JPH0677647B2 - 向流抽出用の目皿塔 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野： 本発明は互いに溶解しない重さの異なる２相の液‐液向
流抽出のための、２つの目皿板間に混合装置を有する目
皿塔に関する。

従来の技術： 液−液向流抽出には目皿板を軸方向に分布固定した円筒
形ケーシングを有する抽出塔が使用される。軽相は下か
ら供給され、重相は上から供給される。重相は塔の底部
から流出し、軽相は上部空間から流出する。

液‐液向流抽出を実施するための抽出塔は相間の物質移
動を促進し、作業安全性、利用性および経済性を向上す
るため特殊な構造的手段によつて抽出過程のそれぞれの
特殊な要求に適合させなければならない。

抽出塔の円筒形ケーシング内に目皿板を軸方向に分布固
定配置することは公知である。この目皿板によつて１つ
の相がその孔を通過する際液滴が形成されるので、十分
な抽出性能が達成される。滴の形成により相の表面積が
増大する。物質交換が促進される。

目皿塔の効率をさらに改善するため、液体内容物に脈動
を強制することは公知である。脈動目皿塔は同じ効率の
場合、脈動のない目皿塔より低い高さを有する。しかさ
理論的に期待される抽出効率が達成されないことが明ら
かになつた。良好な物質移動は２相の良好な混合に依存
するので、現在まで不十分な効果は液柱の再上昇によつ
て生じうる２相の再混合に帰せられた。この推定は不十
分な効率の十分な説明にはならなかつた（インタナシヨ
ナル ミーテイング フユーエル リプロセシング ア
ンド ウエースト マネジメントの講演、1984年８月26
〜29日ジヤクソン ワイオミング USA.S.5 参照、Int
ernational Meeting Fuel Reprocessing and Waste Man
agement,Jackson Wyoming USA.S.5）。

付加的に目皿塔は糸状に形成された相の流路が垂直に塔
を貫通することが明らかになつた。この現象は塔径増大
とともに顕著になるので、抽出のため大きい塔長が必要
になる。良好な物質交換を達成するため、この発生する
流路の流れを破壊しなければならないことが明らかにな
つた。この認識に対して抽出塔内の物質交換の際の推進
力および速度は吸収相と被抽出相の間の濃度勾配である
ことを考慮に入れる。この濃度勾配はできるだけ高くな
ければならない。これを達成するためつねに相の境界層
を破壊し、まつたくまたはほとんど負荷されていない相
の粒子を他相の滴へ近付けなければならない。これは相
が塔を貫流する際繰返し流れ軌道から偏移し、できるだ
け半径方向に混合することによつて達成される。半径方
向の混合は流路を破壊し、それによつて物質交換を良好
にする結果となる。

目皿板の間に回転可能の混合装置を備え、それによつて
相の横方向混合を達成する塔装置はすでに提案された
（西独特許第1769005号公報参照）。この回転可能の混
合装置の欠点は軸受の保守および複雑な構造にある。目
皿塔を核再処理工業に使用する場合、目皿塔の可動部材
は望ましくない。

混合装置の回転可能または可動部材なしですますもう１
つの目皿塔が公知である（ケミカルエンジニヤリング
プログル、No.13、第50巻（1954）14〜17ページ参照、C
hemical Engineering Progr.）この混合装置は目皿板間
に配置した分配板を有し、この板の平面からアングル板
が約30゜の角度で傾斜して突出する。アングル板は分配
板から折曲げてあるので、アングル板の下に貫通孔が存
在し、この孔はアングル板によつて蔽われている。この
構造によつて各脈動ごとに液体に渦が形成される。この
分配板によつて良好な横方向混合、したがつて相間の一
層良好な物質交換が達成される。分配板の使用により目
皿塔のそれぞれの横断面にわたつて物質濃度の良好な均
一化が達成され、これは同様相間の物質交換に有利に作
用する。しかし横方向混合不均一の完全または十分な防
止はこの分配板では達成されない（インタナシヨナル
ミーテイング フユーエル リプロセツシング アンド
ウエースト マネジメントの講演、1984年８月26〜29
日ジヤクソン ワイオミング、USA.S.8参照）。

渦流効果を発生させるため、分配板の自由面は目皿板の
自由面より小さくなければならない。そこに分配板の本
質的欠点がある。というのはそれによつて目皿塔の通過
自由断面が著しく小さくなるからである。核再処理工業
に使用する目皿板は通常約23％の通過断面を有する（イ
ンタナシヨナル ミーテイング フユーエル リプロセ
シング アンド ウエースト マネジメント、1984年８
月26〜29日の講演、ジヤクソン ワイオミング、USA.S.
5参照）。分配板は約14％の通過断面しか有しない（イ
ンタナシヨナル ミーテイング フユーエル リプロセ
シング アンド ウエースト マネジメント 1984年８
月26〜29日の講演、ジヤクソン ワイオミング、USA.S.
8参照）。目皿板の通過断面積が小さければ、処理量が
不所望に減少する。

もう１つの欠点は分配板を備える目皿塔の作業範囲が狭
くなることにある。

分配板の自由面積が小さいことにより板上に液体滞留を
生じ、それによつて場合により分配板上に沈積が発生す
る。

発明が解決しようとする問題点： 本発明の目的は相の良好な横方向混合ができるだけ高い
処理量のもとに達成されるように前記目皿塔を形成する
ことである。さらに塔は困難な可動部材の使用および保
守なしに形成しなければならない。目皿塔は核再処理工
業での使用にも適しなければならない。

問題点を解決するための手段： この目的は本発明により２つの目皿板の間にスタチツク
混合要素を配置し、この要素が全横断面にわたつて流れ
方向に対し斜めに走る多数の隣接配置した通路を有し、
そのそれぞれ上側の孔および下側の孔が半径方向に互い
にずれていることによつて解決される。

作用： このようなスタチツク混合要素または混合器パツクはた
とえば羽根から形成される。この羽根は交差する開いた
通路を形成するように互いに積層される。流れ方向に対
し斜めに配置した多数の案内面を有するスタチツク混合
要素も公知である。スタチツク混合要素には形成される
流れの糸の半径方向のずれを達成する多数の流路が存在
する。横方向混合過程の進行は厳密に幾何学的である。
可動部材は存在しない。

目皿板は繰返し滴形成に役立ち、スタチツク混合要素は
きわめて短い区間で可動部材なしに均質な横方向混合に
役立つ。流れの糸の半径方向のずれが達成される。流路
の流れが中断される。

スタチツク混合要素の本発明による配置は相をその垂直
流路の方向からそらし、それによつて相の横方向混合が
達成される。スタチツク混合要素は目皿塔の作業範囲を
狭くする原因とならない。スタチツク混合要素の通過面
積は目皿板の通過面積より著しく大きい。

本発明の有利な形成によれば目皿塔上部範囲の互いに上
下に続く４つの目皿板の間隙にそれぞれ１つのスタチツ
ク混合要素が配置される。意外にもこのような配置の場
合非常に良好な物質交換が達成されることが明らかにな
つた。１つのスタチツク混合要素を出た後、相は目皿板
を通して導かれ、再び滴の形成が促進される。この過程
が繰返される。この配置によつて相の合体が避けられ
る。

有利な実施例が特許請求の範囲第３および４項に示され
る。特許請求の範囲第４項の特徴による形成により貫流
する相の横方向混合の連続的変化および滴形成が達成さ
れる。

本発明による混合装置を有する目皿塔をたとえば核再処
理工業におけるウラン‐プルトニウム分離の場合に可能
であるように、同時的電気分解と組合せた抽出に使用す
る場合、特許請求の範囲第５項の特徴による本発明の有
利な形成によれば塔はスタチツク混合要素が電極として
形成される。この場合混合要素はとくに陽極として設定
される。

特許請求の範囲第６項の特徴による有利な形成によれば
中性子吸収が容易になる。目皿塔に達成されるこの中性
子毒作用は本発明による多数のスタチツク混合要素を配
置する場合十分であると考えられる。材料としてはたと
えばハフニウムまたはホウ素が選択される。

本発明の有利な形成が特許請求の範囲第７項に記載され
る。スタチツク混合要素は安定かつ自己支持性であり、
それゆえ目皿板に固定せずに支持することができる。し
たがつて取扱いが容易になり、核工業分野で必要な遠隔
操作を考慮すればこの事実はきわめて重要である。特殊
な固定手段を必要としないので、スタチツク混合要素の
交換の際、別個の解体過程は必要でない。

本発明のさらに有利な形成が特許請求の範囲第８項に記
載される。互いに90゜偏位して配置したスタチツク混合
要素により横方向混合がさらに改善される。

本発明の利点は塔径を縮小しうることにある。本発明の
形成により相の横方向混合が良好になるので、目皿板の
孔を大きく形成し、または目皿板１段当りの孔数を多く
することができる。したがつて処理量が上昇し、同じ物
質交換の場合、塔の直径を小さくすることができる。

塔の小さい直径はこの目皿塔を核工業に使用する際、幾
何学的寸法が小さいため大きい臨界安全性が得られる。
この利点によりプロセス条件に応じてもはや臨界安全の
ための組込物を必要としなくなる。

目皿塔の本発明の形成によつて処理量が上昇する。大き
い通過量によりスタチツク混合要素内の流速が大きくな
るので、その流路内でも１つの相の滴への分割が行われ
る。

滴の形成および相混合の上昇によつて目皿塔の分離能力
が著しく改善されるので、所要の抽出長さが減少する。

本発明を適用する場合、技術水準から公知の分配板と異
なり分解生成物等の沈積可能性がない。さらにスタチツ
ク混合要素は自己支持性であり、目皿板に支持できるの
で、塔内に固定手段を必要としない。

処理する物質系に応じて場合により本発明の配置の使用
によつて目皿塔の脈動を不用とすることができる。本発
明により達成される良好な横方向混合およびそれによつ
て達成される物質交換の改善により滞留時間を短縮し、
したがつて分解生成物が減少するので、これはとくに核
工業の分野で重要である。

本発明により相混合の改善が横断面縮少なしに、抽出塔
内の可動部材なしに達成される。本発明の形成を核再処
理工業に適用する場合、有利に所要の遠隔操作に関し容
易な操作可能性が得られる。

本発明により均一な物質交換が達成される。

実施例： 次に本発明の実施例を図面により説明する。図面には本
発明の理解のため必要でない装置は省略してある。

第１図には技術水準から公知の垂直に立つ目皿塔11の一
部縦断面が示される。この目皿塔11は軸方向に分布配置
した目皿板13を有する。２つの目皿板13間の距離ｘは核
再処理工業では通常50mmである。１つの目皿板13の代り
に技術水準から公知の１つの分配板15が目皿塔11へ固定
的に挿入される。分配板15は約30゜の角度で分配板15か
ら下向きに突出するアングル板17を有する。アングル板
17は分配板15から打抜かれるので、アングル板17の後方
に相当する孔19が発生する。

この目皿塔11の液体内容物に圧力パルスを加えると、液
柱の下向きストロークの間、孔19を液体が通過する際渦
流21が発生する。渦流21は液体にら線運動を与える。液
柱の上昇ストロークの際同様液体内容物にら線運動を与
える渦流23が発生する。

この公知配置によれば目皿塔11を通つて流れる液体は流
れ軌道からｙだけそれる。目皿板13の孔25を通過後、１
つの相の滴は連続的に集合する。

第２図に示す目皿塔31は貫通孔35を有する普通の距離で
軸方向に互いに分布する目皿板33を備える。液柱の脈動
の際目皿板33の孔35により１つの相に滴が形成する。２
つの目皿板33の間に全距離ｘにわたつてスタチツク混合
要素36が配置される。スタチツク混合要素36は軸と平行
でなく交差する開放流路37を有し、この流路はα＝45゜
の角度で種々の方向に走る。スタチツク混合要素36のこ
の簡単に示した断面からはこの経過は認められない。し
かしこの場合流路37の上側の孔39が下側の孔41に対し半
径方向にずれていることだけが重要である。

次の２つの目皿板33の隣接間隙とそれに続く間隙に同様
それぞれ１つのスタチツク混合要素36が存在し、この混
合要素は中心軸を中心に互いに90゜回転している。

液体はスタチツク混合要素36を通過する際垂直軸から半
径方向にずらされる。スタチツク混合要素36を通過した
後、液体は再び目皿板33を通して導かれ、再び１つの相
の滴形成が励起される。

第３図およびそれに対して90゜回転した第４図の拡大図
により第２図に示した３つのスタチツク混合要素の断面
内の流路が示される。この図により目皿塔31内に形成さ
れた流路が有効に中断され、所望の横方向混合が達成さ
れることが明らかである。

第５図には６つのスタチツク混合要素53を塔の上部1/3
に配置した目皿塔51が示される。この混合要素53はそれ
ぞれ２つの目皿板55の間隙に配置され、その高さは２つ
の目皿板55の距離ｘに相当する。

供給管57を介して重相が目皿塔51の上部へ導入される。
下側供給管59を介して軽相が目皿塔51へ供給される。軽
相は上部流出管661から、重相は下部流出管63から取出
される。上側の３つのスタチツク混合要素53は第２図に
準じて配置される。下へそれぞれの目皿板55の間の３つ
の自由空間65が続き、これに続いて次の間隙の３つのス
タチツク混合要素53の第１要素が配置される。続く２つ
の間隙は他の２つのスタチツク混合要素を備え、互いに
反対向きに配置される。

第６図には公知分配板を備える目皿塔の作業範囲の周期
1Hzの脈動振幅に関する曲線経過（曲線Ａ）（専門用語
ではフラツド曲線（Flutung Kurve）と称される）が示
される。曲線Ｂはこれに対し本発明の混合装置を有する
スタチツク混合要素を使用した目皿塔の作業範囲を示
す。本発明の混合装置を有する目皿塔が著しく大きい作
業範囲を有し、脈動強さを大きいバンド幅に選択しうる
ことが明らかである（標準作業‐直線Ｃ参照）。

【図面の簡単な説明】

第１図は２つの目皿板の間に分配板を有する技術水準の
目皿塔の縦断面図、第２図は目皿板の間に３つのスタチ
ツク混合要素を有する目皿塔の縦断面図、第３図は第２
図に示すスタチツク混合要素の流れ経過を示す原理図、
第４図は第３図に対し直角方向の断面で示す第３図と同
じ原理図、第５図は６つのスタチツク混合要素を有する
目皿塔の縦断面図、第６図は公知分配板および本発明に
よるスタチツク混合要素を備える目皿塔の作業範囲を示
す図である。 31,51……目皿塔、33,55……目皿板、36,53……スタチ
ツク混合要素、39,41……孔

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに溶解しない重さの異なる２相の液‐
   液向流抽出のための、２つの目皿板間に混合装置を有す
   る目皿塔において、２つの目皿板（33）間にスタチツク
   混合要素（36,53）が配置され、この要素が全横断面に
   わたつて流れ方向に対し斜めに走る多数の隣接配置した
   流路（37）を有し、そのそれぞれ上側の孔（39）と下側
   の孔（41）が半径方向に互いにずれていることを特徴と
   する向流抽出用の目皿塔。
2. 【請求項２】目皿塔（31）の上部範囲の互いに上下に続
   く４つの目皿板（33）間の間隙にそれぞれ１つの混合要
   素（36）が配置されている特許請求の範囲第１項記載の
   目皿塔。
3. 【請求項３】スタチツク混合要素（53）が被抽出相の供
   給方向に見て目皿塔（51）の最初の1/3に配置されてい
   る特許請求の範囲第１項記載の目皿塔。
4. 【請求項４】目皿塔（31,51）全体がそれぞれ２つの目
   皿板（33,55）のすべての間隙にスタチツク混合要素（3
   6,53）を備えている特許請求の範囲第１項記載の目皿
   塔。
5. 【請求項５】スタチツク混合要素（36,53）が電極とし
   て形成されている特許請求の範囲第１項記載の目皿塔。
6. 【請求項６】スタチツク混合要素（36,53）が中性子吸
   収材料から形成されている特許請求の範囲第１項から第
   ５項までのいずれか１項に記載の目皿塔。
7. 【請求項７】スタチツク混合要素（36,53）が自体安定
   に、自己支持性に、かつ固定手段なしに目皿板（33,5
   5）上にのせられている特許請求の範囲第１項から第６
   項までのいずれか１項に記載の目皿塔。
8. 【請求項８】互いに上下に続くスタチツク混合要素（3
   6,53）が互いに90゜ずれて配置されている特許請求の範
   囲第２項から第４項までのいずれか１項に記載の目皿
   塔。