JPS5948641B2 - 遠心抽出機の運転法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、抽出効率を増加させるための遠心抽出機の運
転法に関する。

液々系の抽出操作は、互いに溶解しない２液を接触させ
て、有価成分のみを一方の液より他方の液へ移動させ、
それぞれの液を分離して取り出すことにより、有価成分
の分離、精製、濃縮等を行わせる操作であり、従って抽
出効率は２液間の界面積が大きく、界面の乱れが激しい
程高くなる。

このような液々系の抽出操作は、薬品工業、石油精製等
に用いられており、また、近年、エネルギ確保、省資源
の面から、ウラン抽出、金属製錬、廃棄物よりの有価物
質回収等に広く利用されている。

、このような抽出操作を行う抽出機のうち、遠心式液々
抽出機（以下遠心抽出機と呼ぶ）は、遠心力場での分散
液滴径は重力場に比較してはるかに小さくなる性質があ
るので、２液間の界面積を犬きくすることができること
と、接触後の２液の分離が遠心力の作用のため簡単にで
きることから、抽出効率が高く、かつコンパクトな構成
となる利点を有するので、広く用いられている。

まず、本発明の詳細な説明する前に、従来の遠心抽出機
を用いた抽出装置の全体構成を第１図に示し、また遠心
抽出機の構造を第２図に示して説明する。

第１図において、２０はベルＩ−２８ヲ！ＩＸ動モータ
２７に連係させて回転駆動される遠心抽出機本体、２３
は軽液タンク、２１遠心抽出機本体２０への軽液供給管
３５の途中に設置した軽液供給ポンプ、２４は重液タン
ク、２２は遠心抽出機本体２０への重液供給管３６の途
中に設置した重液供給ポンプ、３３は本体２０からの軽
液導出を行う山口弁２６を有する軽液導出管、３４は本
体２０からの重液導出を行う出口弁２５を有する重液導
出管である。

本体２０の構造を示す第２図において、１は軸受１５に
両端を回転自在に支承されるシャフトで、前記ベルト２
８がかけられるプーリ１６が外嵌され、回転されるもの
である。

２はシャフト１の外周に適当な巾を介して並列に固定し
た円板、３はこれらの円板の外周に固定した円筒体でこ
れらの内面とシャフト１の外周面との間に円環状の抽出
室１９が形成される。

５はシャフト１に軸方向に穿設した軽液供給孔３７から
の軽液を、抽出室１９の外周側に注入すべく、シャフト
１の外周より半径方向に延出して設けた軽液入口管、６
はシャフト１の軸方向に穿設した重液供給孔３８からの
重液を、抽出液１９の内周側に注入すべく設けられた短
い長さの重液入口管、４は前記軽液入口管５より長くシ
ャフトから半径方向に延出した重液導出用の重液出口管
、３９はこの重液出口管からの重液を導出すべくシャフ
ト１に穿設した重液導出子Ｌ ４０はシャフト１に穿
設した軽液導出孔である。

この遠心抽出機において、軽液タンク２３、重液タンク
２４の軽液、重液は、それぞれ軽液供給ポンプ２１、重
液供給ポンプ２２により、軽液供給管３５、重液供給管
３６を通して遠心抽出機本体２０に供給される。

本体２０において、軽液は軽液供給孔３７及び軽液入口
管５を通して抽出室１９内の外周側から注入される一方
、重液は重液供給孔３８及び重液入口管６を通して抽出
室１９内に内周側から注入される。

抽出室１９内に軽液、重液で充満され、本体２０が駆動
モータ２７で回転させられることにより、抽出室１９内
の外周側は重液連続層１２、内周側は軽液連続層１０と
なり、両層間には主界面１３と呼ばれる界面が形成され
る。

軽液は重液連続層１２内で軽液分散筒１１となって内周
側に向かって通り、主界面１３で軽液連続層１０に合一
し、軽液導出孔４０より軽液導出管３３へと導出される
。

一方重液は、重液入口管６を通って軽液連続層１０内に
入り、重液分散筒９となって外周側に向かい、主界面１
３で重液連続層１２と合一して重液出口管４、重液導出
孔３９を通して重液導出管３４と導びかれ、外部に出る
。

以上の本体内の流れ模様をまとめると、次のとおりであ
る。

１）軽液、重液は半径方向に流れており、軽液は矢印８
で示すように外周側より内周側へ、重液は矢印７で示す
ように内周側より外周側へ向かう。

２）軽液、重液はそれぞれ重液連続層１２、軽液連続層
１０内を液滴となって通過し、次いでそれぞれ軽液連続
層１０、重液連続層１２に合一し、外部に出る。

抽出は合液が液滴９，１１となって連続層を通る時に起
こる。

ところで、近年、抽出操作の利用分野が拡大し、より高
い抽出効率を持つ遠心抽出機が必要となってきた。

しかし上記構成の遠心軸出機でも抽出効率は十分でない
場合が起こり、この場合には２台を直列とする方法が採
用され、不経済であった。

本発明の目的は、遠心抽出機において、抽出効率が従来
より向上しうる運転方法とを提供することにある。

本発明による遠心抽出機の運転方法は、軽液、重液の少
なくとも一方の液祖給流量又は遠心抽出機出口側の液圧
力を変動させることにより、前記抽出室内の軽液、重液
の少なくとも一方の半径方向流速を変動させて運転する
ことを特徴とする。

ます、本発明の実施例について説明する前に、その概略
の説明を行う。

従来の遠心抽出機は、単に液滴を連続層に通過させるの
みであったが、本発明は液の半径方向の流速に経時的な
変動を与えることによって液滴を通過させる連続層に乱
れを作り、抽出効率を増加させるものである。

液の半径方向の流速に変動を与えるには、下記の２とお
りの方法がある。

第２図において、ＲＬを軽液入口管５のシャフト中心か
らの開口部までの半径、Ｒｃを主界面の半径、ＰＬＩ、
ＰＬＯをそれぞれ軽液の入口圧、出口圧、ＰＨＩ、ＰＨ
Ｏをそれぞれ重液の入口圧、出口圧、Δρを重液と軽液
の密度差、ωを角速度２πｎ（ただしｎは回転数）とす
ると、（１） 、 （２）式が成立する。

ＰＬγ＝ΔρＲ２Ｌω２／２ｇ＋ＰＨｏ・・・・・・・
・・（１）ＰＬＯ”ΔρＲ２ｃω２／２ｇ＋ＰＨｏ ・
・・・・・・・・（２）よって、ＰＬＩ ＰＨＯは液
系（Δρ）、装置形状（ＲＬ）、回転数ｎが定まると、
定まってくる。

なお、一般の運転では、重液出口は大気に開放しており
、ゲージ圧ではＰＨｏ−０である。

一方、ＰＬＯＰＨＯは、（２）式から主界面半径Ｒｅの
関数であることがわかる。

（２）式は下記の（３）式のように変形できる。

Ｒ２０ｍ２ｇ（ＰＬＯ−ＰＨｏ）／ΔｐＪ −（３）従
って、ＰＬＯＰＨＯから半径Ｒｅが求められる。

このようなことから、半径方向流速の変化法として、次
のような２とおりが可能である。

１）前記ＰＬＯＰＨＯを一定とすることにより、主界面
半径ＲＯを一定（すなわち連続層量を一定）とし、軽液
、重液の少なくとも一方の供給流量を変化させて液の半
径方向流速を変える。

２）軽液、重液の供給流量を一定とし、主界面半径Ｒｅ
を、ＰＬＯＰＨＯを変えることによって変化させると、
連続層量が変わるので、半径方向流速を変えることがで
きる。

次に上記１）、２）の具体的内容について説明する。

まず、１）について説明する。

第３図は前記抽出室１９内の円周方向の流れ分布を示す
。

図において、１７は円板２の側壁の円周方向速度分布で
あり、１８は液の円周方向速度分布を示す。

本体２０は円運動しているため、半径方向位置ｒでの側
壁の周速度Ｕθは、Ｕθ、＝ｒωとなる。

一方、液は半径方向に流れているため、角運動量保存則
により、半径ｒの位置における軽液の周速度Ｕ′θ、は
側壁の周速度Ｕθ、より大きく、重液の周速度Ｕ′θ、
は側壁の周速度Ｕθ、より小さくなる。

実際には側壁の影響があるため、角運動量保存則を完全
に適用することはできないが、液流量が多い程前記周速
度Ｕθ１．Ｕ′θ、は角運動量保存則で求めた結果に近
づく。

従って、軽液、重液の半径ｒにおける速度差Δｕ ＝
ｕθ、−ｕ′θ１は、軽液、重液の流量及び軽液、重液
の流量比の関数となる。

そこで、軽液、重液の流量の一方又は両方を変動させる
と、前記周速度差ΔＵに変動を生じ、流れに乱れが生じ
ることになり、この乱れによって抽出効率を増大させる
ことができる。

この１）の原理に基づく本発明の一実施例を第４図によ
り説明する。

第４図において、第１図と同一の符号は同じものを示す
。

３７は軽液タンク２３から遠心抽出機本体２０へ軽液を
供給する軽液供給管３５における軽液供給ポンプ２１の
吐出側位置より軽液タンク２３に軽液を還流させるべく
設けた軽液還流路、３８はこの軽液還流路の途中に設け
た制御弁、３２はこの制御弁の開度を経時的に制御する
制御器である。

このように軽液供給系を構成すると、軽液供給ポンプ２
１によって本体２０（第２図においては軽液供給孔３７
、軽液入口管５を通して抽出室１９内に供給される）へ
送られる軽液量は短い周期で変動し、ロータ内の軽液の
半径方向の液の流速を周期的に変動させることができる
から、前記の理由から液の流れに乱れを与え、抽出効率
を増大させることができる。

ここで、制御弁３８としては、周期的な開度の変更に耐
える構造のものであればよく、また制御器３２としては
、例えばタイマーを内蔵したもので交互に開度信号を変
えるものであれはよい。

第４図の実施例では、軽液の供給量を変動させる例につ
いて示したが、重液供給量を変動させるべく、重液供給
系に同様の装置を設置してもよく、重液、軽液の両方の
供給系に供給量変動装置を設けてもよい。

次に前記した２）についての具体的説明を行う。

前記したように、軽液出口圧ＰＬＯと重液出口圧ＰＨＯ
との差ＰＬＯＰＨＯを変えれば、主界面１３の半径Ｒｃ
を変化させることができる。

ここで、連続層液の半径方向流速は、供給液量による流
速に主界面半径Ｒｃの移動速度を加えた値又は差し引い
た値となり、半径方向の流速を前記差ＰＬＯＰＨＯを変
えることで変えることができるのである。

このことは、下記の実験により確認した。〔実験例〕 実験においては、本体２０の側面を透明にした実験用遠
心抽出機を用い、流れ模様を観察した。

実験において、重液出口圧ＰＨＯは一定とし、軽液出口
圧ＰＬＯを１０秒間隔で変化させた結果、主界面半径Ｒ
Ｏは変化し、分散筒が円周方向に激しく動くことが観察
された。

液滴の運動は、液滴、連続層間の円周方向速度の差ΔＵ
が変動しているために起こったものである。

この状態での抽出効率を測定した。

抽出系として、水−灯油−ｎフチルアミンを用いた。

実験の結果、抽出効率は、軽液出口圧ＰＬＯを変動させ
た方が、変動させない場合よりも約２０％増加した。

このように、軽液出口圧の変化でも抽出効率を増加させ
ることができる。

次に２）の原理にもとづく本発明の実施例を第５図によ
り説明する。

第５図においても第１図及び第４図と同一符号は同じも
のを示す。

従来の軽液出口弁２６（第１図）には本体２０の軽液出
口圧ＰＬＯを一定にするための弁（弁体はバネで弁座方
向に押圧され、バネの押圧力は手操作で調整しうるよう
になっている弁）が設置されているか、本発明により設
置する軽液出口弁３１は制御器４０によって開度が制御
される制御弁とし、制御器４０は、軽液導出管３３の圧
力検出器３９による圧力検出信号を参照して制御弁３１
を後述の態様で制御する。

この例では重液出口は大気に開放しており、重液出口圧
ＰＨＯはゼロである。

この実施例において、予備運転等により、抽出操作がで
きる軽液出口圧力の最高値及び最低値を定めておき、圧
力検出器３９により検出される軽液導出管３３の圧力が
所定の最高値に達した時は制御器４０の出力信号で制御
弁３１をその開度が犬となる方向に制御し、所定の最低
値に達した時はその開度が小となるように制御する。

このように制御弁３１を制御すると、弁開度は周期的に
変化し、軽液出口圧ＰＬＯが変化して主界面１３が変化
する。

従って抽出効率は増大する。第５図のように軽液出口圧
を制御すれば、供給液量は変化させないので、軽液、重
液処理量の把握が簡単にでき、プロセス設計、運転が簡
単となるという利点がある。

なお、第５図において、制御器４０にタイマーを付け、
制御弁３１への制御信号はオン−オフ制御信号とし、オ
フ制御信号の時は制御弁３１は完全に閉じるか又は少し
の隙間があるようにし、オン制御信号の時は開度を大き
くするように制御すれは、圧力検出器３９は不要になる
。

この場合、制御弁３１が閉じると軽液出口圧は急激に上
り、開くと急激に下がるので、予備運転で予め抽出操作
可能なオン−オフの時間間隔を求めておき、この間隔を
制御器４０のタイマーに記憶させておく。

このようにタイマーを用いて定周期で軽液出目弁（制御
弁）を開閉するようにすれは、主界面１３の位置は定周
期で変わり、流れに乱れを生じて抽出効率を増大させる
ことができる。

そしてこのタイマーを用いることとすれば、制御系統が
簡単になり、安価に実現しうる利点がある。

なお、第５図では、軽液出口圧を制御することとしたが
、重液出口圧を変動させた場合も同様の効果を得ること
ができる。

以上述べたように、本発明によれば、軽液、重液の少な
くともいずれか一方の供給量を経時的に変化させるか、
あるいは軽液、重液出口圧の少なくとも一方を経時的に
変化させることにより、遠心抽出機本体内の半径方向の
流速を変えて流れを乱すようにしたので、抽出効率を高
くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の遠心抽出装置の全体構成を示す構成図、
第２図は従来の遠心抽出機本体の構造を示す軸方向断面
図、第３図は遠心抽出機内の円周方向の流速分布を示す
説明図、第４図は供給液量を変化させる手段を有する本
発明の一実施例を示す遠心抽出装置の構成図、第５図は
液出口圧変化手段を有する本発明の他の実施例を示す遠
心抽出装置の構成図である。 １・・・・・ツヤフト、２・・・・・・円板、３・・曲
部体、４・・・・・・重液出口管、５・・・・・軽液入
口管、６・・四重液入口管、７・・・・・・重液流れ方
向、８・・・・・・軽液流れ方向、１０・・・・・・軽
液連続層、１２・・・・・・重液連続層、１９・・・・
・・抽出室、２０・・・・・・遠心抽出機本体、２１・
・・・・・軽液供給ポンプ、２２・・・・・・重液供給
ポンプ、２３・・・・・・軽液タンク、２４・・曲重液
タンク、２５・・・・・・重液出口弁、２７・・・・・
・駆動モータ、３１，３８・・・・・・制御弁、３２．
４０・・・・・・制御器、３３・・甲・軽液出口管、３
４・・・・・・重液出口管、３５・・・・・・軽液供給
管、３６・・・・・・重液供給管、３７・・曲軽液還流
管、３９・・・・・・圧力検出器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転シャフトの外周に円環状の抽出室を一体に形成
   し、該抽出室内の外周側、内周側にそれぞれ軽液注入手
   段、重液注入手段を有し、かつ該抽出内の内周側、外周
   側にそれぞれ軽液導出手段、重液導出手段を有する遠心
   抽出機において、前記抽出室内に供給する軽液、重液の
   少なくとも一方の供給流量を経時的に変動させることに
   より、前記抽出室内の軽液、重液の少なくとも一方の半
   径方向の流速を変動させながら運転することを特徴とす
   る遠心抽出機の運転法。 ２ 遠心抽出機の前記抽出室内に軽液、重液を供給する
   供給流路の少なくとも一方に制御弁を有する還流流路を
   設け、該制御弁の開度を経時的に変化させることにより
   供給流量を変動させることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の遠心抽出機の運転法。 ３ 回転シャフトの外周に円環状の抽出室を一体に形成
   し、該抽出室内の外周側、内周側にそれぞれ軽液注入手
   段、重液注入手段を有し、かつ該抽出室内の内周側、外
   周側にそれぞれ軽液導出手段、重液導出手段を有する遠
   心抽出機において、前記抽出室より出る軽液、重液のう
   ち少なくともいずれか一方の出口圧力を経時的に変動さ
   せることにより、前記抽出室内の軽液、重液の少なくと
   も一方の半径方向の流速を変動させつつ運転することを
   特徴とする遠心抽出機の運転法。 ４ 前記抽出室からの軽液、重液を外部に導出する管の
   うち、少なくとも一方の管に制御弁を設置し、該制御弁
   の開度を経時的に変化させることを特徴とする特許請求
   の範囲第３項記載の遠心抽出機の運転法。