックス流量Ｆ_orの合計量Ｆ_o ＋Ｆ_or
として有機相が相分離部Ｓに供給される。これによって
ｉ−１段目の混合部Ｍおよび相分離部Ｓにおける流量比
（水相流量／有機相流量）はＦ_a ／ (Ｆ_o ＋Ｆ_or) とな
る。

【００２４】これに対して内部循環型でない従来の遠心
抽出器ではＦ_orに相当するリフラックスがないため、前
述したように流量比は外部から供給される流量により決
定されるＦ_a ／Ｆ_o となる。従ってＦ_a に対してＦ_o が
非常に小さいドデカン洗浄工程の場合、Ｆ_a ／Ｆ_o は10
0 程度となり、十分な混合特性が得られない。

【００２５】しかしながら有機相をリフラックスさせて
流量比をＦ_a ／ (Ｆ_o ＋Ｆ_or) とすることにより、図１
に示した実施例ではＦ_o に対して２〜60倍のリフラック
ス流量Ｆ_orを得ることができ、混合部Ｍと相分離部Ｓで
の流量比を1.6 程度に改善することができる。

【００２６】この発明において使用するリフラックス板
としては、第１図〜第５図に示したリフラックスカバー
の他にも、種々の手段が使用できる。例えば第７図およ
び第８図に示したように、ケーシング１周面から外方に
突設させた有機相または水相の受け槽（コレクター）１
５の入口の一部を塞ぐようにリフラックス板２０ａを取
り付け、ロータ３から抜出された有機相または水相が受
け槽１５に入るのを阻止してケーシング底部の混合部６
へリフラックスさせる。受け槽１５の一部は開口されて
いて有機相出口または水相出口となる。混合部６へリフ
ラックスさせる液量は、リフラックス板に開けた開口部
２２の割合で調整することができる。第７図および第８
図に示したようなリフラックス板２０ａの配置とした場
合には、ロータ３は従来と同じ構造のものを使用できる
利点がある。

【００２７】

【発明の効果】有機相供給流量の２〜60倍の有機相リフ
ラックス流量を得ることができる第１図に示したような
リフラックスカバーを備えた内部循環型遠心抽出器を用
いて、抽出効率の向上および界面の安定化についての試
験例を以下に示す。

【００２８】試験例１：抽出効率の向上試験 純水にリン酸トリブチル（ＴＢＰ）を400 mg/lの濃度で
溶解した後、ドデカンによる水相中のＴＢＰの抽出試験
を行った。抽出条件は水相供給流量５０ l/h、ドデカン
供給流量0.5 l/h とした。内部循環のない従来型遠心抽
出器におけるＴＢＰ抽出率は７３％であったのに対し、
有機相をリフラックスする内部循環型遠心抽出器を用い
て流量比を100 から7.1 に改善することにより、ＴＢＰ
の抽出率を８６％に向上させることができた。

【００２９】試験例２：界面の安定化試験 水相（3N HNO₃ ）供給流量130 l/h 、有機相（30% TBP/
ドデカン）供給流量２l/hの条件で、内部循環のない従
来型遠心抽出器においては有機相−水相界面はロータ中
心側へ移動し、有機相への水相のエントレインメントが
発生し運転不能となった。一方、同じ条件で内部循環型
遠心抽出器を用いて有機相リフラックス流量を 120 l/
h としたところ、エントレインメントは測定限界以下と
なり、界面の安定化が実証された。

【００３０】上述した試験例からもわかるように、遠心
抽出器に供給する有機相流量に対して供給する水相流量
が大きい場合（流量比が大きい場合）でも、抽出器混合
部での有機相と水相との接触抽出が十分になされ、抽出
効率も向上できる。また、ロータ内部の相分離部では有
機相−水相界面を適切な位置に保持することができるた
め、せきにより抜出される有機相への水相のエントレイ
ンメントを確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の内部循環型遠心抽出器の実施例を示
す断面図である。

【図２】図１のリフラックスカバーをより詳しく説明す
る部分断面図である。

【図３】水相をリフラックスするリフラックスカバーを
用いた実施例の断面図である。

【図４】図３のＹ−Ｙ′に沿う水平断面図である。

【図５】有機相をリフラックスするリフラックスカバー
を用いた実施例の断面図である。

【図６】この発明の内部循環型遠心抽出器を用いた多段
向流フローを示す説明図である。

【図７】リフラックス板の別な実施例を示す断面図であ
る。

【図８】図７のＸ−Ｘ′に沿う水平断面図である。

【図９】従来の遠心抽出器の１例を示す断面図である。

【図１０】従来の遠心抽出器を用いた多段向流フローを
示す説明図である。１…ケーシング、 ３…ロータ、
４…有機相入口、 ５…水相入口、６…混合部、７…給
入口、 ９…水相抜出しせき、 １０…水相抜出し口、
１１…水相出口、 １２…有機相抜出しせき、 １３
…有機相抜出し口、１４…有機相出口、 ２０…リフラ
ックスカバー、２０ａ…リフラックス板、 ２１…オリ
フィス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河田 東海夫 茨城県那珂郡東海村大字村松４番地33 動 力炉・核燃料開発事業団 東海事業所内 (56)参考文献 特開 昭63−1466（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒状ケーシングの下部に有機相入口と水
   相入口を、上部に有機相出口と水相出口をそれぞれ設
   け、前記ケーシング内に高速回転する円筒状ロータをケ
   ーシング内壁から間隙をもたせて配設し、ケーシング底
   部とロータ底部との間の間隙からなる混合部において混
   合された有機相−水相混合液の給入口をロータ底部に設
   け、前記ケーシング上部の有機相出口と水相出口に対応
   する位置のロータ上部にそれぞれ有機相抜出し口と水相
   抜出し口を設け、前記ロータ内で遠心力によって相分離
   された有機相および水相をそれぞれ前記有機相抜出し口
   および水相抜出し口へ導く有機相抜出し用せきおよび水
   相抜出し用せきを前記ロータ内に設けてなる遠心抽出器
   において、前記ロータの有機相抜出し口と前記ケーシン
   グの有機相出口との間または前記ロータの水相抜出し口
   と前記ケーシングの水相出口との間に、有機相抜出し口
   から抜出された有機相の一部または水相抜出し口から抜
   出された水相の一部をケーシング底部の混合部に循環さ
   せるためのリフラックス板を配設したことを特徴とする
   内部循環型遠心抽出器。
2. 【請求項２】前記リフラックス板は、ロータ上部に取り
   付けられてその外周を包囲するリフラックスカバーから
   なり、このリフラックスカバーにはオリフィスが設けら
   れている請求項１記載の内部循環型遠心抽出器。
3. 【請求項３】前記リフラックス板は、ケーシング周面か
   ら外方に突設させた有機相または水相の受け槽の入口の
   一部を塞ぐように取り付けられている請求項１記載の内
   部循環型遠心抽出器。