JP2020040007A - ミキサーセトラー型溶媒抽出設備 - Google Patents

Abstract

【課題】溶媒抽出装置からの放散熱を制御することで、加熱、冷却に係るコストを抑えながら、溶媒抽出装置内の液温を容易に制御することができるミキサーセトラー型溶媒抽出設備を提供する。【解決手段】ミキサー部３２とセトラー部３３とを備えた装置本体３１と、この装置本体３１の、少なくとも下方に、装置本体３１の下外面と離間することで空気層を形成する空気層形成羽根１２と、を有するミキサーセトラー型溶媒抽出設備１０である。この構成により、装置本体３１内の液体が接している底面の外側に、断熱層としての空気層を形成することができ、冬季に装置本体からの放熱を抑制することができる。すなわち、シンプルな構成で冬季に装置本体内の液温を高く保つことができる。【選択図】図１

Description

本発明は、ミキサーセトラー型溶媒抽出設備に関する。さらに詳しくは、外気の温度に対して内部温度の調整が可能なミキサーセトラー型溶媒抽出設備に関する。

例えばニッケル・コバルト混合硫化物原料を加圧浸出することにより得られた硫酸ニッケルと硫酸コバルトとの混合水溶液からコバルトを抽出分離するために、特許文献１に開示されているようなミキサーセトラー型の溶媒抽出装置が用いられている。このような溶媒抽出装置は、通常屋外に設置される。

特開２０１５−９２１８号公報

ミキサーセトラー型溶媒抽出装置においては、溶媒抽出装置内での抽出反応を、適正に進行させるため、溶媒抽出装置内の液温は、所定の範囲に制御される必要がある。具体的には、抽出対象の金属元素の抽出率を向上させるため、あるいは逆に抽出対象ではない金属元素の抽出率を低下させるために、ミキサー部の油水混合液の液温は最適範囲に維持される。抽出反応とは別の観点では、油水混合液の液温を上昇させれば有機溶媒の粘性が下がって、セトラー部における油水分離性が向上する一方で、油水混合液の液温を上昇させ過ぎると有機溶媒の蒸気圧が上昇し、有機溶媒の揮発が促進されるため、油水混合液の液温が最適範囲に維持される。溶媒抽出装置内の液温を所定の範囲に制御するには、一般的に、あらかじめ溶媒抽出装置に供給される水相部を熱交換器等により加温または冷却することにより行われるが、ミキサー部の油水混合液を直接加温または冷却するものではないため、ある程度の振れ幅が生じてしまう。また、ミキサーセトラーは直列に多段に接続されるため、外気による放冷の影響を大きく受け、水相部の流れに対して下流側のミキサーセトラーの液温が低下してしまう。そこで、ミキサーセトラーの放散熱量を制御する必要があり、気温が高くなる夏の間は、内部の液温が上がり過ぎないようにする必要があるとともに、気温が低くなる冬の間は、内部の液温が下がり過ぎないようにする必要がある。従来は、上記のように溶媒抽出装置に供給される水相部の液温を制御すると共に、保温材を溶媒抽出装置の外側に設けること等により、溶媒抽出装置内の液温の制御は可能であった。しかし、屋外における寒暖の差は、近年大きくなる傾向があり、ある程度の振れ幅を想定し、許容した従来の方法での温度制御には限界がある。また、溶媒抽出装置の外部から冷却装置により冷却したり、蒸気を使用して溶媒抽出装置の外部から加熱したりする方法もあるが、装置コストおよび運転コストが大きくなるという問題がある。さらに溶媒抽出装置に直接、加熱、冷却装置を組み込む手段も考えられるが、熱交換用の伝熱面が必要となるため、抽出反応や油水分離に悪影響を与える。外気温の変化に合わせて、保温材の厚みや範囲等を変更する方法も考えられるが、手間とコストが掛かり現実的ではない。

本発明は上記事情に鑑み、溶媒抽出装置からの放散熱を制御することで、加熱、冷却に係るコストを抑えながら、溶媒抽出装置内の液温を容易に制御することができるミキサーセトラー型溶媒抽出設備を提供することを目的とする。

第１発明のミキサーセトラー型溶媒抽出設備は、ミキサー部とセトラー部とを備えた装置本体と、該装置本体の少なくとも一部に、前記装置本体の外面と離間することで空気層を形成する空気層形成羽根と、を有することを特徴とする。
第２発明のミキサーセトラー型溶媒抽出設備は、第１発明において、前記空気層形成羽根は、前記装置本体の少なくとも下方に設けられていることを特徴とする。
第３発明のミキサーセトラー型溶媒抽出設備は、第１発明または第２発明において、前記空気層形成羽根は、水平な回転軸を有するとともに、該回転軸を中心に回転することで、空気遮断位置と空気開放位置との間で前記空気層形成羽根の姿勢を変更することが可能であることを特徴とする。
第４発明のミキサーセトラー型溶媒抽出設備は、第３発明において、前記回転軸には、前記空気層形成羽根が、前記空気遮断位置または前記空気開放位置となったときにその姿勢を維持するための位置決め機構が設けられていることを特徴とする。

第１発明によれば、装置本体の少なくとも一部に、装置本体の外面と離間することで空気層を形成する空気層形成羽根を有していることにより、断熱層としての空気層を形成することができ、冬季に装置本体からの放熱を抑制することができる。すなわち、シンプルな構成で冬季に装置本体内の液温を高く保つことができる。
第２発明によれば、空気層形成羽根が、装置本体の少なくとも下方に設けられていることにより、面積が広く、また装置本体内の液体が全面に接している面において空気層を形成できるので、効率的に装置本体からの放熱を抑制することができる。
第３発明によれば、空気層形成羽根が、回転軸を中心に回転し、空気遮断位置と空気開放位置との間で空気層形成羽根の姿勢を変更することが可能であることにより、冬季のように放熱を抑制する必要があるときは空気遮断位置に、夏季のように放熱を促進する必要があるときは空気開放位置に、空気層形成羽根の姿勢を変更できるので、外気の温度を確認しながら、シンプルな構成で装置本体内の液温を制御できる。
第４発明によれば、回転軸に空気層形成羽根の姿勢を維持する位置決め機構が設けられていることにより、屋外の風雨にさらされる環境でも、確実に空気層形成羽根の姿勢を維持できる。

本発明の一実施形態に係るミキサーセトラー型溶媒抽出設備を構成する空気層形成羽根周辺の側方からの断面図である。図１（Ａ）は、空気層形成羽根が空気開放位置にある場合の図である。図１（Ｂ）は空気層形成羽根が空気遮断位置にある場合の図である。 本発明の一実施形態に係るミキサーセトラー型溶媒抽出設備の正面方向からの断面図である。 図１の空気層形成羽根周辺の平面図である。 図１の空気層形成羽根周辺の側面図である。図４（Ａ）は、空気層形成羽根が空気開放位置にある場合の図である。図４（Ｂ）は、空気層形成羽根が空気遮断位置にある場合の図である。 図４（Ａ）の一部拡大図である。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するためのミキサーセトラー型溶媒抽出設備を例示するものであって、本発明はミキサーセトラー型溶媒抽出設備を以下のものに特定しない。なお、各図面が示す部材の大きさ、寸法比、構造または位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。

（ミキサーセトラー型溶媒抽出設備１０の装置本体３１）
図２には、本発明の実施形態に係るミキサーセトラー型溶媒抽出設備１０の正面方向からの断面図を示す。このミキサーセトラー型溶媒抽出設備１０は、２つのコンクリート壁３８と、このコンクリート壁３８の上に設けられた装置本体３１と、を含んで構成されている。装置本体３１は、Ｈ形鋼である基礎形鋼１３を介してコンクリート壁３８上に載置されている。

装置本体３１は気密性を有している。装置本体３１は隔壁によりミキサー部３２とセトラー部３３とに分けられている。ミキサー部３２には撹拌機３４が設けられている。また、装置本体３１の側面には、装置本体３１内の液温を保持するために保温材３９が貼り付けられている。なお、図２において実線矢印は有機溶媒（有機相３６）の流れを示し、破線矢印は工程液（水相３７）の流れを示す。

ミキサー部３２には有機溶媒と工程液とが供給される。ミキサー部３２において、有機溶媒と工程液とが撹拌機３４により撹拌され混合液３５となる。混合液３５はセトラー部３３に移送され、静置される。そうすると、有機相３６と水相３７とが上下に分離する。その後、セトラー部３３から有機相３６の有機溶媒と水相３７の工程液とが別々に排出される。

以上の過程で、工程液中の目的成分を有機溶媒に移行させたり、その逆の操作が行われたりする。例えば、工程液として粗硫酸ニッケル水溶液を用いれば、粗硫酸ニッケル水溶液に含まれる不純物を有機溶媒に抽出して、高純度硫酸ニッケル水溶液を得ることができる。一般に工業的な溶媒抽出は複数段のミキサーセトラー型溶媒抽出設備１０を用いて、有機溶媒と工程液とを向流させながら、混合、静置の操作を繰り返す。これにより、抽出率および逆抽出率を上げている。

（ミキサーセトラー型溶媒抽出設備１０の空気層形成羽根１２）
図２に示すように、本実施形態に係るミキサーセトラー型溶媒抽出設備１０は、装置本体３１の下方に空気層形成羽根１２が設けられている。この空気層形成羽根１２により装置本体３１の下方に断熱層としての空気層１１が形成される。

図１には、空気層形成羽根１２周辺の側方からの断面図（図３のＩ−Ｉ矢視）を、図３には、空気層形成羽根１２周辺の平面図を、図４には、図３のＩＶ−ＩＶ矢視での空気層形成羽根１２周辺の側面図を示す。図１（Ａ）および図４（Ａ）は、空気層形成羽根１２が空気開放位置にある場合の図である。また図１（Ｂ）および図４（Ｂ）は、空気層形成羽根１２が空気遮断位置にある場合の図である。

空気層形成羽根１２は、本実施形態では１２枚設けられている。空気層形成羽根１２は、図３の紙面において左右方向（図２の紙面において左右方向）に２枚並べられるとともに、図３の紙面において上手方向（図２の紙面において奥行き方向）に６枚並べられている。図２の紙面において左右方向に並べられた２枚の空気層形成羽根１２は、一つの水平な回転軸１５に固定されている。すなわち、回転軸１５は図１に示すように６本設けられており、それぞれの回転軸１５に、その回転軸１５の軸方向に２枚の空気層形成羽根１２が固定されている。

空気層形成羽根１２は、空気層形成羽根１２の短手方向の中心で回転軸１５に固定されている。空気層形成羽根１２の短手方向の長さは、６枚を空気遮断位置に合わせたときに装置本体３１の下面の、図２の奥行き方向の長さとほぼ同程度になるような長さである。また空気層形成羽根１２の長手方向の長さは、２枚合わせた長さがコンクリート壁３８の内面間の長さとほぼ同等になるような長さである。

空気層形成羽根１２の材質は耐候性の高いステンレスが望ましい。ただし、特にステンレスに限定されず、長期間の耐候性を有する材質であれば問題ない。

図１に示すように、空気層形成羽根１２と一体となっている回転軸１５は、板状の軸サポータ１４により支持されている。この軸サポータ１４の切り欠き部分に回転軸１５が嵌まり込む。回転軸１５は、切り欠き部分で、その軸心を中心に回転することできる。図３に示すように軸サポータ１４は回転軸１５の軸心方向に３枚設けられている。またこの軸サポータ１４は、基礎形鋼１３にねじで固定されている。

図４に示すように、空気層形成羽根１２には、回転軸１５ごとに取手１８が設けられている。ミキサーセトラー型溶媒抽出設備１０の使用者は、この取手１８を用いて、空気層形成羽根１２を、図４（Ａ）の空気開放位置から図４（Ｂ）の空気遮断位置へ、またはその逆へ、容易に姿勢を変更させることできる。

図４に示すように、回転軸１５には、回転軸１５に固定された、空気層形成羽根１２の固定用アーム１７がそれぞれ設けられている。また、図２から図４に示すように、固定用アーム１７を固定するための固定ボード１６が、ミキサーセトラー型溶媒抽出設備１０には設けられている。この固定用アーム１７および固定ボード１６は、空気層形成羽根１２の姿勢を維持するための位置決め機構を構成している。

図５には、図４（Ａ）の一部拡大図を示す。図５は、図４（Ａ）の左端の空気層形成羽根１２周辺を拡大したものであり、二点鎖線により図４（Ｂ）で表されている固定用アーム１７を記載している。固定用アーム１７は、一方の端部が回転軸１５に固定されている。このため回転軸１５が回転すると、その回転動作にあわせて固定用アーム１７が、回転軸１５の軸心を中心に回転する。また固定用アーム１７のもう一方の端部には、ボルトが通過するためのボルト孔１７ａが設けられている。ミキサーセトラー型溶媒抽出設備１０の使用者は、空気層形成羽根１２を図４（Ａ）の空気開放位置に位置させた後に、固定用アーム１７の端部のボルト孔１７ａにボルト１７ｂを差込み、固定ボード１６の固定孔１６ａへ固定用アーム１７をねじ止めする。このように固定用アーム１７が固定されることにより回転軸１５は固定され、空気層形成羽根１２は動作しないようになる。また使用者は空気層形成羽根１２を図４（Ｂ）の空気遮断位置に位置させた後に、固定ボード１６の固定孔１６ａへ固定用アーム１７をねじ止めすることもできる。

本実施形態では、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示すように、図４の紙面において右側に位置する３つの回転軸１５は、時計回りに６０度回転することで、空気層形成羽根１２の姿勢を、空気遮断位置から空気開放位置へ変更する。逆に左側に位置する３つの回転軸１５は、反時計回りに６０度回転することで、空気層形成羽根１２の姿勢を、空気遮断位置から空気開放位置へ変更する。さらに、例えば、空気遮断位置と空気開放位置との中間位置、すなわちそれぞれの位置から対向する位置へ３０度回転した位置に、回転軸１５を固定させることもできる。

上記の構成のミキサーセトラー型溶媒抽出設備１０は以下の効果を奏する。
装置本体３１の少なくとも一部に、装置本体３１の外面と離間することで空気層１１を形成する空気層形成羽根１２を有していることにより、断熱層としての空気層１１を形成することができ、冬季に装置本体３１からの放熱を抑制することができる。すなわち、シンプルな構成で冬季に装置本体３１内の液温を高く保つことができる。

さらに、空気層形成羽根１２が、装置本体３１の少なくとも下方に設けられている場合は、面積が広く、また装置本体３１内の液体が全面に接している面において空気層１１を形成できるので、効率的に装置本体３１からの放熱を抑制することができる。

また、空気層形成羽根１２が、回転軸１５を中心に回転し、空気遮断位置と空気開放位置との間で空気層形成羽根１２の姿勢を変更することが可能であることにより、冬季のように放熱を抑制する必要があるときは空気遮断位置に、夏季のように放熱を促進する必要があるときは空気開放位置に、空気層形成羽根１２の姿勢を変更できるので、外気の温度を確認しながら、シンプルな構成で装置本体３１内の液温を制御できる。

加えて、回転軸１５に空気層形成羽根１２の姿勢を維持する位置決め機構が設けられていることにより、屋外の風雨にさらされる環境でも、確実に空気層形成羽根１２の姿勢を維持できる。

また、外気の温度と装置本体３１内の液温の変化を確認しながら、例えば空気遮断位置と空気開放位置との中間位置に維持することもできる。さらに６枚の空気層形成羽根１２のうち３枚を空気遮断位置に、３枚を空気開放位置に維持する等の調整も可能である。なお、一実施形態として、使用者が手動で空気層形成羽根１２の位置調整を行う場合について説明したが、これに限らず、エアーシリンダーや電動モーターを用いて遠隔操作をすることも可能である。さらに、計測された液温に基づき、自動操作によって液温の調節を行うことも可能である。

（他の実施形態）
上記の実施形態では、装置本体３１の下方にのみ空気層形成羽根１２が設けられており、装置本体３１の側面には保温材３９が貼り付けられていた。しかし本発明に係るミキサーセトラー型溶媒抽出設備１０は、この形態に限定されない。例えば、装置本体３１の側面または上面に空気層形成羽根１２を設けることも可能である。ただし、装置本体３１の底面は、面積が広く、また装置本体３１内の液体が直接接する部分でもあるため、この部分に空気層形成羽根１２が設けられている必要がある。

また、上記の実施形態では、回転軸１５を支持する軸サポータ１４が、装置本体３１ではなく、基礎形鋼１３に設けられていたが、本発明に係るミキサーセトラー型溶媒抽出設備１０は、この形態に限定されない。例えば、装置本体３１に直接、軸サポータ１４を設けることも可能である。

また、上記の実施形態では、回転軸１５により空気層形成羽根１２が回転し、空気遮断位置と空気開放位置との間で空気層形成羽根１２の姿勢が変更されたが、本発明に係るミキサーセトラー型溶媒抽出設備１０は、この形態に限定されない。例えば、空気層形成羽根１２を、空気層１１を形成するように並べて固定することも可能である。この場合、隣接した空気層形成羽根１２を他の空気層形成羽根１２の上に重畳することで、空気層形成羽根１２による装置本体３１の底面の面積の半分だけを開放することも可能である。

本明細書で開示した構成は、ミキサーセトラー型溶媒抽出設備１０において、上に記載の効果を奏する。他にも、屋外に設置する反応器など、装置の内部の液温の制御が必要な機器に本構成を採用することが可能である。

１０ ミキサーセトラー型溶媒抽出設備
１２ 空気層形成羽根
１５ 回転軸
３１ 装置本体
３２ ミキサー部
３３ セトラー部

Claims (4)

1. ミキサー部とセトラー部とを備えた装置本体と、
   該装置本体の少なくとも一部に、前記装置本体の外面と離間することで空気層を形成する空気層形成羽根と、を有する、
   ことを特徴とするミキサーセトラー型溶媒抽出設備。
2. 前記空気層形成羽根は、前記装置本体の少なくとも下方に設けられている、
   ことを特徴とする請求項１記載のミキサーセトラー型溶媒抽出設備。
3. 前記空気層形成羽根は、水平な回転軸を有するとともに、
   該回転軸を中心に回転することで、空気遮断位置と空気開放位置との間で前記空気層形成羽根の姿勢を変更することが可能である、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のミキサーセトラー型溶媒抽出設備。
4. 前記回転軸には、
   前記空気層形成羽根が、前記空気遮断位置または前記空気開放位置となったときにその姿勢を維持するための位置決め機構が設けられている、
   ことを特徴とする請求項３記載のミキサーセトラー型溶媒抽出設備。

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