JPH0741123B2 - ミキサセトラ第三相除去装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は各種物質の分離・精製を
行うミキサセトラ抽出器に係わり、特にミキサセトラ抽
出器の重液と軽液の界面部に生じる第三相を除去するミ
キサセトラ第三相除去装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、化学工業分野で物質の分離、精
製を行う方法としていわゆる液−液抽出法があるが、こ
れは例えば核燃料サイクル中での再処理工程でも用いら
れる。この方法は、通常、攪拌槽と分離槽からなるミキ
サセトラ抽出器を用いて例えば水と油のように相互への
溶解度が小さく比重の異なる２種類の溶液を混合し、溶
液内に溶解している例えば硝酸ウラニルのような物質
を、その物質の持つ分配特性により、これらの２液間で
連続的に移動させるものである。ここで、通常、比重の
大きい溶液（水）は重液、小さい溶液（油）は軽液と呼
ばれ、また、分配特性は次の（１）式に示す分配値Ｄで
表わされる。

【０００３】 Ｄ＝軽液中物質濃度／重液中物質濃度 ……（１） このような抽出操作には、重液から軽液への物質移動を
行う「抽出」と、軽液から重液への物質移動を行う「逆
抽出」とがあるが、ここではこれらをまとめて単に「抽
出」と呼ぶ。

【０００４】さて、上記したミキサセトラ抽出器では次
のようにして抽出が行われる。重液及び軽液はまずミキ
サ部に供給され、ここで相互に混合、接触することによ
り物質移動が行われる。ミキサ部から流出した混合液は
セトラ部で静置され、その比重差により２液に分離され
て次の工程に送られる。この際、重液と軽液の分離が不
十分であると、重液中に軽液が漏洩し、あるいは軽液中
に重液が漏洩するため、抽出性能が低下することとな
る。このため、セトラ部では重液と軽液との界面を適切
に管理する必要がある。しかしながら、これら重液相と
軽液相との間にはこれらの中間の比重を有する第三相が
形成される。また、この他に重液相と軽液相の界面に
は、重液と軽液が分離する前の混合相としてエマルジョ
ンバンドが生成されるが、これは比較的速く分離してし
まう。第三相の生成原因としては、溶液中に存在してい
る固体の微粒子が液滴の表面に膜を形成する場合と、液
中の不純物同士が化学反応により錯体を形成し、上記固
体微粒子と同じ働きをしてしまう場合とがあるが、いず
れにしても液滴としては物理的に安定している。この第
三相の存在により両相の界面位置が明確でなくなりセト
ラ部の界面管理が困難となると共に、抽出器内での閉塞
等の問題も生じることとなる。

【０００５】そこで、従来、一般の化学工業分野で用い
られるミキサセトラ抽出器では、この界面付近に単一の
吸引ノズルを設け、この第三相を強制的に吸引して排出
するようになっていた。また、核燃料サイクルにおける
再処理工程では、放射能環境下という制限から、このよ
うな単一の吸引ノズルを設置して第三相を吸引すること
も行われてはいなかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来、核
燃料サイクルにおける再処理工程では、ミキサセトラ抽
出器の第三相の除去がまったく行われていなかったの
で、両相の界面位置が明確でなくなりセトラ部の界面管
理が困難となると共に、抽出器内での閉塞が発生すると
いう問題があった。

【０００７】また、一般の化学工業分野においては、第
三相の除去は行うものの、単管からなる吸引ノズルで強
制的に行っていたので、吸引ノズルを第三相付近に近づ
けて抜き出しを行っても、吸引ノズル付近の第三相を吸
引した後は、その付近の重液及び軽液を吸引してしま
い、吸引ノズルから離れた位置に残存する第三相を吸引
できない。このため、すべての第三相を排出するまでの
間に多量の重液及び軽液が排出されてしまい、第三相の
排出効率が極めて悪かった。そこで、セトラ部内の重液
相と軽液相の全界面に亙って形成される第三相を効率よ
く排出するためには、吸引ノズルの位置を水平方向の縦
横方向に手動等で何度も移動して抜き出しを行わなけれ
ばならないという問題があった。

【０００８】従って、上記問題点を解決しなければなら
ないという課題がある。

【０００９】この発明は、かかる課題を解決するために
なされたもので、その第一の目的は、吸引ノズルを水平
方向に移動することなく、効率よく第三相を抜き出すこ
とができるミキサセトラ第三相除去装置を得ることにあ
る。

【００１０】また、本発明の第二の目的は、第三相の位
置が垂直方向に移動してもこれを効率よく抜き出すこと
ができるミキサセトラ第三相除去装置を得ることにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明に係
るミキサセトラ第三相除去装置では、重液と軽液とを混
合攪拌して両者間での物質移動を行うミキサ部と、この
ミキサ部から流出した混合液をその比重差により重液及
び軽液の２液に分離するセトラ部とからなるミキサセト
ラ抽出器に、(i) このセトラ部の液排出側にその全幅に
亙って複数本設けられ、重液相と軽液相との間に生じる
第三相を吸引する吸引ノズルと、(ii)第三相の水平方向
の移動速度と等しい吸引速度を生じせしめる負の吸引圧
力を前記吸引ノズルに与える吸引槽とを具備させること
とする。

【００１２】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
ミキサセトラ第三相除去装置に第三相の垂直方向の位置
を検出する超音波センサを設け、その検出された位置に
応じて吸引ノズルを垂直方向に移動させることとする。

【００１３】

【作用】請求項１記載の発明に係るミキサセトラ第三相
除去装置では、セトラ部の液排出側にその全幅に亙って
複数の吸引ノズルを設け、第三相の水平方向の移動速度
と等しい吸引速度でこれを吸引することにより、重液相
や軽液相を多量に排出することなく第三相が平均的に効
率よく排出される。

【００１４】請求項２記載の発明に係るミキサセトラ第
三相除去装置では、請求項１記載のミキサ設置第三相除
去装置における複数の吸引ノズルを第三相の位置に合わ
せて垂直方向に適宜移動することにより、第三相の除去
が一層効率よく行われる。なお、第三相の垂直位置は超
音波センサを用いることにより、精度良く検出できる。

【００１５】

【実施例】以下実施例につき本発明を詳細に説明する。

【００１６】図１は本発明の一実施例におけるミキサセ
トラ第三相除去装置を表わしたものである。この装置
は、重液、軽液間の物質移動による抽出を行うミキサセ
トラ部１１と、このミキサセトラ部１１からの第三相の
排出動作を制御する排出制御部１２と、これらの間を接
続する複数の吸引配管１３から構成される。なお、この
図で、排出制御部１２は側面図を示し、ミキサセトラ部
１１は側断面図を示す。ミキサセトラ部１１は、図２に
その斜視断面図を示すように、ミキサ部１４、及びこれ
と境界板２０を介して設けられたセトラ部１５から構成
される。ミキサ部１４には、第１の供給口１６から供給
される軽液と第２の供給口１７から供給される重液とを
攪拌・混合する攪拌器１８が設けられている。また、図
１に示すように、ミキサ部１４の下部には、ミキサ部１
４の洗浄の際に溶液を抜き取るためのドレイン用バルブ
２２が設けられている。

【００１７】図２に示すように、セトラ部１５には重液
排出用の第１の排出口（図示せず）と軽液排出用の第２
の排出口１９が設けられ、また、これらの付近であって
その深さ方向のほぼ中央に、セトラ部１５の全幅に亙っ
て複数の吸引ノズル２１が配置されている。これら複数
の吸引ノズル２１の各々は、吸引配管１３により排出制
御部１２（図１）に接続されている。

【００１８】これらの吸引配管１３は排出制御部１２内
で合流し、バルブ２５を介して吸引槽２６に接続されて
いる。この吸引槽２６には、吸引槽２６内の圧力を表示
する圧力計２８がバルブ２７を介して接続されると共
に、吸引槽２６内の液面レベルを表示する液面レベル計
２９や、吸引槽２６内の正圧力や負圧力を解除するため
の圧力解除バルブ３１、及び吸引槽２６内に吸引された
第三相溶液を外部に排出するためのドレインバルブ３２
が接続されている。また、この吸引槽２６は、真空配管
３３により、減圧バルブ３４を介して真空ポンプ（図示
せず）に接続されると共に、加圧バルブ３５を介して加
圧ポンプ（図示せず）に接続されている。以上のような
構成のミキサセトラ第三相除去装置の動作を説明する。
第１、第２の供給口１６、１７（図２）からミキサ部１
４にそれぞれ供給された軽液と重液は、攪拌器１８の回
転により攪拌・混合され、図３に示すように、いわゆる
エマルジョン状態となって境界板２０の下側からセトラ
部１５へと供給される。なお、この図は、ミキサセトラ
部１１の側断面図を簡略化して表わしたものである。

【００１９】セトラ部１５では、軽液相４１と重液相４
２との界面にこれらの混合相としてのエマルジョンバン
ド４３が生じる。このエマルジョンバンド４３は水平方
向（矢印４４）に低速で流れるが、この間に重液と軽液
が徐々に分離していき、各々上下に別れていくと共に、
不純物により第三相が生成され蓄積される。このように
してエマルジョンバンド４３の流れが加速し、軽液相４
１と重液相４２との界面に生じた第三相６１を吸引ノズ
ル２１の方向に推す推進力が生じることとなる。

【００２０】排出制御部１２では、吸引ノズル２１から
の吸引速度が第三相の流れの速度に等しくなるように吸
引槽２６の圧力を調整する。これにより、セトラ部１５
の全幅に亙って配置された吸引ノズル２１により、むら
なく且つ効率よく第三相を抜き出すことができる。

【００２１】以上の動作を図４と共にさらに詳細に説明
する。図４（Ａ）は、重液と軽液とがセトラ部１５に導
入された直後の状態を表わしたもので、エマルジョンバ
ンド４３のみが生じ、未だ第三相は形成されていない。
その後、同図（Ｂ）に示すように、第三相６１が少量生
成され、図の左側の領域のエマルジョンバンドが消滅す
る。さらに第三相６１の生成・蓄積が進むと（同図
Ｃ）、エマルジョンバンド４３がミキサ部１４側に押さ
れ、最終的には同図（Ｄ）に示すように、第三相６１が
セトラ部１５全体に蓄積され、エマルジョンバンドが消
滅する。

【００２２】このような状態で吸引ノズル２１による第
三相抜き出しが開始すると、同図（Ｅ）に示すように、
セトラ部１５の右端領域に再びエマルジョンバンド４３
が生成され、さらに第三相６１の抜き出しを続行するこ
とによりエマルジョンバンド４３が第三相６１を押すよ
うになる（同図Ｆ）。そして、すべての第三相の抜き出
しが終了した時点では（同図Ｇ）、エマルジョンバンド
４３のみが存在することとなる。

【００２３】次に、排出制御部１２の動作を詳細に説明
する。

【００２４】ミキサセトラ部１１からの第三相の吸引動
作 初期状態では、圧力解除バルブ３１、ドレインバルブ３
２、減圧バルブ３４、及び加圧バルブ３５を閉じてお
く。この状態でバルブ２５、２７を開き、圧力計２８を
監視しながら減圧バルブ３４を徐々に開いていくと、図
示しない真空ポンプにより吸引槽２６内の空気が排気さ
れる。これにより吸引槽２６内が減圧され、セトラ部１
５の第三相が吸引ノズル２１から吸引配管１３及びバル
ブ２５を経て、吸引槽２６内に徐々に吸引される。この
とき、吸引槽２６への第三相吸引速度とセトラ部１５内
の第三相の移動速度とが等しくなるように、減圧バルブ
３４の開閉動作を制御する。そして、第三相が吸引槽２
６内に吸引され液面レベル計２９の上限レベルに達した
とき、バルブ２５を閉じて吸引を停止させ、さらに減圧
バルブ３４を閉じて吸引槽２６内の排気を停止する。こ
の後、圧力解除バルブ３１を開いて吸引槽２６内の負圧
力を解除する。

【００２５】このようにして、セトラ部１５内の第三相
が吸引槽２６内に吸引されることとなる。

【００２６】吸引槽２６から次工程への第三相の送液動
作 まず、バルブ２７以外のすべてのバルブを閉にしてお
く。次にドレインバルブ３２を開き、圧力計２８により
吸引槽２６内の正圧度を監視しながら加圧バルブ３５を
徐々に開いていく。これにより、図示しない加圧ポンプ
から吸引槽２６内に空気が送り込まれ、吸引槽２６内の
第三相液がドレインバルブ３２を介して次工程へと送出
される。

【００２７】液面レベル計２９により吸引槽２６内の第
三相液が下限レベルまで排出されたとき、加圧バルブ３
５を閉じる。そして、バルブ３１を開いて吸引槽２６内
の正圧力を解除し、最後にドレインバルブ３２を閉じ
る。このようにして、吸引槽２６内の第三相が次工程へ
と移送されることとなる。

【００２８】図５は本発明の他の実施例におけるミキサ
セトラ第三相除去装置の要部を表わしたものである。こ
の装置のセトラ部１５には、昇降用モータ４５により上
下移動可能な第三相検知用超音波センサ４６が設けられ
ている。また、この装置には、別の昇降用モータ４７が
設けられ、これにより吸引ノズル２１は上下方向に移動
可能となっている。この吸引ノズル２１の上下位置は、
上部の固定板４９に設けられた変移量測定用超音波セン
サ４９により検出され、また、第三相検知用超音波セン
サ４６の上下位置は、他の変移量測定用超音波センサ５
１により検出されるようになっている。その他の構成は
第１の実施例（図２）と同様である。

【００２９】図６は、図５のセトラ部１５の要部の側面
図を表わしたものである。この図に示すように、第三相
検知用超音波センサ４６は、これを担持する支持部５３
と共に、昇降用モータ４５（図５）により駆動されるボ
ールネジ５４の回転により上下するようになっている。
また、吸引ノズル２１は吸引配管１３を担持する支持板
５５と共に、昇降用モータ４７（図５）により駆動され
るボールネジ５６の回転により上下するようになってい
る。

【００３０】この装置では、次のようにして第三相の抜
き取りを行う。まず、昇降用モータ４５を駆動すること
により支持部５３を降下させながら、第三相検知用超音
波センサ４６により第三相６１の検出を行う。このと
き、第三相検知用超音波センサ４６は、第三相と軽液相
４１との界面位置、及び第三相と重液相４２との界面位
置の双方を検出するようにすれば、第三相の層厚を知る
こともできる。

【００３１】図７に示すように、第三相が検出される
と、それまでのボールネジ５４の送り量Ｌを測定し、再
び第三相検知用超音波センサ４６を元の位置（図６）に
戻す。次に、昇降用モータ４７（図５）を駆動すること
により支持板５５と共に吸引ノズル２１を降下させる。
このときの降下は、既に測定した距離Ｌだけ行う。これ
により、図８に示すように、吸引ノズル２１は第三相の
位置にセットされ、以下、第１の実施例の場合と同様に
して第三相の抜取りが行われる。

【００３２】なお、このような第三相位置の検出及び吸
引ノズル２１の位置設定等は手動で行ってもよいが、所
定の制御装置を設けて自動化できるのはもちろんであ
る。

【００３３】また、第三相の検知を定期的に行い（例え
ば３０分に１回）、第三相が所定量以上蓄積したのを確
認した時点でその抜き出しを行うようにしてもよい。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、セトラ部の液排出側にその全幅に亙って複
数の吸引ノズルを設けることとしたので、セトラ部の幅
方向全体に亙って第三相を平均的に排出することができ
る。また、第三相の水平方向の移動速度と等しい吸引速
度でこれを吸引することとしたので、重液相や軽液相を
徒に排出することなく第三相を効率よく排出できるとい
う効果がある。

【００３５】また、請求項２記載の発明によれば、複数
の吸引ノズルを第三相の位置に合わせて垂直方向に適宜
移動することとしたので、第三相の垂直方向の位置によ
らず効率よく抜き出すことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例におけるミキサセトラ第
三相除去装置を示すブロック図である。

【図２】このミキサセトラ第三相除去装置におけるミキ
サセトラ部の斜視断面図である。

【図３】このミキサセトラ第三相除去装置のセトラ部内
の各溶液の流れを説明するための側断面図である。

【図４】このミキサセトラ第三相除去装置のセトラ部内
の状態変化を説明するための説明図である。

【図５】本発明の第２の実施例におけるミキサセトラ第
三相除去装置のミキサセトラ部の斜視断面図である。

【図６】このミキサセトラ第三相除去装置のミキサセト
ラ部を示す側断面図である。

【図７】このミキサセトラ第三相除去装置のミキサセト
ラ部の第三相位置検知動作時の状態を示す側断面図であ
る。

【図８】このミキサセトラ第三相除去装置のミキサセト
ラ部の第三相抜出し動作時の状態を示す側断面図であ
る。

【符号の説明】

１１ ミキサセトラ部 １２ 排出制御部 １３ 吸引配管 １４ ミキサ部 １５ セトラ部 ２１ 吸引ノズル ２６ 吸引槽 ４１ 軽液相 ４２ 重液相 ４３ エマルジョンバンド ４５，４７ 昇降用モータ ４６ 第三相検知用超音波センサ ４９，５１ 変移量測定用超音波センサ ６１ 第三相

フロントページの続き (71)出願人 000222037 東北電力株式会社 宮城県仙台市青葉区一番町３丁目７番１号 (71)出願人 000213297 中部電力株式会社 愛知県名古屋市東区東新町１番地 (71)出願人 000242644 北陸電力株式会社 富山県富山市牛島町15番１号 (71)出願人 000156938 関西電力株式会社 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 (71)出願人 000211307 中国電力株式会社 広島県広島市中区小町４番33号 (71)出願人 000180368 四国電力株式会社 香川県高松市丸の内２番５号 (71)出願人 000164438 九州電力株式会社 福岡県福岡市中央区渡辺通２丁目１番82号 (71)出願人 000230940 日本原子力発電株式会社 東京都千代田区大手町１丁目６番１号 (72)発明者 安 正三 茨城県那珂郡東海村大字村松４番地33 動 力炉・核燃料開発事業団 東海事業所内 (72)発明者 宮地 茂彦 茨城県那珂郡東海村大字村松４番地33 動 力炉・核燃料開発事業団 東海事業所内 (72)発明者 二見 達也 東京都台東区池之端２丁目７番17号 住友 金属鉱山株式会社 原子力事業部内 (72)発明者 井手上 敦 茨城県那珂郡東海村大字石神外宿2600 住 友金属鉱山株式会社 東海試験所内 (72)発明者 荒川 伸吾 東京都台東区池之端２丁目７番17号 住友 金属鉱山株式会社 原子力事業部内 (56)参考文献 特開 平２−78402（ＪＰ，Ａ) 実公 昭61−45841（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重液と軽液とを混合撹拌して両者間での
   物質移動を行うミキサ部と、このミキサ部から流出した
   混合液をその比重差により重液及び軽液の２液に分離す
   るセトラ部からなるミキサセトラ抽出器において、この
   セトラ部の液排出側にその全幅に亙って複数本設けら
   れ、重液相と軽液相との間に生じる第三相を吸引する吸
   引ノズルと、第三相の水平方向の移動速度と等しい吸引
   速度を生ぜしめる負の吸引圧力を前記吸引ノズルに与え
   る吸引槽とを具備することを特徴とするミキサセトラ第
   三相除去装置。
2. 【請求項２】 前記第三相の垂直方向の位置を検出する
   超音波センサを設け、その検出された位置に応じて前記
   吸引ノズルを垂直方向に移動させることを特徴とする請
   求項１記載のミキサセトラ第三相除去装置。