JPH05200260A - 液液接触塔 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】たとえば、抽出塔および反応器として好適であ
り、所要動力がすくなくて済み、液液同士の混合、接触
が良好な液液接触塔を提供する。 【構成】外筒１および内筒２を有し、該外筒１と該外筒
２との間隙３には、その上部に重液供給管４および軽液
排出管５ならびにその下部に軽液供給管７および重液排
出管６が配設され、該内筒２を回転せしめて該間隙３に
充填されている液体８にテイーラー渦９，１０を生成せ
しめることを特徴とする液液接触塔。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、互いに溶解性が小さい
液体同士を効率よく接触させるための液液接触塔に関
し、さらに詳細には、抽出塔および反応器などとして好
適に使用され得る、テイラー渦（Taylor vortex）を利
用する液液接触塔に係わる。

【０００２】

【従来の技術、発明が解決しようとする課題】液液接触
塔は、たとえば、抽出塔および反応塔などとして広く使
用されている。 抽出塔としては、設置面積が節約で
き、しかも抽出効率がよいなどの利点を有していること
から、シャイベル塔および回転円板抽出塔などの攪拌式
段型抽出塔が広く使用されている。しかしながら、これ
らの攪拌式段型抽出塔においては、高い抽出効率を得る
ためには強力な攪拌が必要とされ、そのために大きな攪
拌動力が必要とされる。また、どのように強力に攪拌し
ても、塔内にデッド・ゾーンが生ずるために塔の容積効
率が低く、塔内での状態が不均一になるとの本質的な欠
点を有しており、攪拌動力が小さくて済み、しかも、塔
内にはデッド・ゾーンが実質的に生ぜず、塔内の状態が
実質的に均一になり、容積効率および抽出効率がともに
高い抽出塔の開発が急がれている。また、反応器には、
回分式反応器、半回分式反応器および連続式反応器があ
る。前二者においては、操作が簡単で反応を比較的制御
し易く反応率が高くなる一方、反応の進行に伴って反応
液の粘度などの物性が変化し、反応後の反応生成物の取
り出しおよび反応器の洗浄などが必要であり、煩雑であ
る。後者は、反応後の反応生成物の取り出しおよび反応
器の洗浄などは必要ではないが、滞留時間が不均一であ
って、反応率の制御が困難である。このように、前二者
と後者とでは利害得失が互いに相反しており、両者の利
点を兼備している反応器の出現が期待されている。

【０００３】

【課題を解決するための手段、作用】本発明者らは、攪
拌動力が小さくて済み、しかも、塔内にはデッド・ゾー
ンが実質的に生ぜず、塔内の状態が実質的に均一にな
り、容積効率および抽出効率などがともに高い抽出塔な
らびに回分式反応器、半回分式反応器および連続式反応
器の利点を兼備している反応器を開発すべく、鋭意、研
鑽を重ねた結果、テイラー渦を利用することにより、前
記のような抽出塔および反応器として好適な、液液接触
塔が得られることを発見し、この発見に基づいて本発明
に到達した。すなわち、本発明は、外筒および内筒を有
し、該外筒と該内筒との間隙には、その上部に重液供給
管および軽液排出管ならびにその下部に軽液供給管およ
び重液排出管が配設され、該内筒を回転せしめて該間隙
に充填されている液体にテイラー渦を生成せしめること
を特徴とする液液接触塔である。

【０００４】本発明において、外筒および内筒はそれぞ
れ互いに同心的に配設された円筒であることが、実用
上、最も好ましいが、外筒および内筒が共に同心的な円
錐台状、もしくは逆円錐台状であってもよい。この場合
に、両円錐台の底角（側面の勾配）は互いに等しくても
よく、また、異なってもよい。また、外筒が円筒であ
り、これと同心的に内筒が蛇腹円筒状、または、円錐台
状、もしくは、逆円錐台状であってもよい。内筒と外筒
との間隙に液体が充填されている。この間隙に液体を充
填するために、この間隙の上部および下部のそれぞれに
は、重液供給管および軽液供給管が配設されている。こ
の間隙に供給された液量に相当する液をこの間隙から抜
き出すために、この間隙の上部および下部のそれぞれに
は、軽液排出管および重液排出管が配設されている。重
液供給管からの重液と軽液排出管から排出されるべき軽
液、軽液供給管からの軽液と重液排出管から排出される
べき重液が互いに混合しないような手段を講じなければ
ならない。そのためには、たとえば、デカンターなどが
利用される。

【０００５】内筒を適当な回転数で回転させることによ
り、この間隙に充填された液体にテイラー渦を生成せし
める。テイラー渦とは、外筒が静止し、内筒が回転する
共軸二重筒の間隙において、内筒の回転数が或る臨界値
を超えると生成する、互いに回転方向が逆な２個で１組
のドーナツ状の２次流である。この液体にテイラー渦を
生成せしめるための内筒の回転数は、予め予備実験によ
って、または、計算により算出することができる。外筒
と内筒とが互いに同心的な円筒である場合には、つぎの
式によって、算出される。

【０００６】

【数１】

【０００７】本発明において、前記の式中の流体の運動
粘度νは、間隙中の液体の最小のものが採択される。

【０００８】外筒と内筒との間隙の厚さを他の部分より
も薄く、または、厚くされた部分では、他の部分でテイ
ラー渦が生成されていても、この部分ではテイラー渦は
生成されない。他の部分よりも薄く、または、厚くされ
た間隙が塔の中間部である場合には、、この部分では通
常は軽液と重液とに分離し、また、この部分を塔の上端
部および下端部のそれぞれとした場合には通常は軽液お
よび重液がそれぞれが貯留する。。間隙の厚さを他の部
分よりも薄くするためには、内筒の外周面のその部分に
環を配設したり、もしくは、内筒を外方に膨出させた
り、外筒の内面を内方へ突出させることができる。就
中、環を配設することが好ましい。また、間隙の厚さを
他の部分よりも厚くするためには、内筒のその部分の径
を小さくするか、もしくは、外筒の径を大きくすればよ
い。内筒を蛇腹円筒状とした場合にも、間隙の厚さが減
少せしめられた部分および増大せしめられた部分のいず
れかでは、同様に、テイラー渦は生成しない。

【０００９】本発明の液液接触塔を、たとえば、抽出塔
として使用するときには、たとえば、重液供給管から目
的物質を含有する水溶液のような被抽出液が、また、軽
液供給管から有機溶媒のような抽剤がそれぞれ間隙に供
給され、目的物質を溶解した抽出液および抽残液はそれ
ぞれ軽液排出管および重液排出管から排出される。これ
に対して、軽液供給管から目的物質を含有する有機溶媒
溶液のような被抽出液が、また、重液供給管から水のよ
うな抽剤がそれぞれ間隙に供給され、目的物質を溶解し
た抽出液および抽残液を、間隙の上部および下部にそれ
ぞれ貯溜し、ついで軽液排出管および重液排出管からそ
れぞれ排出させることもできる。

【００１０】また、たとえば、反応塔として使用する場
合には、重液供給管および軽液供給管からそれぞれ反応
原料が供給され、反応生成物および／または反応残渣は
それぞれの比重に応じて、軽液排出管および重液排出管
のそれぞれから排出せしめられる。

【００１１】本発明の液液接触塔で、抽出および反応な
どをそれぞれ行なう場合には、内筒を回転せしめて間隙
中の液体にテイラー渦を生成させて、被抽出液と抽剤と
を、または、反応原料同士を混合して両者を充分に接触
させる。この間に、間隙中の液体はテイラー渦となって
間隙内を水平方向にのみ移動するが、上下方向には移動
しない。所定時間経過後に、内筒の回転速度を下げるか
乃至は停止させてテイラー渦を消失せしめる。このテイ
ラー渦が消失せしめられることにより、重液および軽液
は分離して再びそれぞれ間隙中を下降および上昇する。
その後、再度、内筒の回転数を上げてテイラー渦を生成
させて両者を混合し充分に接触させる。このような操作
を繰り返すことにより抽出および反応は完結せしめら
れ、反応生成物および反応残渣ならびに抽出液および抽
出残渣はそれぞれその比重に応じて間隙の上部および下
部のそれぞれに貯溜し軽液層および重液層を形成して、
各排出管から排出せしめられる。なお、テイラー渦を生
成せしめている所定時間は、抽出および反応において、
それぞれ所望の抽出率および反応率により決定される。

【００１２】重液および軽液のそれぞれの供給は、テイ
ラー渦の生成時および消失時のどちらでもよく、また、
通常は、ヘッドおよびポンプなどによって行なわれる。
重液および軽液のそれぞれは、内筒の回転を減速乃至は
停止させて、外筒内の上端部および下端部のそれぞれに
分離、貯溜せしめられた軽液層および重液層からそれぞ
れ排出せしめられる。また、 間隙の厚さが中央部より
も薄く、もしくは、厚くされた上端部および下端部、ま
たは、内筒の長さを外筒の長さよりも短くして外筒内の
上端部および下端部のそれぞれに内筒のない部分を形成
させて、これらの上端部および下端部にテイラー渦を生
成させないで、ここに貯溜せしめられた軽液層および重
液層のそれぞれから排出せしめられる。さらに、内筒を
中空筒とし、この中空筒内に熱媒または冷媒を通過さ
せ、または、外筒の外側にジャケットを設け、このジャ
ケットに熱媒または冷媒を通過させて、間隙内の液体を
加熱または冷却することができる。

【００１３】

【実施例】本発明を、図面を使用してさらに具体的に説
明する。なお、図面は本発明の原理を説明するための図
面であり、図１および図２は、それぞれ、本発明の液液
接触塔のフローシートおよび本発明の液液接触塔の塔体
である外筒と内筒との縦断端面図である。図１の液液接
触塔は、外筒１と内筒２とを有している。外筒１および
内筒２は同心的に配設された円筒であり、両者により、
間隙３が形成されている。この間隙３の上部には重液供
給管４および軽液排出管５が、また、この間隙３の下部
には重液排出管６および軽液供給管７が、それぞれ配設
されている。図１において(A)および(B)は、内筒２が回
転せしめられて間隙３内の液体８に、回転が互いに逆方
向の２個で１組のテイラー渦９，１０の複数組が生成せ
しめられている状態および内筒２が停止せしめられて間
隙３内の液体８に生成せしめられたテイラー渦が消失せ
しめられている状態をそれぞれ示している。重液供給管
４からは重液が、また、軽液供給管７からは軽液がポン
プ１１によって間隙３にそれぞれ供給される。図１(A)
に示されているように、この重液および軽液は間隙３で
生成せしめられたテイラー渦によって互いに混合、接触
せしめられる。このときに、間隙３内の液体は、塔の長
軸線方向へは移動しない。

【００１４】所定時間経過後に、図１(B)に示されてい
るように内筒２を停止せしめてテイラー渦を消失せしめ
ると、間隙３内の液体は、重液と軽液とに分離し、この
重液および軽液はそれぞれ下降及び上昇する。このよう
な、内筒の回転と停止とを繰り返すことにより、重液と
軽液とは十分に混合、接触せしめられ、所定の、たとえ
ば、抽出率および反応率に達し、それによって生成され
た軽液および重液は互いに分離し、それぞれ間隙３の上
部および下部に逐次貯溜して、それぞれ軽液層および重
液層を形成する。間隙３の上部に貯溜した軽液は、軽液
排出管５、下降管１２、上昇管１３および貯槽１４を経
由して塔外へ排出せしめられる。一方、間隙３の下部に
貯溜した重液は、重液排出管６、上昇管１５および貯槽
１６を経由して塔外へ排出せしめられる。なお、貯槽１
４および１６のそれぞれはデカンターとされている。

【００１５】図２において、いずれも外筒１と内筒２と
は互いに同心的に配設されており、(A)は外筒１と内筒
２は底角が互いに実質的に等しい円錐台状の筒、(B)は
外筒１と内筒２は底角が互いに実質的に等しい逆円錐台
状の筒、(C)は外筒１は円筒であり、内筒２は蛇腹円筒
状の筒、(D)は外筒１は円筒であり、内筒２は円錐台状
の筒および(E)は外筒１は円筒であり、内筒２は逆円錐
台状の筒である液液接触塔の塔体をそれぞれ示してい
る。

【００１６】

【発明の効果】本発明の液液接触塔は所要動力が少なく
て済み、しかも、塔内にはデッド・ゾーンが実質的に生
ぜず、塔内の状態が実質的に均一になり、液体同士の接
触が良好であり、たとえば、抽出塔および反応器などと
して好適に使用される。たとえば、抽出塔として使用す
る場合には容積効率および抽出効率がともに高くなり、
また、反応器として使用する場合には回分反応器、半回
分反応器および連続式反応器の利点を兼備し、操作が簡
単で反応を比較的制御し易く反応率も高くなり、反応の
経過に伴う反応液の物性の大きな変化はない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液液接触塔のフローシートである。

【図２】本発明の液液接触塔の塔体の縦断端面である。

【符号の説明】

１ 外筒 ２ 内筒 ３ 間隙 ４ 重液供給管 ５ 軽液排出管 ６ 重液排出管 ７ 軽液供給管 ８ 液体 ９，１０ テイラー渦 １１ ポンプ １２ 下降管 １３ 上昇管 １４ 貯槽 １５ 上昇管 １６ 貯槽

【手続補正書】

【提出日】平成４年１２月１８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外筒および内筒を有し、該外筒と該内筒と
   の間隙には、その上部に重液供給管および軽液排出管な
   らびにその下部に軽液供給管および重液排出管が配設さ
   れ、該内筒を回転せしめて該間隙に充填されている液体
   にテイラー渦を生成せしめることを特徴とする液液接触
   塔。
2. 【請求項２】外筒および内筒がそれぞれ互いに同心的に
   配設された円筒である「請求項１」の液液接触塔。
3. 【請求項３】内筒が、その回転数を任意に調節すること
   ができる「請求項１」または「請求項２」の液液接触
   塔。
4. 【請求項４】内筒の外周面に少なくとも１個の環が配設
   されている「請求項１」乃至「請求項３」のいずれか１
   項の液液接触塔。