JPS631469A - 遠心速抽出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 く産業上の利用分野〉 この発明は、遠心力を利用して迅速に液一液抽出を行な
うことができる遠心速抽出器に関するものである。

この遠心速抽出器は、使用済核燃料の再処理工程で使用
済核燃料に含まれるウランおよびプルトニウムを核分裂
生成物から溶媒抽出法（例えばピューレックス法）で分
離するために特に好ましく利用できるものであるが、こ
の分野に限らず、重液と軽液を用いる液一液抽出に広く
利用しうる。

く従来の技術〉 ピューレックス法による使用済核燃料の再処理において
は、ウラン，プルトニウムおよび核分裂生成物を含む硝
酸溶液（＠液）を、ウランとプルトニウムの抽出剤であ
るリン酸トリブチルの炭化水素溶液〔以下ＴＢＰと略記
する〕（軽液）と向流接触させて硝酸溶液からウランと
プルｉ〜ニウムをＴＢＰへ抽出させ、次いでこのＴＢＰ
中にわずかに抽出される核分裂生成物を除去するために
新たな硝酸溶液と向流接触させて洗浄し、ざらに洗浄後
のＴＢＰを希硝酸溶液と向流接触させてＴＢＰ中のウラ
ンとプルトニウムを希硝酸溶液側に逆抽出させる。

かような抽出，洗浄および逆抽出処理には、従来からミ
キサ・セトラやパルス力ラムといった抽出器が一般に使
用ざれている。しかしながらミキサ・セトラの場合には
抽出器内での両液の分離に比重差による自然重力を利用
するため十分な滞留時間をとる必要があり、そのため抽
出剤ＴＢＰの放射線による損傷を受け易い。一方、パル
ス力ラムの場合には、カラム内に取付けられている目皿
の濡れ性から分散状態が悪化することが知られてあり、
高い除染係数や安定な操作条件を維持するために解決し
なければならない技術的課題を有している。また処理能
力を増加させるために、ミキサ・セトラでは床面積を広
くする必要があり、パルス力ラムはカラムの直径や高さ
を大きくする必要があるため、抽出器サイズを大型化し
なくてはならない。

そこで近年、上述したごとき従来の抽出器のもつ欠点を
解消するものとして、遠心速抽出器が開発された。この
遠心速抽出器は、重液と軽液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４図
に示す。

図示の遠心速抽出器は基本的には、ケーシング１とこの
ケーシング内で回転軸３により高速回転する円筒状口ー
タ２とからなっている。重液（例えば硝酸溶液）と軽液
（例えば抽出剤ＴＢＰ）はそれぞれの供給管４，５から
ケーシング１下部のミキシング室６に供給され、回転軸
下端に設けられてロータ２と共に回転するインペラ７に
よりミキシング室６内で両液が十分に混合されたのち、
ロータ下端板８の中央開口９からロータ２内に導入され
る。この混合液はロータ下端板８とバッフル板１０との
間でさらに攪拌されたのち、ロータ内周面２ａで遠心力
により比重の大きい重液は外側へ、比重の小さい軽液は
内側へ分離ざれながらロータ内周面を上昇していく。ロ
ータ２内上部には、重液と軽液とを各々分離して重液出
口１３および軽液出口１４から後出すための分離抜出し
用せき１１，１２が設けられている。重液分離抜出し用
せき１１は、外側重液相と内側軽液相との界面Ｋより外
側すなわら重液相側で開口する重液抜出口１１ａを有し
、この抜出口１１ａを通過した重液はざらに複数のせき
板１ｌｂ，　ｌｌｃ，　ｌｉｄをオーバーフローして重
液出口１３へ導かれ、重液捕集室１５を経て重液排出口
１６から排出される（実線矢印）。一方、軽液分離抜出
し用せき１２は、重液相と軽液相との界面Ｋより内側す
なわち軽液相側で開口する軽液抜出口１２ａを有し、こ
の仮出口１２ａをオーバーフローした軽液は軽液出口１
４へ導かれ、軽液捕集室１７を経て軽液排出口１８から
排出される（点線矢印）。

遠心速抽出器は前述のごとく遠心力により強制的に重液
と軽液を分離するため次のような利点を有している。

（１）高速回転数でミキシングするため抽出効率が高い
。

（２）接触時間が極めて短いため抽出剤の放射線による
損傷が少ない。

（３）抽出器内に滞留する液が少ないため核物質、放射
性物質のホールドアップ量が少ない。

（４）パルス力ラムやミキサ・セトラと同じ処理能力を
確保するための抽出器サイズが極めて小型である。

（５）運転平衡到達時間が短く、工程の立上げ、停止時
に必要とする時間、発生廃液が極めて少ない。

〈発明が解決しようとする問題点〉 上記のような遠心速抽出器においては、ロータ２円筒内
に導入された混合液がロータの回転とともに高速回転し
ないと混合液に十分な遠心力が作用しないことになる。

そのため図示した従来の遠心速抽出器では第５図に示し
たように、回転軸３から放射方向にロータ内周面２ａに
達する複数の仕切板１９をロータ内縦方向に配設してロ
ータ円筒内部を複数の室に仕切り、ロータ回転時に液と
ロータ内周面２ａとの間でスリップが起らないようにし
ていたく第４図では仕切板１９は図示を省略してある。

）。

しかしながら、複数の仕切板１９を回転軸３とロータ内
周面２ａとの間で溶接等で強固に固定しなければならな
いから、ロータ内の分解，点検が容易に行なえず、また
ロータ２は高速回転するため仕切板１９をバランスよく
取付ける必要があり、一般の加工技術では製作，組立が
かなり困難となる。

ざらに、ロータ２内に導入する重液−重液混合液中に重
液より比重の大きい固体粒子が含まれていると、ロータ
内での遠心力によってこれらの固体粒子はロータ内周面
２ａに堆積することになる。かような堆積固体粒子は除
去困難となり、延いてはロータ全体を交換せざるを得な
くなる恐れがある。

また、ケーシング１下部のミキシング至６内で混合され
た重液−重液混合液は、インバラ７の圧力によってロー
タ下端板８の中央間口９からロータ２内に導入ざれる際
に、バツフル板１０の作用によって混合液がロータ内上
方に直接送入されないようになっている。しかしながら
、インパラ７の圧力が強い場合には混合液が未分離のま
まロータ内上方まで直接送入されてしまい、遠心力によ
る重液と軽液の効果的な分離ができなくなる危険もある
。

そこでこの発明は、上述したごとき従来の遠心速抽出器
のもつ問題点を解消し、ロータ回転時にロータ内周面と
液とのスリップ防止用仕切板を設ける必要がなく、従っ
て構造が簡単で製作，組立が容易であるとともに、ロー
タ内に導入する混合液中に固体粒子が含まれていても口
−タ内周面での固体粒子の堆積が起り難い構造で、しか
も重液−重液混合液がロータ内上方部へ直接送入ざれる
ことのない構造を備えた遠心速抽出を提供することを目
的としてなされたものである。

〈問題点を解決するための手段〉 上記問題点を解決するための手段を、実施例に対応する
第１図〜第３図を用いて説明する。

この発明は、高速回転する円筒状ロータ２の底部に重液
−重液混合液人口９を、上部に重液出口１３と軽液出口
１４をそれぞれ設けるとともに、このロータ内で遠心力
によって分離された外側重液相Ｈ．Ｂよび内側軽液相Ｌ
をそれぞれ前記重液出口および軽液出口へ導く重液分離
抜出し用せき１１および軽液分離抜出し用せき１２をロ
ータ内の上部に設けてなる点で、従来の遠心速抽出器と
同様な構成をもっている。

この発明の特徴は、円筒状ロータ２内部の構造にある。

すなわち、第５図に図示した従来装置におけるようにロ
ータ内周面２ａと液とのスリップ防止用仕切板１９をロ
ータ内縦方向に設けることなく、ロータ底部の混合液人
口９からロータ上部の分離汰出し用せき１１．１２に至
る螺旋状液通路４０をロータ２内に形成してある。

く作　用〉 混合液人口９から高速回転するロータ２内へ導入された
重液−重液混合液は螺旋状液通路４０内に導かれ、この
液通路内を回転しながらロータ内周面２ａに沿って上昇
していく。かような回転上昇過程で混合液は遠心力によ
り重液は外側に、軽液は内側に次第に分離ざれていき、
ロータ上部へ達する。分離された重液相Ｈは、第４図に
示した従来装置と同様に、ロータ上部に配した重液分離
抜出し用せき１１の重液抜出口１１ａを介して重液出口
１３へ導かれ、一方軽液相しは軽液分！！抜出し用せき
１２の軽液抜出口１２ａを介して軽液出口１４へ導かれ
る。

上述したようにロータ内に導入された混合液は螺旋状液
通路４０を回転しながら上昇するが、このときの液の回
転移動速度よりロータ回転速度を高くすることにより、
液とロータ内周面２ａとの間で常にスリップを生じさせ
るようにしている。かくして、液中に固体粒子が混入し
ていても、ロータ内周面２ａに堆積しにくくすることが
できる。

また、ロータ２内には下部から上部へ通ずる垂直な液通
路が形成されていないため、ロータ底部の混合液人口９
からインバラ７の圧力によって導入された混合液が直接
ロータ上部へ送入ざれる危険のない構造となっている。

〈実施例〉 以下に第１図〜第３図に図示した実施例を参照してこの
発明をさらに説明する。なおこれらの図中、第４図の従
来装置における部材と同じ部材については同じ参照番号
を付しておる。

第１図はこの発明による遠心速抽出器の全体を説明する
ものであり、基本的にはケーシング１とこのケーシング
内に同軸的に設けられた回転自在の円筒状ロータ２とか
らなっている。ロータ２の中心には駆動装＠（図示せず
）により高速回転する回転軸３０が配設され、回転軸３
０とともにロータ２が回転するようになっている。回転
軸３０はロータ下端板８の中央開口９を貫通してケーシ
ング１下部のミキシング室６に伸び、この回転軸３０の
下端にはインパラ７が取付けられている。ロータ内上部
には重液分離抜出し用せき１１と軽液分離抜出し用せき
１２とが設けられている。重液用ぜき１１は重液相Ｈ側
で開口する重液抜出口１１ａを有し、複数のせきｌ１ｂ
　，　ｌｌｃ　，　ｌｉｄを介して重液出口１３に連通
している。一方、軽液用せき１２は軽液相し側で開口す
る軽液復出口１２ａを有し、軽液出口１４に連通してい
る。ケーシング１底部は重液供給管４あよび軽液供給管
５に接続され、ケーシング１上部には重液排出口１６お
よび軽液排出口１８が設けられ、それぞれ環状の重液捕
集至１５および軽液捕集室１７を介してロータの重液出
口１３および軽液出口１４と連通している。

以上の構成は第４図に示した従来装置と実質的に同じで
おるが、この発明においては、ロータ２内部に螺旋状液
通路を形成してある点で従来装置と相違する。

すなわちこの発明のロータ主要部は、第２図に示したご
ときロータ円筒壁２０と第３図に示したごとき螺旋突起
３１を有する回転軸３０とから構成されている。第２図
のロータ円筒壁２０はその内周面に螺旋溝２１が刻設さ
れ、一方第３図の回転軸３０には円筒壁内周面の螺旋溝
２１と同ピッチおよび同方向に螺旋突起３１が形成され
ている。これらの螺旋溝２１と螺旋突起３１を用いて回
転軸３０を円筒壁２０内にねじ込むことにより両者は一
体構造とざれ、第１図のロータ２主要部が組立てられる
。かくしてロータ２内部には、ロータ内周面２ａを１つ
の側壁とする断面矩形の螺旋状液通路４０が形成ざれる
ことになる。かような形状のロータ円筒壁２０および回
転軸３０は、一般的ねじ加工技術を利用して容易に製作
することができる。

次にかような構成の遠心速抽出器の動作を説明する。重
液（例えば硝酸溶液）と軽液例えば抽出剤ＴＢＰ＞はそ
れぞれの供給管４，５からケーシング１内のミキシング
室６へ供給され、ここでインパラ７により十分混合され
たのち口−タ下端板８の中央開口９からロータ２内に導
入ざれる。ロータ内に導入された混合液は直ちに螺旋状
液通路４０へ導かれ、この液通路内を回転しながらロー
タ内周面２ａに沿って上昇していく過程で外側重液相Ｈ
、内側軽液相しに分離ざれる。かくして分離された重液
相Ｈは重液用せき１１の重液抜出口１１ａから分離ざれ
、複数のせき板ｉｉｂ　，　１ｉｃ　，　ｉｉｄをオー
バーフローして重液出口１３を経てケーシングの重液捕
集室１５へ流入し、重液排出口１６から後出ざれる。軽
液相Ｌは軽液用ぜき１２の軽液抜出口１２ａから分離さ
れ、軽液出口１４を経てケーシングの軽液捕集室１７へ
流入し軽液排出口１８から汲出される。

図示した遠心速抽出器の構造はこの発明の実施例を説明
するものであって、この発明はこの実施例のみに限定ざ
れない。例えばケーシング１の形状やケーシング内ある
いはロータ２内への重液，軽液の供給様式、ざらには重
液一軽液分離後出し用せき１１．１２の構造等は図示実
施例と同じにする必要はなく、高速回転する円筒状ロー
タの底部に供給された重液−重液混合液を遠心力により
分相する型式の遠心速抽出器であればいかなる型式のも
のに対しても、この発明の特徴となっている螺旋状液通
路４０を口−タ内に設ける構造を適用することができる
。

く発明の効果〉 以上の説明からわかるように、この発明においてはロー
タ内部に螺旋状液通路を設ける構造とし、従来装置にお
けるようなロータ内周面と液とのスリップ防止用仕切板
をロータ内縦方向に設ける必要をなくした。その結果、
ロータ内に導入された重液−重液混合液は螺旋状液通路
を回転，上昇しながら次第に重液相と軽液相に分離ざれ
る。

そのため、液はロータ内周面と絶えずスリツプしながら
ロータ上部へ上昇することにより、液中に固体粒子が混
入している場合でもこの固体粒子がロータ内周面に堆積
し難くなる。従って従来装置にみられるように、堆積固
体粒子が除去困難となってロータ全体を交換せざるを１
ｑなくなるという欠点を解消することができる。

また、従来装置のようなロータ内下部から上部へ通ずる
垂直な液通路がないため、ロータ底部から導入された重
液−重液混合液が直接ロータ上部へ送入ざれて効果的な
遠心力による分相が行なわれなくなる危険のない構造と
することができる。

ざらにまた、螺旋状液通路を内部に有する円筒状ロータ
は、内周面に螺旋溝を刻設したロータ円筒壁内に、螺旋
突起を設けた回転軸をねじ込むことによって比較的容易
に組立てることができるため、従来装置のロータと比べ
て構造も簡単でしかも容易に製作でき、組立後のロータ
の分解，点検も容易に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す縦断面図、第２図およ
び第３図はそれぞれこの発明の遠心速抽出器のロータ主
要部を構成するロータ円筒壁および回転軸の縦断面図、
第４図は従来の遠心速抽出器の代表例を示す縦断面図、
および第５図は第４図■一ｖ線断面図である。 １・・・ケーシング、２・・・ロータ、２ａ・・・ロー
タ内周面、９・・・中央開口（重液−重液混合液入口）
、１１・・・重液分離抜出し用せき、１２・・・軽液分
離後出し用せき、１３・・・重液出口、１４・・・軽液
出口、２０・・・ロータ円筒壁、２１・・・螺旋溝、３
０・・・回転軸、３１・・・螺旋突起、４０・・・螺旋
状液通路、Ｈ・・・重液相、し・・・軽液相、Ｋ・・・
界面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高速回転する円筒状ロータの底部に重液−重液混合
   液入口を、上部に重液出口と軽液出口をそれぞれ設ける
   とともに、前記ロータ内で遠心力によって分離された重
   液相および軽液相をそれぞれ前記重液出口および軽液出
   口へ導く重液分離抜出し用せきおよび軽液分離抜出し用
   せきを前記ロータ内の上部に設けてなる遠心速抽出器に
   おいて、前記混合液入口から分離抜出し用せきに至る螺
   旋状液通路を前記円筒状ロータ内に形成し、これによっ
   て混合液入口から導入された重液−軽液混合液が前記螺
   旋状液通路内を回転しながら上昇するようにしたことを
   特徴とする遠心速抽出器。 ２、前記螺旋状液通路は、内周面に螺旋溝を刻設したロ
   ータ円筒壁内に、螺旋突起を有するロータ回転軸をねじ
   込むことによって形成されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の遠心速抽出器。