FR3059909A1 - SOLVENT EXTRACTION DEVICE WITH VISCOSITY VARIATION COMPENSATION AND ASSOCIATED EXTRACTION METHOD - Google Patents
SOLVENT EXTRACTION DEVICE WITH VISCOSITY VARIATION COMPENSATION AND ASSOCIATED EXTRACTION METHOD Download PDFInfo
- Publication number
- FR3059909A1 FR3059909A1 FR1662462A FR1662462A FR3059909A1 FR 3059909 A1 FR3059909 A1 FR 3059909A1 FR 1662462 A FR1662462 A FR 1662462A FR 1662462 A FR1662462 A FR 1662462A FR 3059909 A1 FR3059909 A1 FR 3059909A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- outlet
- fluid exchange
- liquid phase
- inlet
- exchange channel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000605 extraction Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims abstract description 87
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 84
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 42
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 16
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- STCOOQWBFONSKY-UHFFFAOYSA-N tributyl phosphate Chemical compound CCCCOP(=O)(OCCCC)OCCCC STCOOQWBFONSKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 abstract description 4
- 230000005465 channeling Effects 0.000 abstract 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 5
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000013626 chemical specie Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000012074 organic phase Substances 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 208000026817 47,XYY syndrome Diseases 0.000 description 1
- 229920000089 Cyclic olefin copolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004713 Cyclic olefin copolymer Substances 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N alstonine Natural products C1=CC2=C3C=CC=CC3=NC2=C2N1C[C@H]1[C@H](C)OC=C(C(=O)OC)[C@H]1C2 WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N 0.000 description 1
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000010908 decantation Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- SNRUBQQJIBEYMU-UHFFFAOYSA-N dodecane Chemical compound CCCCCCCCCCCC SNRUBQQJIBEYMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229940094933 n-dodecane Drugs 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D11/00—Solvent extraction
- B01D11/04—Solvent extraction of solutions which are liquid
- B01D11/0496—Solvent extraction of solutions which are liquid by extraction in microfluidic devices
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B60/00—Obtaining metals of atomic number 87 or higher, i.e. radioactive metals
- C22B60/02—Obtaining thorium, uranium, or other actinides
- C22B60/0204—Obtaining thorium, uranium, or other actinides obtaining uranium
- C22B60/0217—Obtaining thorium, uranium, or other actinides obtaining uranium by wet processes
- C22B60/0221—Obtaining thorium, uranium, or other actinides obtaining uranium by wet processes by leaching
- C22B60/0226—Obtaining thorium, uranium, or other actinides obtaining uranium by wet processes by leaching using acidic solutions or liquors
- C22B60/0239—Obtaining thorium, uranium, or other actinides obtaining uranium by wet processes by leaching using acidic solutions or liquors nitric acid containing ion as active agent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B60/00—Obtaining metals of atomic number 87 or higher, i.e. radioactive metals
- C22B60/02—Obtaining thorium, uranium, or other actinides
- C22B60/0204—Obtaining thorium, uranium, or other actinides obtaining uranium
- C22B60/0217—Obtaining thorium, uranium, or other actinides obtaining uranium by wet processes
- C22B60/0252—Obtaining thorium, uranium, or other actinides obtaining uranium by wet processes treatment or purification of solutions or of liquors or of slurries
- C22B60/026—Obtaining thorium, uranium, or other actinides obtaining uranium by wet processes treatment or purification of solutions or of liquors or of slurries liquid-liquid extraction with or without dissolution in organic solvents
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C19/00—Arrangements for treating, for handling, or for facilitating the handling of, fuel or other materials which are used within the reactor, e.g. within its pressure vessel
- G21C19/42—Reprocessing of irradiated fuel
- G21C19/44—Reprocessing of irradiated fuel of irradiated solid fuel
- G21C19/46—Aqueous processes, e.g. by using organic extraction means, including the regeneration of these means
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
- G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
- G21F9/04—Treating liquids
- G21F9/06—Processing
- G21F9/12—Processing by absorption; by adsorption; by ion-exchange
- G21F9/125—Processing by absorption; by adsorption; by ion-exchange by solvent extraction
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
- B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
- B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
- B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
- B01L3/502769—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geology (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Extraction Or Liquid Replacement (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
L'invention se situe dans le domaine de la chimie séparative par partage par solvant. Elle concerne un système d'extraction par solvant en écoulements parallèles. Selon l'invention, le système d'extraction (10) comprend : ▪ un dispositif d'échange fluidique (20) comprenant un canal d'échange fluidique (213) agencé pour canaliser en parallèle deux phases liquides en les mettant en contact l'une avec l'autre, ▪ des capillaires de sortie (33, 34) connectés chacun à un orifice de sortie du dispositif d'échange fluidique, les longueurs des capillaires de sortie (33, 34) étant déterminées de sorte que le rapport de la longueur LB,capS du deuxième capillaire de sortie sur la longueur LA,capS du premier capillaire de sortie soit égal au rapport du débit QA de la phase liquide A sur le débit QB de la phase liquide B multiplié par le rapport de la viscosité µA,capS de la phase liquide A en sortie du canal d'échange fluidique sur la viscosité µB,capS de la phase liquide B en sortie du canal d'échange fluidique, de façon à compenser les variations de viscosités des phases liquides.The invention is in the field of separative solvent partition chemistry. It relates to a solvent extraction system in parallel flows. According to the invention, the extraction system (10) comprises: a fluid exchange device (20) comprising a fluid exchange channel (213) arranged for channeling two liquid phases in parallel by putting them into contact with each other; one with the other, ▪ outlet capillaries (33, 34) each connected to an outlet of the fluid exchange device, the lengths of the outlet capillaries (33, 34) being determined so that the ratio of the length LB, capS of the second outlet capillary on the length LA, capS of the first outlet capillary is equal to the ratio of the flow rate QA of the liquid phase A to the flow rate QB of the liquid phase B multiplied by the ratio of the viscosity μA, capS of the liquid phase A at the outlet of the fluid exchange channel on the viscosity μB, capS of the liquid phase B at the outlet of the fluid exchange channel, so as to compensate for the viscosity variations of the liquid phases.
Description
Titulaire(s) : COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES Etablissement public.Holder (s): COMMISSIONER OF ATOMIC ENERGY AND ALTERNATIVE ENERGIES Public establishment.
Demande(s) d’extensionExtension request (s)
Mandataire(s) : BREVALEX Société à responsabilité limitée.Agent (s): BREVALEX Limited liability company.
DISPOSITIF D'EXTRACTION PAR SOLVANT AVEC COMPENSATION DE VARIATIONS DE VISCOSITES ET PROCEDE D'EXTRACTION ASSOCIE.SOLVENT EXTRACTION DEVICE WITH COMPENSATION FOR VARIATIONS IN VISCOSITY AND RELATED EXTRACTION METHOD.
FR 3 059 909 - A1 (5/) L'invention se situe dans le domaine de la chimie séparative par partage par solvant. Elle concerne un système d'extraction par solvant en écoulements parallèles.FR 3 059 909 - A1 (5 /) The invention relates to the field of separation chemistry by solvent sharing. It relates to a solvent extraction system in parallel flows.
Selon l'invention, le système d'extraction (10) comprend:According to the invention, the extraction system (10) comprises:
un dispositif d'échange fluidique (20) comprenant un canal d'échange fluidique (213) agencé pour canaliser en parallèle deux phases liquides en les mettant en contact l'une avec l'autre, des capillaires de sortie (33, 34) connectés chacun à un orifice de sortie du dispositif d'échange fluidique, les longueurs des capillaires de sortie (33, 34) étant déterminées de sorte que le rapport de la longueur LBc„pS du deuxième capillaire de sortie sur la longueur LA CapS’du premier capillaire de sortie soit égal au rapport du’cTebit QA de la phase liquide A sur le débit Qp de la phase liquide B multiplié par le rapport de la viscosité μΑ Ç£,pS de la phase liquide A en sortie du canal d'échange flûiaïque sur la viscosité PBcçipS de la phase liquide B en sortie du canal d'échange fluidique, de façon à compenser les variations de viscosités des phases liquides.a fluid exchange device (20) comprising a fluid exchange channel (213) arranged to channel two liquid phases in parallel by bringing them into contact with each other, outlet capillaries (33, 34) connected each at an outlet of the fluid exchange device, the lengths of the outlet capillaries (33, 34) being determined so that the ratio of the length L Bc „ pS of the second outlet capillary to the length L AC a pS 'of the first outlet capillary is equal to the ratio of'cTebit Q A of liquid phase A to flow Qp of liquid phase B multiplied by the ratio of viscosity μ Α Ç £ , pS of liquid phase A at outlet of fluid exchange channel on the viscosity PBcçipS of the liquid phase B at the outlet of the fluid exchange channel, so as to compensate for the variations in viscosities of the liquid phases.
216216
DISPOSITIF D'EXTRACTION PAR SOLVANT AVEC COMPENSATION DE VARIATIONS DE VISCOSITÉS ET PROCÉDÉ D'EXTRACTION ASSOCIÉSOLVENT EXTRACTION DEVICE WITH COMPENSATION FOR VARIATIONS IN VISCOSITY AND RELATED EXTRACTION METHOD
DESCRIPTIONDESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUETECHNICAL AREA
L'invention se situe dans le domaine de l'analyse d'éléments chimiques et, plus précisément, dans le domaine de la chimie séparative par extraction par solvant. Elle concerne un système d'extraction par solvant comprenant un dispositif de mise en contact de fluides immiscibles en écoulements parallèles et un procédé d'extraction par solvant utilisant un tel système d'extraction.The invention relates to the field of chemical element analysis and, more specifically, to the field of separative chemistry by solvent extraction. It relates to a solvent extraction system comprising a device for contacting immiscible fluids in parallel flows and to a solvent extraction method using such an extraction system.
L'invention s'applique notamment à l'extraction de radionucléides, de métaux, de polymères et de saumure, en présence ou non de tensioactifs. Elle trouve un intérêt particulier lorsqu'au moins l'une des phases liquides présente une valeur de viscosité variant au cours de l'extraction.The invention is particularly applicable to the extraction of radionuclides, metals, polymers and brine, in the presence or absence of surfactants. It is of particular interest when at least one of the liquid phases has a viscosity value varying during the extraction.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEUREPRIOR STATE OF THE ART
Les protocoles d'analyse d'éléments chimiques actuellement utilisés nécessitent la mise en œuvre de plusieurs étapes de concentration, séparation et purification. Ces opérations peuvent comporter des risques chimiques, par exemple du fait de la présence d'acides ou de solvants, et des risques radiologiques, en présence de radionucléides. La multiplicité des étapes et les risques associés impliquent des durées de traitement des échantillons relativement longues et le respect de contraintes de sécurité, par exemple la réalisation des opérations en boîte à gants. Le développement de systèmes miniaturisés, également appelés « laboratoire sur puce » ou « lab-on-chip » en anglais, ont permis d'améliorer significativement la réalisation pratique d'analyses d'éléments chimiques à risque. Un tel système miniaturisé intègre plusieurs opérations complexes sur une plaquette dont la surface est de quelques centimètres carrés. La réduction d'échelle apporte de nombreux avantages. Elle permet tout d'abord une diminution des quantités de réactifs et d'échantillons analysés, et par conséquent une diminution du risque encouru par l'opérateur en cas de manipulation de produits dangereux. En outre, grâce à des distances de diffusion plus courtes et à la laminarité des écoulements, les transferts de matière au cours de la réaction d'extraction par solvant sont mieux maîtrisés et plus rapides. L'analyse d'un échantillon peut être réduite également par la possibilité de réunir, sur un même laboratoire sur puce, plusieurs opérations chimiques (par exemple extraction par solvant et desextraction). Enfin, la miniaturisation des opérations rend possible leur parallélisation soit sur un même système miniaturisé soit en connectant plusieurs systèmes en parallèle.The chemical element analysis protocols currently used require the implementation of several stages of concentration, separation and purification. These operations may involve chemical risks, for example due to the presence of acids or solvents, and radiological risks, in the presence of radionuclides. The multiplicity of steps and the associated risks imply relatively long sample processing times and compliance with security constraints, for example carrying out operations in a glove box. The development of miniaturized systems, also called “lab-on-chip” or “lab-on-chip” in English, have made it possible to significantly improve the practical analysis of chemical elements at risk. Such a miniaturized system integrates several complex operations on a wafer whose surface is a few square centimeters. Downscaling brings many benefits. First of all, it allows a reduction in the quantities of reagents and samples analyzed, and consequently a reduction in the risk run by the operator in the event of handling dangerous products. In addition, thanks to shorter diffusion distances and the laminarity of the flows, the material transfers during the solvent extraction reaction are better controlled and faster. The analysis of a sample can also be reduced by the possibility of bringing together, on the same laboratory on a chip, several chemical operations (for example solvent extraction and de-extraction). Finally, the miniaturization of operations makes it possible to parallelize them either on the same miniaturized system or by connecting several systems in parallel.
Plus spécifiquement, les techniques d'extraction par solvant en microsystème présentent divers avantages par rapport aux techniques d'extraction à l'échelle classique. Elles permettent tout d'abord un meilleur contrôle des écoulements et de l'aire interfaciale. L'aire interfaciale spécifique est plus élevée et les distances de diffusion plus courtes ce qui implique une accélération du partage. En outre, dans le cas d'écoulements parallèles, elles s'affranchissent des étapes de décantation ou de centrifugation pour séparer les phases.More specifically, microsystem solvent extraction techniques have various advantages over conventional scale extraction techniques. First of all, they allow better control of flows and the interfacial area. The specific interfacial area is higher and the diffusion distances shorter which implies an acceleration of the sharing. In addition, in the case of parallel flows, they dispense with the decantation or centrifugation steps to separate the phases.
Un microsystème d'extraction par solvant à écoulements parallèles comprend typiquement un microdispositif d'échange fluidique formé dans deux plaques en verre assemblées, l'une étant gravée avant assemblage pour former, entre deux orifices d'entrée et deux orifices de sortie, deux canaux d'entrée, un canal d'échange fluidique et deux canaux de sortie. Un premier canal d'entrée relie un premier orifice d'entrée à une entrée du canal d'échange fluidique et un deuxième canal d'entrée relie le deuxième orifice d'entrée à l'entrée du canal d'échange fluidique. Un premier canal de sortie relie une sortie du canal d'échange fluidique à un premier orifice de sortie et un deuxième canal de sortie relie la sortie du canal d'échange fluidique au deuxième orifice de sortie. Le microdispositif est alors appelé microdispositif à jonction Y-Y. Le microsystème d'extraction comporte en outre des capillaires d'entrée et de sortie pour connecter le microdispositif à d'autres dispositifs en sortie, par exemple à des détecteurs.A parallel flow solvent extraction microsystem typically includes a fluid exchange microdevice formed in two assembled glass plates, one being etched before assembly to form, between two inlet ports and two outlet ports, two channels inlet, a fluid exchange channel and two outlet channels. A first inlet channel connects a first inlet port to an inlet of the fluid exchange channel and a second inlet channel connects the second inlet port to the inlet of the fluid exchange channel. A first outlet channel connects an outlet of the fluid exchange channel to a first outlet port and a second outlet channel connects the outlet of the fluid exchange channel to the second outlet port. The microdevice is then called the Y-Y junction microdevice. The extraction microsystem further comprises input and output capillaries for connecting the microdevice to other output devices, for example to detectors.
Une première voie est formée entre un premier capillaire d'entrée, relié au premier orifice d'entrée, et un premier capillaire de sortie, relié au premier orifice de sortie. Cette première voie permet la circulation d'une première phase. Une deuxième voie est formée entre un deuxième capillaire d'entrée, relié au deuxième orifice d'entrée, et un deuxième capillaire de sortie, relié au deuxième orifice de sortie. Cette deuxième voie permet la circulation d'une deuxième phase. Le canal d'échange fluidique constitue une interface d'échange pour les phases s'écoulant en parallèle.A first channel is formed between a first inlet capillary, connected to the first inlet port, and a first outlet capillary, connected to the first outlet port. This first lane allows circulation of a first phase. A second channel is formed between a second inlet capillary, connected to the second inlet port, and a second outlet capillary, connected to the second outlet port. This second lane allows circulation of a second phase. The fluid exchange channel constitutes an exchange interface for the phases flowing in parallel.
Les deux phases présentent potentiellement des viscosités différentes. Afin d'obtenir des écoulements parallèles de ces deux phases et une récupération individuelle des phases dans les canaux de sortie, sans contamination d'une phase par l'autre, il est alors nécessaire de jouer sur les débits respectifs des deux phases. Lorsque les différences de viscosités entre les deux phases sont trop importantes, il faut en plus jouer sur une dissymétrie du microsystème entre la première et la deuxième voie. Dans ce cas, une première solution consiste à rendre asymétrique la section du canal d'échange fluidique du microdispositif. Une deuxième solution consiste à modifier une partie de la surface du canal d'échange fluidique. Cette solution engendre toutefois une complexification du processus de fabrication du microdispositif. En outre, cette solution ne permet pas de conserver un positionnement correct de l'interface en sortie du canal d'échange fluidique en cas d'écarts importants de viscosités entre les deux phases. Une troisième solution consiste à insérer des piliers dans le canal d'échange fluidique pour stabiliser les écoulements. Toutefois, les piliers réduisent la surface d'échange entre les deux phases. Toutes ces solutions impliquent une modification structurelle du microdispositif et limitent donc son utilisation à un couple donné de viscosités de phases.The two phases potentially have different viscosities. In order to obtain parallel flows of these two phases and individual recovery of the phases in the outlet channels, without contamination of one phase by the other, it is then necessary to play on the respective flow rates of the two phases. When the differences in viscosities between the two phases are too great, it is also necessary to play on an asymmetry of the microsystem between the first and the second path. In this case, a first solution consists in making the cross section of the fluid exchange channel of the microdevice asymmetrical. A second solution consists in modifying part of the surface of the fluid exchange channel. This solution however generates a complexification of the microdevice manufacturing process. In addition, this solution does not make it possible to maintain correct positioning of the interface at the outlet of the fluid exchange channel in the event of significant differences in viscosities between the two phases. A third solution consists in inserting pillars in the fluid exchange channel to stabilize the flows. However, the pillars reduce the exchange surface between the two phases. All these solutions involve a structural modification of the microdevice and therefore limit its use to a given pair of phase viscosities.
Pour la majorité des couples de phases utilisés dans les analyses chimiques réalisées en laboratoire sur puce, l'espèce à partager se trouve fortement diluée dans l'une des phases initialement. La viscosité des phases est imposée principalement par les compositions chimiques des phases, indépendamment de la présence ou non de l'espèce à partager. Cependant, pour certaines analyses impliquant des concentrations élevées de l'espèce à partager, le passage de cette espèce d'une phase à l'autre engendre une modification de la viscosité de chacune des phases. Ainsi, une phase initialement chargée d'un composé avec une concentration donnée présentera une valeur de viscosité en entrée du microdispositif pentrée différente de la viscosité en sortie du microdispositif psortie dès lors que la concentration du composé a changé lors du passage dans l'autre phase. La position de l'interface est alors modifiée, ce qui engendre potentiellement une mauvaise séparation des phases en sortie. L'analyse (caractérisation) des phases séparément est alors difficile. Dans des cas extrêmes, l'interface peut même disparaître.For the majority of the pairs of phases used in the chemical analyzes carried out in laboratory on a chip, the species to be shared is greatly diluted in one of the phases initially. The viscosity of the phases is mainly imposed by the chemical compositions of the phases, regardless of the presence or not of the species to be shared. However, for certain analyzes involving high concentrations of the species to be shared, the passage of this species from one phase to another generates a modification of the viscosity of each of the phases. Thus, a phase initially loaded with a compound with a given concentration of present entry into viscosity value of the microdevice p betw een e different from the viscosity at the outlet of the microdevice fate p i e as long as the compound concentration has changed at the transition to the other phase. The position of the interface is then modified, which potentially leads to poor separation of the output phases. The analysis (characterization) of the phases separately is then difficult. In extreme cases, the interface may even disappear.
Les solutions précitées pour conserver des écoulements parallèles des phases et une récupération séparée des phases ne donnent donc pas entière satisfaction dans le cas d'une extraction par solvant avec une variation de la viscosité des phases au cours de l'extraction. Un but de l'invention est donc de proposer un système d'extraction par solvant à écoulements parallèles permettant de conserver une bonne séparation des phases liquides en sortie même en cas de variation de viscosité des phases.The aforementioned solutions for maintaining parallel flow of the phases and separate recovery of the phases are therefore not entirely satisfactory in the case of extraction by solvent with a variation in the viscosity of the phases during the extraction. An object of the invention is therefore to propose a solvent extraction system with parallel flows making it possible to maintain good separation of the liquid phases at the outlet even in the event of variation in the viscosity of the phases.
EXPOSÉ DE L'INVENTIONSTATEMENT OF THE INVENTION
À cet effet, l'invention propose un système d'extraction par solvant à écoulements parallèles dans lequel le positionnement de l'interface en sortie du canal d'échange fluidique est ajusté par une modification des dimensions des capillaires de sortie reliés en sortie du microdispositif. Ainsi, une variation des viscosités des phases peut être compensée sans modification du microdispositif. En outre, le système d'extraction peut être adapté à un grand nombre de couples de phases avec des viscosités différentes sans modifier le microdispositif.To this end, the invention proposes a solvent extraction system with parallel flows in which the positioning of the interface at the outlet of the fluid exchange channel is adjusted by a modification of the dimensions of the outlet capillaries connected at the outlet of the microdevice. . Thus, a variation in the viscosities of the phases can be compensated without modification of the microdevice. In addition, the extraction system can be adapted to a large number of phase couples with different viscosities without modifying the microdevice.
Plus précisément, l'invention a pour objet un système d'extraction par solvant par mise en contact de deux liquides immiscibles en écoulements parallèles, le système d'extraction comprenant :More specifically, the subject of the invention is a solvent extraction system by bringing two immiscible liquids in parallel flows into contact, the extraction system comprising:
un dispositif d'échange fluidique comprenant :a fluid exchange device comprising:
o un premier orifice d'entrée agencé pour recevoir un écoulement d'une phase liquide A, o un deuxième orifice d'entrée agencé pour recevoir un écoulement d'une phase liquide B, la phase liquide B étant plus visqueuse que la phase liquide A, o un premier orifice de sortie agencé pour évacuer la phase liquide A, o un deuxième orifice de sortie agencé pour évacuer la phase liquide B, et o un canal d'échange fluidique connecté en entrée à chaque orifice d'entrée et en sortie à chaque orifice de sortie, le canal d'échange fluidique étant agencé pour canaliser en parallèle les deux phases liquides A et B en les mettant en contact l'une avec l'autre, un premier capillaire d'entrée connecté au premier orifice d'entrée, un deuxième capillaire d'entrée connecté au deuxième orifice d'entrée, les dimensions des capillaires d'entrée étant identiques, un premier capillaire de sortie connecté au premier orifice de sortie, et un deuxième capillaire de sortie connecté au deuxième orifice de sortie, les capillaires de sortie présentant une même section interne, le système d'extraction étant agencé de sorte que le débit QA de la phase liquide A soit supérieur à un débit minimum (^,mm de manière à obtenir des écoulements parallèles des phases liquides A et B, le système d'extraction étant en outre agencé de sorte que le rapport du débit QB de la phase liquide B sur le débit QA de la phase liquide A soit égal au rapport de la viscositéo a first inlet orifice arranged to receive a flow of a liquid phase A, o a second inlet orifice arranged to receive a flow of a liquid phase B, the liquid phase B being more viscous than the liquid phase A , o a first outlet orifice arranged to evacuate the liquid phase A, o a second outlet orifice arranged to evacuate the liquid phase B, and o a fluid exchange channel connected at the inlet to each inlet and outlet at each outlet orifice, the fluid exchange channel being arranged to channel the two liquid phases A and B in parallel by bringing them into contact with each other, a first inlet capillary connected to the first inlet orifice , a second inlet capillary connected to the second inlet orifice, the dimensions of the inlet capillaries being identical, a first outlet capillary connected to the first outlet orifice, and a second outlet capillary connected to the second outlet orifice, the outlet capillaries having the same internal section, the extraction system being arranged so that the flow rate Q A of the liquid phase A is greater than a minimum flow rate (^, mm so as to obtain parallel flows of the liquid phases A and B, the extraction system being further arranged so that the ratio of the flow rate Q B of the liquid phase B to the flow rate Q A of the liquid phase A is equal to the ratio of the viscosity
JA. capE de la phase liquide A en entrée du canal d'échange fluidique sur la viscositéJA. capE of the liquid phase A at the inlet of the fluid exchange channel on the viscosity
JB. capE de la phase liquide B en entrée du canal d'échange fluidique, les longueurs des capillaires de sortie étant déterminées de sorte que le rapport de la longueur LBcapS du deuxième capillaire de sortie sur la longueur LAcapS du premier capillaire de sortie soit égal au rapport du débit QA de la phase liquide A sur le débit QB de la phase liquide B multiplié par le rapport de la viscosité pAiCaps de la phase liquide A en sortie du canal d'échange fluidique sur la viscosité pBiCaps de la phase liquide B en sortie du canal d'échange fluidique, de façon à compenser les variations de viscosités de la phase liquide A en sortie du canal d'échange fluidique et de la phase liquide B en sortie du canal d'échange fluidique.JB. capE of the liquid phase B at the inlet of the fluid exchange channel, the lengths of the outlet capillaries being determined so that the ratio of the length L BcapS of the second outlet capillary to the length L AcapS of the first outlet capillary is equal the ratio of the flow rate Q A of the liquid phase A to the flow rate Q B of the liquid phase B multiplied by the ratio of the viscosity p AiCap s of the liquid phase A at the outlet of the fluid exchange channel to the viscosity p BiCa ps of the liquid phase B at the outlet of the fluid exchange channel, so as to compensate for the variations in viscosities of the liquid phase A at the outlet of the fluid exchange channel and of the liquid phase B at the outlet of the fluid exchange channel.
Ainsi, le système d'extraction selon l'invention doit respecter les conditions suivantes :Thus, the extraction system according to the invention must comply with the following conditions:
Qa — QA,minQa - QA, min
Qb _ pA,capEQb _ pA, capE
Qa b-B,capE ^B.capS _ Qa· pA,capS M.capS Qb-Bb ,capSQa b-B, capE ^ B.capS _ Qa · pA, capS M.capS Qb-Bb, capS
Les conditions portant sur les longueurs des capillaires de sortie et sur les débits des phases liquides, notamment leur rapport, assurent un fonctionnement adéquat du système d'extraction, c'est-à-dire à la fois des écoulements parallèles des phases liquides A et B et une interface centrée en sortie du canal d'échange fluidique.The conditions relating to the lengths of the outlet capillaries and to the flow rates of the liquid phases, in particular their ratio, ensure adequate operation of the extraction system, that is to say both of the parallel flows of the liquid phases A and B and an interface centered at the outlet of the fluid exchange channel.
Le débit minimum QA,min de la phase liquide A peut être déterminé expérimentalement pour chaque couple de phases introduites en entrée du système d'extraction. Le débit minimum QA,min est par exemple égal à 0,3 millilitre par heure (ml/h) dans le cas de l'extraction de l'uranium par le phosphate de tributyle.The minimum flow rate Q A , m i n of the liquid phase A can be determined experimentally for each pair of phases introduced at the input of the extraction system. The minimum flow rate Q A , m i n is for example equal to 0.3 milliliter per hour (ml / h) in the case of the extraction of uranium by tributyl phosphate.
À titre d'exemple, pour un système d'extraction par solvant utilisé pour l'extraction de l'uranium, le rapport QB/QA , obtenu selon la relation déjà citée — = <2?i ^Zest égal à 0,617.By way of example, for a solvent extraction system used for the extraction of uranium, the ratio Q B / Q A , obtained according to the already cited relation - = <2? I ^ Zis equal to 0.617.
l^B.capEl ^ B.capE
Selon l'invention, les variations des viscosités des phases liquides sont compensées en déterminant un rapport approprié pour les longueurs des capillaires de sortie. Plus généralement, ces variations pourraient être compensées en modifiant le rapport de leurs dimensions. En particulier, les capillaires de sortie pourraient présenter une même longueur mais des sections internes distinctes, leur rapport étant ajusté pour conserver le rapport souhaité QB/QA. Éventuellement, la compensation de la variation des viscosités des deux phases liquides en sortie du canal d'échange fluidique peut être obtenue en jouant à la fois sur les longueurs des capillaires et sur leur section interne.According to the invention, the variations in the viscosities of the liquid phases are compensated for by determining an appropriate ratio for the lengths of the outlet capillaries. More generally, these variations could be compensated for by modifying the ratio of their dimensions. In particular, the outlet capillaries could have the same length but separate internal sections, their ratio being adjusted to maintain the desired ratio Q B / Q A. Optionally, compensation for the variation in the viscosities of the two liquid phases at the outlet of the fluid exchange channel can be obtained by varying both the lengths of the capillaries and their internal section.
Les capillaires d'entrée présentent des dimensions identiques. En particulier, ils présentent une même section et une même longueur : LAcapE = LBcapE.The inlet capillaries have identical dimensions. In particular, they have the same section and the same length: L AcapE = L BcapE .
La viscosité de chaque phase liquide est mesurée à l'échelle macroscopique préalablement à l'adaptation du système d'extraction par solvant. Pour les phases introduites dans les capillaires d'entrée, les viscosités μΑιΰαρΕ et PB.capE sont mesurées sur les phases directement. Pour les phases recueillies en capillaires de sortie, les mesures des viscosités pAiCaps et Fe.caps sont réalisées après avoir fait une extraction par solvant en batch et atteint l'équilibre. Ainsi, le rapport des débits QB/QA est déterminé en faisant le rapport de la viscosité μΑιΰαρΕ de la phase A en entrée de canal d'échange fluidique et de la viscosité μΒιΰαρΕ de la phase B en entrée de canal d'échange fluidique, et les dimensions des capillaires de sortie sont déterminées en prenant en compte la viscosité μΑιΰαρ5 de la phase liquide A en sortie du canal d'échange fluidique et la viscosité μΒιϋαρ5 de la phase liquide B en sortie du canal d'échange fluidique.The viscosity of each liquid phase is measured on a macroscopic scale before adapting the solvent extraction system. For the phases introduced into the inlet capillaries, the viscosities μ Αιΰαρ Ε and PB.capE are measured on the phases directly. For the phases collected in outlet capillaries, the measurements of the viscosities pAiCaps and Fe.caps are carried out after having carried out a solvent extraction in batch and reaching equilibrium. Thus, the ratio of the flow rates QB / Q A is determined by making the ratio of the viscosity μ Αιΰαρ Ε of phase A at the inlet of the fluid exchange channel and of the viscosity μ Βιΰαρ Ε of phase B at the inlet of channel d exchange, and the dimensions of the outlet capillaries are determined by taking into account the viscosity μ Αιΰαρ 5 of the liquid phase A at the outlet of the fluid exchange channel and the viscosity μ Βιϋα ρ5 of the liquid phase B at the outlet of the channel fluid exchange.
Selon une forme particulière de réalisation, le dispositif d'échange fluidique est agencé pour engendrer une perte de pression identique pour les phases liquides entre, respectivement, le premier orifice d'entrée et le premier orifice de sortie, et le deuxième orifice d'entrée et le deuxième orifice de sortie.According to a particular embodiment, the fluid exchange device is arranged to generate an identical pressure loss for the liquid phases between, respectively, the first inlet orifice and the first outlet orifice, and the second inlet orifice and the second outlet.
Le dispositif d'échange fluidique peut comporter, en outre, un premier canal d'entrée reliant le premier orifice d'entrée à une entrée du canal d'échange fluidique, un deuxième canal d'entrée reliant le deuxième orifice d'entrée à l'entrée du canal d'échange fluidique, un premier canal de sortie reliant une sortie du canal d'échange fluidique au premier orifice de sortie et un deuxième canal de sortie reliant la sortie du canal d'échange fluidique au deuxième orifice de sortie. Le dispositif d'échange fluidique forme alors un dispositif à double jonction Y.The fluid exchange device may further include a first inlet channel connecting the first inlet port to an inlet of the fluid exchange channel, a second inlet channel connecting the second inlet port to the the inlet of the fluid exchange channel, a first outlet channel connecting an outlet of the fluid exchange channel to the first outlet port and a second outlet channel connecting the outlet of the fluid exchange channel to the second outlet port. The fluid exchange device then forms a double Y-junction device.
Le dispositif d'échange fluidique peut constituer un microdispositif, c'est-à-dire un dispositif dont les sections internes des canaux sont inférieures ou égales au millimètre carré, voire inférieures ou égales au micromètre carré. En particulier, le canal d'échange fluidique peut présenter une section interne inférieure ou égale à 1 millimètre carré, de préférence inférieure à 5.109 mètre carré.The fluid exchange device can constitute a microdevice, that is to say a device whose internal sections of the channels are less than or equal to the square millimeter, or even less than or equal to the square micrometer. In particular, the fluid exchange channel may have an internal section less than or equal to 1 square millimeter, preferably less than 5.10 9 square meters.
Selon une forme particulière de réalisation, le dispositif d'échange fluidique comprend une première plaque de verre et une deuxième plaque de verre. Le canal d'échange fluidique est gravé dans au moins l'une des deux plaques de verre et les deux plaques de verre sont assemblées entre elles pour former un canal d'échange fluidique fermé. Les canaux d'entrée et de sortie peuvent également être gravés dans au moins l'une des plaques de verre. D'autres matériaux peuvent également être utilisés, par exemple des élastomères photodurcissables, des polymères thermoformables (copolymère d'oléfine cyclique), des aciers, des céramiques.According to a particular embodiment, the fluid exchange device comprises a first glass plate and a second glass plate. The fluid exchange channel is etched in at least one of the two glass plates and the two glass plates are assembled together to form a closed fluid exchange channel. The inlet and outlet channels can also be etched in at least one of the glass plates. Other materials can also be used, for example photocurable elastomers, thermoformable polymers (cyclic olefin copolymer), steels, ceramics.
L'invention a également pour objet un procédé d'extraction par solvant, dans lequel un système d'extraction tel que décrit précédemment est utilisé.The invention also relates to a solvent extraction process, in which an extraction system as described above is used.
Le procédé d'extraction peut notamment être utilisé lorsqu'au moins l'une des phases liquides présente une viscosité variant au cours de l'extraction, c'est-àdire lors du passage d'une espèce chimique de l'une des phases vers l'autre phase.The extraction process can in particular be used when at least one of the liquid phases has a viscosity varying during extraction, that is to say during the passage of a chemical species from one of the phases to the other phase.
Le procédé d'extraction est par exemple appliqué à l'extraction d'uranium en milieu nitrique par du phosphate de tributyle dans du n-dodécane.The extraction process is for example applied to the extraction of uranium in a nitric medium by tributyl phosphate in n-dodecane.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels :The invention will be better understood with the aid of the description which follows, given solely by way of nonlimiting example and made with reference to the appended drawings in which:
- la figure 1 représente schématiquement, dans une vue de trois quarts, un exemple de réalisation d'un microsystème d'extraction par solvant selon l'invention ;- Figure 1 shows schematically, in a three-quarter view, an embodiment of a solvent extraction microsystem according to the invention;
- la figure 2 représente, dans une vue de dessus, un dispositif d'échange fluidique du microsystème de la figure 1 ;- Figure 2 shows, in a top view, a fluid exchange device of the microsystem of Figure 1;
- la figure 3 illustre, par une photo microscope prise de dessus, un écoulement parallèle de deux phases liquides dans le dispositif d'échange fluidique de la figure 2.FIG. 3 illustrates, by a photo microscope taken from above, a parallel flow of two liquid phases in the fluid exchange device of FIG. 2.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERSDETAILED PRESENTATION OF PARTICULAR EMBODIMENTS
La figure 1 représente schématiquement, dans une vue de trois quarts, un exemple de réalisation d'un microsystème d'extraction par solvant selon l'invention et la figure 2 représente, dans une vue de dessus, un dispositif d'échange fluidique du microsystème. Le microsystème d'extraction 10 comprend un dispositif d'échange fluidique 20, un premier capillaire d'entrée 31, un deuxième capillaire d'entrée 32, un premier capillaire de sortie 33 et un deuxième capillaire de sortie 34. Le dispositif d'échange fluidique 20 comprend une première plaque en verre 21 et une deuxième plaque en verre, non représentée sur les figures. Les deux plaques en verre sont agencées pour pouvoir être assemblées entre elles, par exemple par soudage ou par collage. Dans la première plaque en verre 21 sont formés un premier canal d'entrée 211, un deuxième canal d'entrée 212, un canal d'échange fluidique 213, un premier canal de sortie 215 et un deuxième canal de sortie 216. Dans la deuxième plaque en verre sont formés un premier orifice d'entrée 221, un deuxième orifice d'entrée 222, un premier orifice de sortie 225 et un deuxième orifice de sortie 226. Chaque orifice d'entrée et de sortie est agencé pour recevoir un capillaire d'entrée ou un capillaire de sortie, respectivement. Le dispositif d'échange fluidique 20 est agencé de manière à ce que, une fois les plaques en verre assemblées, le premier canal d'entrée 211 s'étende entre le premier orifice d'entrée 221 et une entrée du canal d'échange fluidique 213, le deuxième canal d'entrée 212 s'étende entre le deuxième orifice d'entrée 222 et l'entrée du canal d'échange fluidique 213, le premier canal de sortie 215 s'étende entre une sortie du canal d'échange fluidique 213 et le premier orifice de sortie 225 et le deuxième canal de sortie 216 s'étende entre la sortie du canal d'échange fluidique 213 et le deuxième orifice de sortie 226. Les canaux d'entrée 211 et 212 forment une première jonction Y avec le canal d'échange fluidique 213 et les canaux de sortie 215 et 216 forment une deuxième jonction Y avec le canal d'échange fluidique 213. Dans cet exemple de réalisation, le canal d'échange fluidique 213 s'étend longitudinalement en serpentin. Chaque canal présente par exemple une largeur de 100 micromètres et une hauteur de 40 micromètres.Figure 1 shows schematically, in a three-quarter view, an embodiment of a solvent extraction microsystem according to the invention and Figure 2 shows, in a top view, a fluid exchange device of the microsystem . The extraction microsystem 10 comprises a fluid exchange device 20, a first inlet capillary 31, a second inlet capillary 32, a first outlet capillary 33 and a second outlet capillary 34. The exchange device fluidique 20 comprises a first glass plate 21 and a second glass plate, not shown in the figures. The two glass plates are arranged so that they can be assembled together, for example by welding or by gluing. In the first glass plate 21 are formed a first inlet channel 211, a second inlet channel 212, a fluid exchange channel 213, a first outlet channel 215 and a second outlet channel 216. In the second glass plate are formed a first inlet orifice 221, a second inlet orifice 222, a first outlet orifice 225 and a second outlet orifice 226. Each inlet and outlet orifice is arranged to receive a capillary d inlet or outlet capillary, respectively. The fluid exchange device 20 is arranged so that, once the glass plates are assembled, the first inlet channel 211 extends between the first inlet orifice 221 and an inlet of the fluid exchange channel 213, the second inlet channel 212 extends between the second inlet port 222 and the inlet of the fluid exchange channel 213, the first outlet channel 215 extends between an outlet of the fluid exchange channel 213 and the first outlet 225 and the second outlet 216 extends between the outlet of the fluid exchange channel 213 and the second outlet 226. The inlet channels 211 and 212 form a first Y junction with the fluid exchange channel 213 and the outlet channels 215 and 216 form a second Y junction with the fluid exchange channel 213. In this embodiment, the fluid exchange channel 213 extends longitudinally in a serpentine. Each channel has for example a width of 100 micrometers and a height of 40 micrometers.
Les capillaires d'entrée 31 et 32 présentent de préférence des dimensions identiques, c'est-à-dire une même section interne et une même longueur. De manière analogue, les canaux d'entrée 211 et 212 présentent de préférence des dimensions identiques entre eux et les canaux de sortie présentent des dimensions identiques entre eux. En revanche, les capillaires de sortie 33 et 34 présentent des dimensions différentes, en fonction de la viscosité des deux phases liquides circulant dans le microsystème d'extraction 10, comme expliqué ci-après. Une première voie est formée entre une entrée du capillaire d'entrée 31 et une sortie du capillaire de sortie 33. Cette première voie permet la circulation d'une première phase liquide 41. Une deuxième voie est formée entre une entrée du capillaire d'entrée 32 et une sortie du capillaire de sortie 34. Cette deuxième voie permet la circulation d'une deuxième phase liquide 42. Le canal d'échange fluidique 213 permet un écoulement parallèle des deux phases liquides et un échange d'espèces chimiques d'une phase liquide vers l'autre phase liquide. L'une des phases liquides est typiquement une phase organique et l'autre phase liquide une phase aqueuse.The inlet capillaries 31 and 32 preferably have identical dimensions, that is to say the same internal section and the same length. Similarly, the inlet channels 211 and 212 preferably have dimensions which are identical to each other and the outlet channels have dimensions which are identical to each other. On the other hand, the outlet capillaries 33 and 34 have different dimensions, as a function of the viscosity of the two liquid phases circulating in the extraction microsystem 10, as explained below. A first channel is formed between an inlet of the inlet capillary 31 and an outlet of the outlet capillary 33. This first channel allows the circulation of a first liquid phase 41. A second channel is formed between an inlet of the inlet capillary 32 and an outlet of the outlet capillary 34. This second channel allows the circulation of a second liquid phase 42. The fluid exchange channel 213 allows a parallel flow of the two liquid phases and an exchange of chemical species of a phase liquid to the other liquid phase. One of the liquid phases is typically an organic phase and the other liquid phase an aqueous phase.
La figure 3 illustre, dans une vue de dessus, un écoulement parallèle de deux phases liquides dans le dispositif d'échange fluidique 20. Sur cette figure, le canal d'échange fluidique 213 n'est représenté que partiellement. Du fait des conditions de pression et du débit respectif des deux phases liquides, un écoulement parallèle peut être observé. Cependant, l'interface 40 entre les deux phases liquides n'est pas centrée en sortie du canal d'échange fluidique 213. II s'ensuit un écoulement de la phase liquide 41 à la fois dans le canal de sortie 215 et dans le canal de sortie 216.FIG. 3 illustrates, in a top view, a parallel flow of two liquid phases in the fluid exchange device 20. In this figure, the fluid exchange channel 213 is only partially represented. Due to the pressure conditions and the respective flow rates of the two liquid phases, a parallel flow can be observed. However, the interface 40 between the two liquid phases is not centered at the outlet of the fluid exchange channel 213. There follows a flow of the liquid phase 41 both in the outlet channel 215 and in the channel 216.
Afin de positionner correctement l'interface pour une récupération individuelle de deux phases liquides A et B, la pression au sein des deux phases liquides doit être équilibrée au niveau de la sortie du canal d'échange fluidique 213. Cet équilibre peut être exprimé par la relation :In order to correctly position the interface for individual recovery of two liquid phases A and B, the pressure within the two liquid phases must be balanced at the outlet of the fluid exchange channel 213. This balance can be expressed by the relationship :
àPA = δρβ (D où ΔΡα désigne l'écart de pression au sein de la phase liquide A entre l'entrée du capillaire d'entrée 31 et la sortie du capillaire de sortie 33 et ΔΡΒ désigne l'écart de pression au sein de la phase liquide B entre l'entrée du capillaire d'entrée 32 et la sortie du capillaire de sortie 34.àP A = δρ β (D where ΔΡ α denotes the pressure difference within the liquid phase A between the inlet of the inlet capillary 31 and the outlet of the outlet capillary 33 and ΔΡ Β denotes the pressure deviation within the liquid phase B between the inlet of the inlet capillary 32 and the outlet of the outlet capillary 34.
On peut montrer que la relation (1) implique la relation suivante :We can show that the relation (1) implies the following relation:
(2) où ΔΡΑ(;αρ5 désigne l'écart de pression au sein de la phase liquide A entre l'entrée et la sortie du capillaire de sortie 33, et ΔΡΒ capS désigne l'écart de pression au sein de la phase liquide B entre l'entrée et la sortie du capillaire de sortie 34.(2) where ΔΡ Α (; αρ5 denotes the pressure difference within the liquid phase A between the inlet and the outlet of the outlet capillary 33, and ΔΡ Β capS denotes the pressure deviation within the phase liquid B between the inlet and the outlet of the outlet capillary 34.
Ainsi, une pression identique peut être observée en sortie du canal d'échange fluidique 213 entre les deux phases liquides A et B dès lors que les capillaires de sortie 33 et 34 engendrent une même perte de pression. La perte de pression engendrée par chaque capillaire peut être contrôlée par les dimensions du capillaire et/ou par le débit de la phase liquide dans ce capillaire. La relation de Hagen-Poiseuille indique :Thus, an identical pressure can be observed at the outlet of the fluid exchange channel 213 between the two liquid phases A and B as soon as the outlet capillaries 33 and 34 generate the same pressure loss. The pressure loss generated by each capillary can be controlled by the dimensions of the capillary and / or by the flow rate of the liquid phase in this capillary. The Hagen-Poiseuille relation indicates:
(3)(3)
où μ est le coefficient de viscosité de la phase liquide, Q est le débit de la phase liquide, L est la longueur du capillaire et r est le rayon du capillaire.where μ is the viscosity coefficient of the liquid phase, Q is the flow rate of the liquid phase, L is the length of the capillary and r is the radius of the capillary.
Les relations (2) et (3) conduisent ainsi à la relation suivante :Relations (2) and (3) thus lead to the following relation:
Le.capS _ QA-P-A,capS (4) LA,capS QB-P-B.capS où Qa et Qb désignent respectivement le débit dans les phases liquides A et B, pAiCaps et 5 Be.caps désignent respectivement les valeurs de viscosité des phases liquides A et B en sortie du canal d'échange fluidique 213 et LAcapS et LB capS désignent respectivement les longueurs des capillaires de sortie 33 et 34.Le.capS _ QA-PA, capS (4) L A, capS QB-PB.capS where Q a and Q b denote the flow rate in the liquid phases A and B respectively, p AiCap s and 5 Be.caps denote respectively the viscosity values of the liquid phases A and B at the outlet of the fluid exchange channel 213 and L AcapS and L B capS denote the lengths of the outlet capillaries 33 and 34 respectively.
II est à noter que d'après la relation (4), en conservant le rapport de débits Qa/Qb constant, le rapport L b,capsa,caps permet de compenser tout changement de valeur du rapport des viscosités des deux phases.It should be noted that according to relation (4), by keeping the flow rate ratio Q a / Q b constant, the ratio L b, capsa, caps makes it possible to compensate for any change in value of the ratio of the viscosities of the two phases.
Les inventeurs ont pu tester l'invention pour l'extraction de l'uranium VI en milieu nitrique par le phosphate de tributyle. Le même microdispositif a pu être utilisé pour une valeur de viscosité de la phase aqueuse comprise entre 1,22 millipascal seconde (mPa.s) et 1,54 mPa.s et une valeur de viscosité de la phase organique comprise entre 1,97 mPa.s et 3,01 mPa.s, respectivement. Ainsi, l'uranium VI pouvait présenter une concentration initiale dans la phase aqueuse jusqu'à 140 grammes par litre (g/L). Sans modification de la longueur des capillaires de sortie, des écoulements parallèles et une séparation correcte des phases liquides n'auraient été possibles que pour une valeur de viscosité de la phase aqueuse de 1,22 mPa.s et une valeur de viscosité de la phase organique comprise entre 1,97 mPa.s et 2,24 mPa.s, soit une concentration d'uranium VI inférieure à 30 g/L.The inventors were able to test the invention for the extraction of uranium VI in a nitric medium by tributyl phosphate. The same microdevice could be used for a viscosity value of the aqueous phase of between 1.22 millipascal seconds (mPa.s) and 1.54 mPa.s and a viscosity value of the organic phase of between 1.97 mPa .s and 3.01 mPa.s, respectively. Thus, uranium VI could have an initial concentration in the aqueous phase up to 140 grams per liter (g / L). Without modification of the length of the outlet capillaries, parallel flows and a correct separation of the liquid phases would have been possible only for a viscosity value of the aqueous phase of 1.22 mPa.s and a viscosity value of the phase organic between 1.97 mPa.s and 2.24 mPa.s, i.e. a concentration of uranium VI less than 30 g / L.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1662462A FR3059909B1 (en) | 2016-12-14 | 2016-12-14 | SOLVENT EXTRACTION DEVICE WITH VISCOSITY VARIATION COMPENSATION AND ASSOCIATED EXTRACTION METHOD |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1662462 | 2016-12-14 | ||
FR1662462A FR3059909B1 (en) | 2016-12-14 | 2016-12-14 | SOLVENT EXTRACTION DEVICE WITH VISCOSITY VARIATION COMPENSATION AND ASSOCIATED EXTRACTION METHOD |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FR3059909A1 true FR3059909A1 (en) | 2018-06-15 |
FR3059909B1 FR3059909B1 (en) | 2019-05-24 |
Family
ID=58737634
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR1662462A Active FR3059909B1 (en) | 2016-12-14 | 2016-12-14 | SOLVENT EXTRACTION DEVICE WITH VISCOSITY VARIATION COMPENSATION AND ASSOCIATED EXTRACTION METHOD |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FR (1) | FR3059909B1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3387945A (en) * | 1964-06-19 | 1968-06-11 | Commissariat Energie Atomique | Processes for simultaneously purifying and concentrating plutonium solutions |
US5085834A (en) * | 1989-12-15 | 1992-02-04 | Cogema-Compaignie Generale Des Matieres Nucleaires | Method for separating by using crown compounds plutonium from uranium and from fission products in the initial stages for the reprocessing of irradiated nuclear fuels |
US6454945B1 (en) * | 1995-06-16 | 2002-09-24 | University Of Washington | Microfabricated devices and methods |
WO2010022441A1 (en) * | 2008-08-25 | 2010-03-04 | University Of South Australia | Extraction processes |
-
2016
- 2016-12-14 FR FR1662462A patent/FR3059909B1/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3387945A (en) * | 1964-06-19 | 1968-06-11 | Commissariat Energie Atomique | Processes for simultaneously purifying and concentrating plutonium solutions |
US5085834A (en) * | 1989-12-15 | 1992-02-04 | Cogema-Compaignie Generale Des Matieres Nucleaires | Method for separating by using crown compounds plutonium from uranium and from fission products in the initial stages for the reprocessing of irradiated nuclear fuels |
US6454945B1 (en) * | 1995-06-16 | 2002-09-24 | University Of Washington | Microfabricated devices and methods |
WO2010022441A1 (en) * | 2008-08-25 | 2010-03-04 | University Of South Australia | Extraction processes |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR3059909B1 (en) | 2019-05-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2732806C2 (en) | Separation and analysis of samples by microfluidic electrophoresis in free flow | |
JP7015109B2 (en) | Fluid separation and detection | |
US6171865B1 (en) | Simultaneous analyte determination and reference balancing in reference T-sensor devices | |
US9914120B2 (en) | Blood cell counting device and method | |
JP6683653B2 (en) | Micro flow filtration system and flow filtration method | |
EP3108260A1 (en) | System and method for transferring a fluid sample in a fluid cell | |
US9917148B2 (en) | Self-limited, anisotropic wet etching of transverse vias in microfluidic chips | |
US11911762B2 (en) | Biomarker detection using integrated purification-detection devices | |
US11338285B2 (en) | Fluidic cell designs for interfacing microfluidic chips and nanofluidic chips | |
FR3058328A1 (en) | PARTICLE SORTING EQUIPMENT PRESENT IN A FLUID SAMPLE | |
FR3075068A1 (en) | MICROFLUIDIC CHIP FOR MIXING AT LEAST TWO FLUIDS AND FOR ANALYZING THE COMPOSITION OF FLUIDS | |
FR3059909A1 (en) | SOLVENT EXTRACTION DEVICE WITH VISCOSITY VARIATION COMPENSATION AND ASSOCIATED EXTRACTION METHOD | |
FR2864246A1 (en) | Analyzing sample of liquid comprises injecting it into reaction loop coupled to means of lighting and means of detection | |
Zhang et al. | In‐line sample concentration by evaporation through porous hollow fibers and micromachined membranes embedded in microfluidic devices | |
Dextras et al. | Fabrication and characterization of an integrated microsystem for protein preconcentration and sensing | |
US20210146355A1 (en) | Fluidic cavities for on-chip layering and sealing of separation arrays | |
EP3606654B1 (en) | Microfluidic mixing system comprising a controlled injector for mixing with a taylor-aris-type dispersion, and method | |
EP2678106A1 (en) | Microfluidic extraction device having a stabilized liquid/liquid interface | |
US11117131B2 (en) | Electrokinetically separating, encapsulating and extracting analytes on a microfluidic device | |
JP5922719B2 (en) | Blood coagulation test method | |
Wells et al. | DLD Particle Separation Device with Thin Top Membrane | |
Sharma et al. | Precise and Low Volume Sampling Using Microfluidic Device | |
Stout et al. | Particle trapping in electrostatically actuated nanofluidic barriers | |
WO2020094827A1 (en) | Microfluidic droplet concentrator | |
Galicia | Electropreconcentration in nanofluidic devices: predict and experimentally demonstrate stacking/focusing regimes |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20180615 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 4 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 5 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 6 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 7 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 8 |