JP3481560B2 - 高さ調節分離隔壁と方向転換板を利用した有機相遠心分離装置 - Google Patents
高さ調節分離隔壁と方向転換板を利用した有機相遠心分離装置Info
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Description
方向転換板を利用した有機相遠心分離装置に関し、原子
力発電所で使用して出た使用後核燃料の累積量を減少さ
せるため、使用後核燃料の処理後発生する放射性廃液か
ら白金族元素等の有用元素と化学的毒性が強い高放射線
物質等を混合反応を通して有機相液体に抽出する高さ調
節分離隔壁と方向転換板を利用した有機相遠心分離装置
に関する。
体を分離する際、図2のように2液体の混合比と液体の
回転速度によって2液体が分離される境界層の厚さと高
さが異なり、また液体の回転速度により2液体の混合反
応時間も異なる。よって、2液体の分離効率を高めるた
めには、図2のように2液体の混合比によって変化する
境界層の厚さに合わせて分離隔壁の高さを位置づけしな
ければならず、回転速度と混合反応時間も変化させなけ
ればならない。
は、分離隔壁の高さが一定に固定されているため混合比
が異なる場合、2液相の分離が適切になされないことか
ら、混合比によって回転速度と分離隔壁の高さが互いに
異なる数台の遠心分離装置を使用しなければならない問
題点があった。また、分離隔壁の高さを調節できない
為、図2の4)のように有機相と水溶相の2液体が水平
方向に完全に分離される時まで、液体を高速回転(水溶
相及び有機相の比重により多少差異があるが、大概36
00rpm以上)させなければならないため、液体が装
置内に滞留する混合反応時間が短縮され、操作者が実験
目的に合うように混合反応時間を任意のままに調節でき
ない等いろいろな問題点があった。
問題点を鑑みてなされたもので、その目的は分離隔壁と
方向転換板の位置を調節し、有機相物質と水溶相物質が
任意の比率で混合された放射線廃液から有用元素及び化
学的毒性が強い放射線元素が含まれる有機相物質の分離
効率を高めることによって有用元素を抽出したり、放射
線廃棄物量を減少し、貯蔵空間を低減できる高さ調節分
離隔壁と方向転換板を利用した有機相遠心分離装置を提
供することにある。
分離装置は2液相を吸入して、吸入された2液相の混合
反応時間を調節した後、遠心力により層分離する吸入・
回転部と、前記層分離された2液相の境界層の位置に分
離隔壁を移動させる分離隔壁高さ調節部と、前記分離隔
壁により分離された2液体を各々外部に排出して、吸入
・回転部を支持する固定体部とを含んで構成され、流入
される2液相の混合比及び吸入された2液相の回転速度
にかかわらず、2液相を分離して、吸入された2液相の
混合反応時間を調節できる高さ調節分離隔壁と方向転換
板を利用した有機相遠心分離装置を提供する。
出た使用後核燃料の処理後に発生する排気物量を減少さ
せるため、多様な方法等が紹介されてきた。特に、遠心
分離法による方法は、固体となっている使用後核燃料を
硝酸に融解させた水溶相液体を有機相の溶媒抽出剤を使
用し、水溶相に含まれている白金族元素等の有用元素と
放射線等の化学的毒性が強い物質等を混合反応を通して
有機相液体に抽出する方法である。本発明は、前記遠心
分離法を利用するもので、遠心分離装置内に供給される
有機相液体と水溶相液体が回転速度と2液相の混合比に
よって変化する境界層の位置に分離隔壁の高さを合わせ
られるようにして、遠心力を加重させる方向転換板の位
置を垂直方向に調節することにより、混合反応時間を適
切に選択することができる。
と方向転換板を利用したもので、高速回転する内側ベア
リングと外側ベアリング間に高さを調節できる分離隔壁
を設置し、回転体の回転速度と2液相の常備により変化
する境界層の厚さによって分離隔壁の高さを調節可能に
することで分離効率を高めて、混合反応時間を調節する
ことができる。また、吸入された2液体がぶつかり遠心
力方向に流速の力を加重させる役割をする方向転換板を
吸入軸に設けて、垂直方向に調節可能にすることで吸入
インペラにより吸入管に流入された2液相の混合反応時
間に対する選択の幅を広げられる。
説明する。図1は、本発明による構成を示した遠心分離
装置の概略図を示す。本発明は有機相物質と水溶相物質
を吸入・分離する吸入・回転部10と、前記吸入・分離
された有機相物質と水溶相物質を分離する分離隔壁高さ
調節部20と、前記吸入・回転部を支持する固定体部3
0とから構成される。
00内に有機相物質と水溶相物質の2液相を吸入・分離
するもので、2液相を供給する吸入管11と、前記吸入
管11先端部に設けられる方向転換板12と、前記方向
転換板12下部に位置するよう設置されるインペラ13
と、前記インペラ13と一体型に作動される回転体14
と、前記インペラ13及び回転体14を作動させる駆動
モータ15とから構成される。
いる流量計により常備が調節された2液相を遠心分離装
置100内に供給するもので、上部に設置される固定ボ
ルト111により固定フレーム112に固定される。
り吸入された2液体がぶつかり遠心力方向に流速の力を
加重させる役割をするもので、吸入管11先端部にイン
ペラ13と向き合うように設置され、吸入管11の上/
下移動時、吸入管11と一体型に移動され遠心分離装置
100内の2液体の滞留時間を変化させる。即ち、方向
転換板12の高さを変化させ装置内の吸入インペラ13
と方向転換板12との間の空間の大きさを変化させるこ
とで、2液体が装置内にとどまる滞留時間を変化させ
る。
合、まず吸入管11上部に締結される固定ボルト111
をはずして方向転換板12を自在に上下方向に動かし
て、調節が終わると、固定ボルト111を再び締めて固
定する。
される有機相液体と水溶相液体を吸入するもので、方向
転換板12下部に位置するように設置され、駆動モータ
15により回転体14と一体型に作動される。
入された2液相に遠心力を加えて有機相液体と水溶相液
体に分離・排出するもので、円筒形状を備えて、上部に
水溶相液体上部ガイド141が設置されて、駆動モータ
15によりインペラ13と一体型に作動されると同時
に、支持ベアリング142により固定体部30に支持さ
れる。
イド143が形成されて、分離隔壁ガイド143と回転
体14の内面との間に水溶相液体回転出口144が形成
され、分離隔壁ガイド143上部に回転体14を貫通す
る多数個の有機相液体回転出口1431が形成される。
相液体回転出口144を通じて吐出される水溶相液体を
固定体部30内にガイドするもので、中央に吸入管11
が貫通される吸入管ガイド1411と、前記吸入管11
ガイドを中心に一定距離を保って、多数個の貫通ホール
1412が形成される。
1の上/下移動時、これをガイドするもので、上部に回
転体14を貫通する有機相液体回転出口1431が形成
される。
壁ガイド143と回転体14との間、即ち、分離隔壁ガ
イド143の外側面と回転体14の内側面により形成さ
れるもので、分離隔壁21により分離された水溶相液体
を水溶相液体上部ガイド141を通じて固定体部30内
に排出する。
隔壁21により分離された有機相液体を固定体部30内
に移送させるもので、回転体14を貫通するよう分離隔
壁ガイド143上部に一定間隔を保って多数個設置され
る。
図4のように、吸入・回転部10に連結・設置されるも
ので、吸入・回転部10の作動により境界層が形成され
た有機相液体と水溶相液体を分離する分離隔壁21と、
前記分離隔壁21上部に連結・設置される多数個の高さ
調節案内棒22と、前記高さ調節案内棒22上部に連結
・設置される内側ベアリング固定キャップ23と、前記
内側ベアリング固定キャップ23により支持される内側
ベアリング24と、前記内側ベアリング固定キャップ2
3の外側に設置される外側ベアリング25と、前記外側
ベアリング25を支持する外側ベアリング固定キャップ
26と、前記外側ベアリング固定キャップ26を固定す
る分離隔壁固定ボルト27とから構成される。
さ調節案内棒22及び吸入・回転部の吸入管11は、吸
入・回転部10の水溶相液体上部ガイド141に形成さ
れた貫通ホール1412及び吸入管ガイド1411内に
各々挿入・貫通・設置されているため、駆動モータ15
の作動時、外側ベアリング固定キャップ26を除外した
分離隔壁高さ調節部20が、吸入管11と方向転換板1
2を除外した吸入・回転部10と一体型に回転する。即
ち、前記外側ベアリング固定キャップ26は、分離隔壁
固定ボルト27により固定されて、吸入管11、吸入管
11と一体型に形成された方向転換板12は吸入管固定
ボルト111により固定され、外側ベアリング25は外
側ベアリング固定キャップ26に対して内側ベアリング
固定キャップ23、高さ調節案内棒22、分離隔壁21
が回転可能に設置されると同時に、吸入管11は水溶相
液体上部ガイド141の中央に形成された吸入管ガイド
1411内に挿入・貫通・設置されているため、駆動モ
ータ15の作動回転時、外側ベアリング固定キャップ2
6を除外した分離隔壁高さ調節部20が、吸入管11と
方向転換板12を除外した吸入・回転部10と一体型で
回転する。
3下部に設置される高さ調節案内棒22は120°間隔
で設けられ、水溶相液体上部ガイド141に形成された
3個の貫通ホール1412によって案内される。この
時、前記高さ調節案内棒22によりガイドされる分離隔
壁21は、図3のように水溶相液体上部ガイド141下
端に連結・設置された分離隔壁ガイド143によって移
動される。前述した分離隔壁21は、高さ調節後、図1
のように、外側ベアリング固定キャップ26の両側を固
定ボルト27に締められてその位置を固定する。
る部分である回転体14、水溶相液体上部ガイド141
及び外側ベアリング固定キャップ26を除外した分離隔
壁高さ調節部20の残りの部分は、回転体14下端部に
設置された回転体支持ベアリング142と、外側ベアリ
ング固定キャップ26により支持される外側ベアリング
25により支持される。
支持するもので、吸入・回転部10の水溶相液体回転出
口144と有機相液体回転出口1431が連結され、前
記水溶相液体回転出口144及び有機相液体回転出口1
431が連結された部位に水溶相液体固定出口31及び
有機相液体固定出口32が各々形成される。即ち、固定
体部30の内側には有機相液体固定出口32が有機相液
体回転出口1431と連結可能に、また、外側には水溶
相液体固定出口31が水溶相液体回転出口144と連結
可能に各々形成される。
さ調節分離隔壁21と方向転換板12を利用した遠心分
離装置100の2液体の分離順序を説明する。
溶相液体を供給すると、2液体は回転体14の駆動モー
タ15により回転体14のように回転する吸入インペラ
13の吸入力により遠心分離装置100の回転体14内
に同時に吸入される。この時、2液相の常備は装置外部
に設置されている流量計により調節される。
液体は、吸入管11に設けられた方向転換板12にぶつ
かり吸入軸の外側方向(遠心力の作用方向)へ傾き、比
重差により互いに異なる遠心力が作用し、図2のような
比重が大きな水溶相液体は回転体14内壁に集中され、
相対的に比重が小さな有機相液体は水溶相液体の外側に
集まる。
と、遠心力が増加し2液体の層が分離し、回転体14の
内壁にそって上昇する。回転速度によって変化する2液
体の境界層の厚さの変化は図2の通りで、各回転速度に
よって境界層の位置を観察し分離隔壁21の入口を境界
層に位置させると、分離隔壁21により有機相液体と水
溶相液体が分離される。
た有機相液体は、分離隔壁の内壁にのって上り分離隔壁
ガイド143上端部に設置された6個の有機相液体回転
出口1431を通じて固定体部30に付着されている有
機相液体固定出口32に排出されて、水溶相液体は回転
体14の内壁と分離隔壁ガイド143の外壁との間を過
ぎて水溶相液体回転出口144を通って回転体14の外
に排出された後、水溶相液体上部ガイド141の案内に
より固定体部30に設けられている水溶相液体固定出口
31に排出される。
壁と方向転換板を利用した有機相遠心分離装置の分離性
能を知るため、図5のように装置を製作し実験を実施し
た。実験では、高さ調節用分離隔壁と方向転換板の高さ
を認識するため装置を固定するフレーム部分に目盛を設
けた。実験条件は常温で実施し、有機相溶液には灯油
を、水溶相溶液には黄褐色の鉄分が添加された蒸留水を
使用した。鉄分を添加した理由は鉄分が有機相には溶け
ず、水溶相には溶ける性質を利用して有機相液体と水溶
相液体の色相差を明確に区別するためである。
時間の変化測定 回転体の回転速度を3,000rpmに固定して、方向
転換板の高さを変化させ2液体が装置内に滞留する滞留
時間を測定した。実験で方向転換板の高さは、方向転換
板と吸入インペラ間との距離を肉眼で測定した。液体の
滞留時間は、2液体を注入した瞬間から2液体が装置の
外に完全にぬけ出る時までの時間で測定できるが、肉眼
では2液体が完全にぬけ出たことを明確に区別できな
い。よって、正確な滞留時間を測定するため一般的に多
く使用される流体の電気伝導度測定方法を使用し平均滞
留時間(residence time)を求めた。
次のような平均滞留時間を求めることができた。
方向転換板の高さを変化させることにより、2液体の装
置内滞留時間を変化させることがわかる。
度の変化による分離状態の観察 高さ調節分離隔壁の高さを変化させて、2液体が完全に
分離される時の回転体の回転速度を測定した。実験で分
離隔壁の高さは高さ調節案内棒に基準点を示して、この
基準点と水溶相液体の上部ガイドの上面との距離を測定
し求め、2液体が完全に分離されたかの可否は実験1と
同じ方法で正確性を期するために流体の電気伝導度を測
定し判定した。
って2液体の境界層の厚さの変化を肉眼で観察すること
ができ、実験結果、高さ調節分離隔壁の高さの変化によ
り2液体が完全に分離される回転体の回転速度は次のよ
うに求められた。即ち、
高さを調節することで、回転体の回転速度にかかわらず
2液体を成功的に分離できることがわかった。
に限定されず、請求範囲で請求する本発明の要旨から逸
脱せず、当該発明が属する技術分野で通常の知識をもつ
者なら誰でも多様な変形実施が可能なことはもちろん、
このような変形は請求範囲に記載の範囲内にある。
を調節できるよう構成され、流体の低い回転速度でも2
液体の分離が可能で、任意の混合比を備える液体にも適
用可能である。さらには、方向転換板の高さ調節を通し
て水溶相と有機相液体がとどまる空間を調節することで
滞留時間即ち、混合反応時間を適切に選択することがで
きる。
分離条件により装置をいちいち製作する困難を解決する
ことにより分離効率を向上させて、分離費用を大幅に減
少させられ、放射線廃液の中で強い放射線をおびた物質
や有用元素を抽出して出し、放射線廃液の貯蔵空間を低
減できる等多くの効果が得られる。
ある。
壁の位置変化図である。
ある。
る。
Claims (9)
- 【請求項1】 2液相を供給する吸入管より2液相を吸
入して、吸入された2液相が衝突する位置に設けられた
インペラと、前記インペラと対向して前記吸入管の先端
部に設けられた方向転換板との間の距離を、前記吸入管
と一体的に前記方向転換板を移動させて調整することに
より吸入された2液相の混合反応時間を調節した後、回
転による遠心力により層分離する吸入回転部と、分離条
件によって液の流れ方向に変位する、前記層分離された
2液相の境界層の位置に分離隔壁を移動させる分離隔壁
高さ調節部と、前記分離隔壁により分離された2液体を
各々外部に排出するとともに、前記吸入回転部を支持す
る固定体部とを含んで構成されることを特徴とする高さ
調節分離隔壁と方向転換板を利用した有機相遠心分離装
置。 - 【請求項2】 前記吸入・回転部は2液相を供給する吸
入管と、前記吸入管の先端部に設けられる方向転換板
と、前記方向転換板の下部に位置するように設置される
インペラと、前記インペラと一体型で作動される回転体
と、前記インペラ及び回転体を作動させる駆動モータと
から構成されることを特徴とする請求項1に記載の高さ
調節分離隔壁と方向転換板を利用した有機相遠心分離装
置。 - 【請求項3】 前記吸入管と方向転換板は一体化されて
おり、上下に移動して方向転換板の位置を調整した後、
固定フレームに固定されることを特徴とする請求項2記
載の高さ調節分離隔壁と方向転換板を利用した有機相遠
心分離装置。 - 【請求項4】 前記回転体は上部に水溶相液体の上部ガ
イドが設置されて、前記水溶相液体上部ガイド下部に位
置するよう分離隔壁ガイドが設置され、分離隔壁ガイド
と回転体内面との間に水溶相液体回転出口が形成される
と同時に、分離隔壁ガイド上部に回転体を貫通する多数
個の有機相液体回転出口が形成されることを特徴とする
請求項2に記載の高さ調節分離隔壁と方向転換板を利用
した有機相遠心分離装置。 - 【請求項5】 前記回転体とインペラは駆動モータによ
り一体型で回転されることを特徴とする請求項2に記載
の高さ調節分離隔壁と方向転換板を利用した有機相遠心
分離装置。 - 【請求項6】 前記回転体は、支持ベアリングにより固
定体部に支持されることを特徴とする請求項2または4
に記載の高さ調節分離隔壁と方向転換板を利用した有機
相遠心分離装置。 - 【請求項7】 前記分離隔壁高さ調節部は、吸入・回転
部の作動により境界層が形成された有機相液体と水溶相
液体とを分離する分離隔壁と、前記分離隔壁の上部に連
結・設置されて水溶相液体の上部ガイドの貫通ホールを
貫通する多数個の高さ調節案内棒と、前記高さ調節案内
棒の上部に連結・設置される内側ベアリングキャップ
と、前記内側ベアリング固定キャップにより支持される
内側ベアリングと、前記内側ベアリング固定キャップの
外側に設置される外側ベアリングと、前記外側ベアリン
グを支持する外側ベアリング固定キャップと、前記外側
ベアリング固定キャップを固定する分離隔壁固定ボルト
とから構成されることを特徴とする請求項1に記載の高
さ調節分離隔壁と方向転換板を利用した有機相遠心分離
装置。 - 【請求項8】 前記内側ベアリング固定キャップと高さ
調節案内棒及び分離隔壁は、駆動モータにより回転され
る水溶相液体上部ガイドにより一体型で回転されること
を特徴とする請求項7に記載の高さ調節分離隔壁と方向
転換板を利用した有機相遠心分離装置。 - 【請求項9】 前記固定体部には、吸入・回転部の水溶
相液体回転出口と連結される水溶相液体固定出口及び、
吸入・回転部の有機相液体回転出口と連結される有機相
液体固定出口が各々形成されていることを特徴とする請
求項1に記載の高さ調節分離隔壁と方向転換板を利用し
た有機相遠心分離装置。
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