JPS608841B2 - 遠心抽出機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、液々向流式遠心抽出機（以下遠心抽出機と呼
ぶ）に係り、特に抽出効率を増加しうる構成の遠心抽出
機に関する。

液々抽出操作は、互いに溶解しない２液を接触させて有
価成分を一方の液より他方へ移動させ、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、このような操作を遠心力
を利用して行う遠心抽出機は、抽出効率が高く、かつコ
ンパクトな構造となしうる利点があるので、広く利用さ
れている。

この遠Ｄ抽出機を用いた抽出装置の全体構造を第１図に
示し、遠心抽出機の従来構造を第２図に示して次に説明
する。

第１図において、遠心抽出機本体３１はベルト３３を介
して駆動モータ３２に連係され回転させられる。この遠
心抽出機本体には、一方より竪液ポンプ３４によって竪
液タンク３７からの軽液（抽出操作を行う液のうち密度
の小さい液）が竪液入口管３９を通して供給されると共
に、他側からは車液ポンプ３５により車液タンク３８内
の重液（前記竪液より密度の大なる液）が重液入口管４
０を通して供給されるようになっており、シャフト２内
にはそれぞれ軽液導入孔５０重液導入孔５１が穿設され
（第２図）、これらの孔と同機に穿設された重液導出孔
５２、軽液導出孔５３がシャフトには開けられていて、
管３９，４０からの液はこれらの孔５０，５１を通して
本体内に導入されるようになっている。また、前記車液
導出孔５２の出口側は童液出口管４２に蓮通し、軽液導
出孔５３の出口側は背圧弁３６を有する軽液出口管４１
に蓮通しており、これＺらの管３９〜４２とシャフト２
に穿設した孔５０〜５３の閉口端との間にはメカニカル
シール（図示せず）が設けられている。第２図において
、遠心抽出機本体３１は、架台（図示せず）に軸受４３
を介して回転自在に支持され、シャフト２の外周には前
記ベルト３３をかけるプーリ（図示せず）が鉄着される
。

１は抽出部で、これはシャフト２の外周に互いに対向し
て設けた円板部３，３とその外周を閉塞する円筒部４と
からなり、内部にシャフト２の周方向に円環２状の空間
を形成するものである。

５は軽液導入孔５０からの軽液を抽出部１内の外周側に
注入すべ〈設けられた竪液注入管であり、これは抽出部
１の内部に半径方向に長く延びた形をなして設置されて
おり、先端の開口部５ａから軽液が注入され３る。

２０は華液導入孔５１からの重液を抽出部１内の内周側
に注入すべ〈設けられた重液注入管であり、これはシャ
フト２より若干蓬方向に延びた短い寸法のもので、車液
は先端開□部２０ａより注入される。

２１は円板部３の肉厚部に蓬方向に３設けられた重液抜
出し孔で、その一端は抽出部１の内面の最外周側閉口部
２１ａに運通し、他端は前記車液導出孔５２に蓮適する
。

軽液導出孔５３の閉口部５３ａはシャフト外周部に径万
向に設けられている。６ａ，６ｂはそれぞれ重液注入管
の全開口部２０ａ、軽液注入管の開口部５ａより出た車
液、軽液を抽出部１の中方向（シャフト方向）及び周万
向に均一の流れとなるようにするために設けた厚さ１〜
数肋の円筒体で、これらには液通過用の２〜８柳程度の
径の孔２２，２３がそれぞれ抽出部１の中方向及び円周
方向に適宜間隔を有して多数開けられている。

内周側円筒体６ａは、重液注入管２０の先端近傍にその
内周面が位置するように抽出部１内の全中範囲にわたっ
て設けられ、外周側円筒体６ｂは軽液注入管５の閉口部
５ａより抽出部１の径万向の内側に位置するところに抽
出部１の全中範囲にわたって設置されている。蚤液、隆
液注入管２０，５、軽液、重液導出用閉口部５３ａ，２
１ａは、第２図では示されないが、抽出部１の周方向に
複数本又は複数個所配談されており、また、前記多孔円
筒体６ａ，６ｂは２個でなく３個以上設けられることも
ある。この遠心抽出機において、抽出部１内は、軽液、
重液が充満しており、本体３１の高速回転に伴う遠心力
により、外周側に重液が集まって重液連続層１１が形成
され、内周側に軽液連続層１２が形成されて両層間に境
界面１３を生じ、これは主界面と呼ばれている。重液注
入管２０の関口部２０ａより出た車液は、軽液連続層１
２内を液瓶となって通る（以下液滴となることを分散す
ると呼び、又この液を分散液と呼ぶことにする）。

開口部２０ａから出た童液の分散液は、遠心力のために
外周側に向かい、多孔円筒体６ａに達する。そしてこの
多孔円筒により円周及び中方向に対して一様な流れ（重
液分散液１４の流れ）となって多孔円筒体６ａの孔２２
より分散する。次いでこの重液分散液は、主界面１３に
達して車液連続層１１となる。車液連続層１１内の車液
は、外周側の多孔円筒体６ｂにおける分散液が通過して
いない孔２３又は通過している孔を通り抜け、開口部２
１より車液抜出し孔２１に入り重液導出孔５２から重液
出口管４２へと出る。一方軽液は、軽液注入管５、多孔
円筒体６ｂの孔２３を通って軽液分散液１５となり、主
界面１３で鰹液連続層１２に達し、多孔円筒体６ａの孔
２２を通り抜けて軽液導出孔５３、軽液出口管４１を通
して部に出る。

以上のように、軽液、重液は重液、軽液連続層内を液滴
となって通り、抽出が行われる。

なお、軽液出口管４１の背圧弁３６は、本体３１より出
た軽液の圧力（薮液出口圧力）を調節することができ、
この竪液出口圧力の設定で抽出部での隆液、重液量を適
当な割合に設定できる。一般の抽出操作では、重液出口
は大気に開放されており、軽液入口圧力は遠○力場の流
れの性質上６〜１０ｋ９／めであり、竪液出口圧力、車
液入口圧力はそれぞれ竪液入口圧力の２０〜９０％であ
る。ところで、近年、抽出操作の利用分野は拡大し、抽
出効率が更に高い抽出機が必要となって来ており、従来
の遠心抽出機でも抽出効率が不十分な場合も起こり、目
的とする品質の液を得るために、遠心抽出機を２台直列
に接続する方式が採用され、不経済な構成となっていた
。本発明の目的は、上記の点に鑑み、より高い抽出効率
を持つ遠心抽出機を提供することにある。

本発明は、抽出部１内の液の速度が抽出効率に大きく影
響すること、すなわち、流速が増大すると段階的に抽出
効率が増大することを実験により知得し、しかも従来の
ものにおいては、低速とならざるを得ない液抵抗を増大
させる多孔円筒体を有していたことを考慮し、シャフト
を通して導入された竪液、車液をそれぞれ分散させる分
散装置は、供給液が連続層と接触することないこ該分散
装置に導かれる構造としたことを特徴とする。次に本発
明の内容をより詳しく説明する前に、遠心抽出機の抽出
部内の液の挙動に関する説明を行う。前記のように、液
分散をよくしてより広い範囲にわたって液が援触するよ
うに従来は多孔円筒体６ａ，６ｂを設けていた。

しかし本発明者らの検討によると、この多孔円筒体６ａ
，６ｂが問題となることがわかった。この問題点を明ら
かにするために、説明は竪液連続層１２内の液の挙動、
すなわち、重液の分散を中心として進めるが、竪液分散
についても後述の結論は適用されるものである。多孔円
筒体６ａの孔２２より噴出する分散液は、孔径は２〜８
肋のオリフィスより噴出するような形状となっており、
この孔を通る孔通過液速度は液滴の形状に関係する。

従って、一般には分散液の孔通過液速度を基準に孔等の
設計を行っている。孔２２通過のドライピングホースは
重液と、竪液の密度差△ｐであり、抵抗は流れ抵抗であ
る。ここで、孔通過液速度の最大値をふとすると、ドラ
イビングホースと抵抗のバランスにより、叱ニｋノ△ｐ
Ｒの２ で示される。

ここに、Ｒは多孔円筒体６ａの半径、叫ま抽出機の角速
度、ｋは定数である。液々抽出では前記△ｐの値は、０
．０２〜０．３５夕／仇程度であり、Ｒの２の値は多孔
円筒体６ａ、及び抽出部を構成すする円板部３の材料強
度上より制限があるため、孔遍過液速度の最大値ｕｏに
は上限があり、下記のＱ／Ａ（ただしＱは分散液の流量
、Ａは孔２２の流路面積）で示される値で、０．６〜０
．７ｍ′ｓである。従って、流速度の最大値が０．６〜
０．７以内となるように設計されており、これ以上の速
度ではフラッディングが起き、運転不能となっていた。
又、抽出効率等の検討も液速度ｕが０．６ｍ／ｓ以下の
範囲についてなされており、この範囲では抽出効率は液
速度ｕに関係なくほぼ一定となるため遠心抽出機の抽出
効率は液流量に関係なくほぼ一定であると考えられてい
た。本発明者らは、上記した従来の考え方にとらわれず
、孔通過液速度ｕ＝Ｑ／Ａについて広範囲の実験を行っ
た結果、該速度が大きくなると、抽出効率は大中に増加
することを見し、出した。

第３図は本発明による遠心抽出機の一実施例であり、実
験に供したものである。これは、第２図の多孔円筒体６
ａ，６ｂを除き、車液注入管２０、竪液注入管５の先端
に、複数個の液噴出孔２５，２７をそれぞれ長手方向に
配設した管（以下分散管という）２４，２６を、これら
の孔２５，２７が対向するようにそれぞれシャフト２の
向きに取付け、ポンプで供給した液を分散管２４，２６
より連続層内へ分散させる構成とした。このような構造
とすると、孔２５，２７を通過する液のドライビングホ
ースは、ポンプ３４，３５の吐出圧力となり、前記液速
度ｕは前記最大値叱より大きく取れる。遠心抽出機の外
蓬を３００肌、抽出部１の中を８０側としたものを用い
、抽出操作を行う液として、水−灯油−ｎブチルアミン
系のものを用いて実験した結果、第４図の結果を得た。

第４図においては、孔通過液速度ｕが０．６ｍ／ｓ以下
の場合の抽出効率を基準値１として縦軸に抽出効率を示
してある。第４図に示されている様に、液速度ｕが１．
５ｈ／ｓまでは従来と同様に流速に関係なく抽出効率は
一定となったが、１．５ｍ／ｓ以上で増加し、６ｍ′ｓ
で１．５ｍ／ｓの場合の２倍程度に増加することがわか
った。

孔２５，２７の径を変えても同様の結果が得られた。第
３図のような構成、すなわち多孔円筒体のない構成とし
液流動抵抗を小さくすることにより、液速度を大きくす
ることができ、抽出効率の高い遠′○抽出機を提供しう
ろことになる。

なお、第３図の構成において、液分散孔２５，２７の分
布と抽出効率との関係についても実験した。

孔の径を４帆とし、孔のピッチを１６〜８仇岬こ変えて
実験した結果、抽出効率は孔ピッチを４・さくすると若
干増加するが、孔通過液速度ｕの変化にみられるような
大きな増加はなかった。また、分散管を多多数シャフト
２の周方向に配設し、そのピッチを７０〜３０仇肌こ変
えて実験したが、この影響も小なく、抽出効率はピッチ
が小さい方が若干増加する程度であった。また、孔形状
を円形状でなく、１．２側×２．５のスリットとして実
験したが、抽出効率は孔通過液速度が同じ値では同じに
なった。

このような実験結果果から、抽出効率は分散孔の形状に
は無関係であり、又抽出部内の液の分散を均一化しても
若干は増加するが、増加の割合は小さく抽出効率を支配
する一番大きな因子は孔通過液速度である。

しかし、装置全体に関して考慮すると、分散管２４，２
６は周方向に複数個設置した方が、回転体に生ずるアン
バランス量を小さくすることができ、より安全な運転が
できる。

又、分散液の流れも均一化でき、抽出効率も若干ではあ
るが増加できる上、複数個設置すると、１本の分散管に
流れる量が少なくなり、流れ抵抗が小さくなってポンプ
の負担を小さくすることができるので、分散管すなわち
重液、軽液の注入管２０，５の数は多い方がよい。また
、１本の分散管２４又は２６に対し、教本の鍵液又は重
液注入管２０，５を設けることとすれば、分散管２４，
２６の補強になり、かつ注入管２０，５に流れる流量が
少なくなるので、流れ抵抗が小さくなり、ポンプの負担
を小さくすることができる。

なお、孔適過液速度が増大すると、流れ抵抗も増加する
が、しかし孔通過液速度が１仇ｈ／ｓにおける圧力損失
は１．４ｋ９／の程度であり、軽液入口圧力に比較して
小さく、装置構成上その圧力損失がさまたげとなること
はない。

次に本発明の他の実施例を第５図により説明する。

これは、抽出部を構成する前記円板部３に車液導入孔２
８を穿ち、その円板部３内面の開□部２８ａに分散管２
４を取付けたものである。このように構成すると、分散
管２４の直付けができ、第３図に示した車液注入管２０
が不要となるので、工数低減ができる。以上の実例は、
液の分散手段として孔あき管を用いた例について示した
が、これはシャフトを中心とする２重円筒構造のものと
してもよい。

第６図及び第７図はその一実施例を示す抽出部の拡大断
面図である。この重液分散筒８は片面閉塞の２重円筒形
をなし、円板部３に蓬方向に多数設けた重液導入孔２８
の閉口部２８ａに内部が蓮適するように円板部３の内面
に取付けられている。この２重円筒構造の外筒８ａには
重液を噴出させるための孔１０が筒８の鞠方向及び筒方
向に多数酌設されている。また、外外筒８ａと内筒８ｂ
とを貴通すように小筒８ｃを設けてその内部に軽液通過
用の連続層通路９が形成されており、薮液はこの通路９
を通して通過できる。この実施例のような構成すると、
分散液を円周及び中方向に一様に分散させることができ
、抽出効率を更に向上させることができる。なお、この
分散筒は、周方向に分割されたものとしてもよい。第８
図は本発明のさらに他の実施例を示す断面図で、これは
、軽液導入孔５０と車液導入孔５１を、互いに蓮通しな
いようにシャフト２の軸方向に延長し、竪液注入管６０
をその内端が鰹液注入孔５川こ達通するように、シャフ
ト２に固定して周方向に複数個ずつ配設され、かつ中方
向に１なし、し複数列配設されている。

また車液注入管７０も周方向に複数個配設されると共に
、中方向に１なし、し複数列配設されている。これらの
注入管には、液噴出孔６１，７１は、孔通過液速度が１
．５ｍ／ｓ以上になるように開けられている。このよう
な構成とすれば、供給される液は、液噴出孔６１，７１
より１．５ｍ／ｓ以上の速度で噴出させることができ、
抽出効率を向上させることができる。

また、この実施例においては、軽液及び重液の注入管を
設けるだけでよいので、構成が簡単になり、製作費が安
価な遠心抽出機を提供できる。以上述べたように、本発
明は、遠心抽出機へ供給される液が、抽出部内の連続層
と接触せずに分散装置に導びかれる構造としたので、液
の流れ抵抗が小となり、高い抽出効率が得られる液の流
速の大なる遠心抽出機を経済的に提供しうる。

【図面の簡単な説明】

第１図は遠心抽出機を用いた抽出装置の構成例を示す図
、第２図は従来の遠Ｄ抽出機の構造を示す軸方向切断面
図、第３図は本発明による遠Ｄ抽出機の一実施例を示す
軸方向切断断面図、第４図は孔通過液速度と抽出効率と
の関係を示す図、第５図は本発明の他の実施例を示す遠
け由出機の一部拡大断面図、第６図は本発明のさらに他
の実施例を示す遠Ｄ抽出機の一部拡大断面図、第７図は
第６図のＡ−Ａ断面図、第８図は本発明のさらに他の実
施例を示す遠心抽出機の軸方向切断断面図である。 １…抽出部、２・・・シャフト、３・・・円板部、４・
・・円筒部、５，６０・・・竪液注入管、８・・・分散
円筒、９・・・連続層通路、１０・・・液噴出孔、１１
…車液連続層、１２・・・軽液連続層、１３・・・主界
面、２０，７１・・・車液注入管、２４，２６・・・分
散管。 多ー囚弟ｚ図 努ぅ図 才４図 多ｓ囚 多５８ 多７幻 多８の

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転シヤフトの外周に円板部と円筒部により円環状
   の空間を形成した抽出部と、前記空間内の外周側より軽
   液を注入する手段と、空間内の内周側より重液を注入す
   る手段とを有し、前記空間内の軽液、重液の充満により
   外周側に重液連続層が形成され内周側に軽液連続層が形
   成される液々向流式の遠心抽出機において、前記空間内
   に注入される軽液および重液をそれぞれ前記重液連続層
   および軽液連続層に直接分散して注入する液噴出孔を有
   する分散装置を備えたことを特徴とする遠心抽出機。 ２ 前記分散装置が、複数個の液噴出孔を長手方向に配
   設し、前記空間内に前記シヤフト方向に設置される分散
   管よりな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。 ３ 前記分散装置が、前記シヤフトと同心状に設置され
   、液を噴出させるべき面にシヤフト方向および円周方向
   に複数個の液噴出孔を配設した２重円筒体よりなること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の遠心抽出機。 ４ 前記分散装置が、先端に複数個の液噴出孔を有する
   管を前記シヤフトの径方向に向け、シヤフト方向および
   周方向にそれぞれ複数本ずつ配設したものからなること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の遠心抽出機。
   ５ 前記液噴出孔の孔通過速度が１．５ｍ／ｓ以上とな
   るように構成された特許請求の範囲第１項又は第２項又
   は第３項又は第４項記載の遠心抽出機。