JPS61245801A - 向流抽出用の目皿塔 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野： 本発明は互いに溶解しない重さの異なる２相の液−液向
流抽出のための、２つの目皿板間に混合装置ｖ有する目
皿塔に関する。

従来の技術： 液−液向流抽出には目皿板ｌ軸方向に分布固定した円筒
形ケーシングを有する抽出塔が使用される。軽相は下か
ら供給され、重相は上から供給される。重相は塔の底部
から流出し、軽相は上部空間から流出する。

液−液向流抽出を実施するための抽出塔は相間の物質移
動を促進し、作業安全性、利用性および経済性ン向上す
るため特殊な構造的手段によって抽出過程のそれぞれの
特殊な要求に適合させなければならない。

抽出塔の円筒形ケーシング内に目皿板を軸方向に分布固
定配置することは公知である。この目皿板によって１つ
の相がその孔を通過する際液滴が形成されるので、十分
な抽出性能が達成される。滴の形成により相の表面積が
増大する。

物質交換が促進される。

目皿塔の効率をさらに改善するため、液体内容物に脈動
を強制することは公知である漬脈動目皿塔は同じ効率の
場合、脈動のない目皿塔より低い高さＹ’［する。しか
さ理論的に期待される抽出効率が達成されないことが明
らかになった。良好な物質移動は２相の良好な混合に依
存するので、現在まで不十分な効果は液柱の再上昇によ
って生じ５る２相の再混合に帰せられた。

この推定は不十分な効率の十分な説明にはならなかった
（インタナショナル　ミーティングフューエル　リプロ
セシング　アントウェースト　マネジメントの講演、１
９８４年８月２６〜２９日ジャクソン　ワイオミング　
ＵＳＡ　。

ｓ、　５　参照、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｍｅｅ
ｔｉｎｇ　ＦｕｅｌＲｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ａｎｄ
　Ｗａｓｔｅ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　、　Ｊａｃｋｓ
ｏｎＷｙｏｍｉｎｇ　ＵＳＡ、　８．５　）。

付加的に目皿塔は糸状に形成された相の流路が垂直に塔
を貫通することが明らかになった。

この現象は塔径増大とともに顕著になるので、抽出のた
め大きい塔長が必要になる。良好な物質交換を達成する
ため、この発生する流路の流れヶ破壊しなければならな
いことが明らかになった。この認識に対して抽出塔内の
物質交換の際の推進力および速度は吸収相と被抽出相の
間の濃度勾配であることを考慮に入れる。この濃度勾配
はできるだけ高くなければならない。これを達成するた
めつねに相の境界層を破壊し、まったくまたはほとんど
負荷されていない相の粒子７他相の滴へ近付けなければ
ならない。これは相が塔を貫流する際繰返し流れ軌道か
ら偏移し、できるだけ半径方向に混合することによって
達成される。半径方向の混合は流路ン破壊し、それによ
って物質交換を良好にする結果となる。

目皿板の間に回転可能の混合装置を備え、それによって
相の横方向混合を達成する塔装置はすでに提案された（
西独特許第１７６９００５号公報参照）。この回転可能
の混合装置の欠点は軸受の保守および複雑な構造にある
。目皿塔を核再処理工業に使用する場合、目皿塔の可動
部材は望ましくない。

混合装置の回転可能または可動部材なしですますもう１
つの目皿塔が公知である（ケミカルエンジニャリング　
プロゲル、／ｌ６１３、第５０巻（１９５４）１４〜１
７ページ参照、Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｂｎｇｉｎｅｅｒｉ
ｎｇ　Ｐｒｏｇｒ、　）　。この混合装置は目皿板間に
配置した分配板ヲ有し、この板の平面からアングル板が
約６０°の角度で傾斜して突出する。アングル板は分配
板から折曲げであるので、アングル板の下に貫通孔が存
在し、この孔はア、ングル板によって蔽われている。こ
の構造によって各脈動ごとに液体に渦が形成される。こ
の分配板によって良好な横方向混合、したがって相間の
一層良好な物質交換が達成される。分配板の使用によシ
目皿塔のそれぞれの横断面にわたって物質濃度の良好な
均一化が達成され、これは同様相間の物質交換に有利に
作用する。しかし横方向混合不均一の完全または十分な
防止はこの分配板では達成されない（インタナショナル
　ミーティング　フユーエルリソロセツシング　アンド
　ウニ−スト　マネジメントの講演、１９８４年８月２
６〜２９日ジャクソン、ワイオミング、ＵＳＡ、８．８
参照）。

渦流効果を発生させるため、分配板の自由面は目皿板の
自由面より小さくなければならない。

そこに分配板の本質的欠点がある。とい５の社それによ
って目皿塔の通過自由断面が著しく小さくなるからであ
る。核再処理工業に使用する目皿板は通常約２６％の通
過断面χ有する（インタナショナル　老−ティング　フ
ユーエルリプロセシング　アンド　ウニボスト　マネジ
メント、１９８４年８月２６〜２９日の講演、ジャクソ
ン　ワイオミング、ＵＳＡ、　８．５参照）。

分配板は約１４％の通過断面しかＭしない（インタナシ
ョナル　ミーティング　フユーエルリプロセシング　ア
ンド　ウェースト　マネジメント　１９８４年８月２６
〜２９日の講演、ジャクソン　ワイオミング、ＵＳＡ１
８．８参照）。

目皿板の通過断面積が小さければ、処理量が不所望に減
少する。

もう１つの欠点は分配板２備える目皿塔の作業範囲が狭
くなることにある。

分配板の自由面積が小さいことにより板上に液体滞留を
生じ、それによって場合により分配板上に沈積が発生す
る。

発明が解決しようとする問題点： 本発明の目的は相の良好な横方向混合ができるだけ高い
処理量のもとに達成されるように前記目皿塔ン形成する
ことである。さらに塔は困難な可動部材の使用および保
守なしに形成しなければならない。目皿塔は核再処理工
栗での使用にも適しなければならない。

問題点を解決するための手段： この目的は本発明により２つの目皿板の間にスタチック
混合要素を配置し、この要素が全横断面にわたって流れ
方向に対し斜めに走る多数の隣接配置した通路ヲ肩し、
そのそれぞれ上側の孔および下側の孔が半径方向に互い
にずれていることによって解決される。

作用： このようなスタチック混合要素または混合器パックはた
とえば羽根から形成される。この羽根は交差する開いた
通路を形成するように互いに積層される。流れ方向に対
し斜めに配置した多数の案内面ｙａ’！するスタチック
混合要素も公知である。スタチック混合要素には形成さ
れる流れの糸の半径方向のずれを達成する多数の流路が
存在する。横方向混合過程の進行は厳密に幾何学的であ
る。可動部材は存在しない。

目皿板は繰返し滴形成に役立ち、スタチック混合要素は
きわめて短い区間で可動部材なしに均質な横方向混合に
役立つ。流れの糸の半径方向のずれが達成される。流路
の流れが中断される。

スタチック混合要素の本発明による配置は相ンその垂直
流路の方向からそらし、それによって相の横方向混合が
達成される。スタチック混合要素は目皿塔の作業範囲を
狭くする原因とならない。スタチック混合要素の通過面
積は目皿板の通過面積よシ著しく太きい。

本発明の有利な形成によれば目皿塔上部範囲の互いに上
下に続く４つの目皿板の間隙にそれぞれ１つのスタチッ
ク混合要素が配置される。

意外にもこのような配置の場合非常に良好な物質交換が
達成されることが明らかになった。１つのスタチック混
合要素７出た後、相は目皿板を通して導かれ、再び滴の
形成が促進される。

この過程が繰返される。この配置によって相の合体が避
けられる。

有利な実施例が特許請求の範囲第３および４項に示され
る。特許請求の範囲第４項の特徴による形成により貫流
する相の横方向混合の連続的変化および滴形成が達成さ
れる。

本発明による混合装置を有する目皿塔ンたとえば核再処
理工業におけるウラン−プルトニウム分離の場合に可能
であるように、同時的電気分解と組合せた抽出に使用す
る場合、特許請求の範囲第５項の特徴による本発明の有
利な形成によれば塔はスタチック混合要素が電極として
形成される。この場合混合要素はとくに陽極として設定
される。

特許請求の範囲第６項の特徴による有利な形成によれば
中性子吸収が容易になる。目皿塔に達成されるこの中性
子毒作用は本発明による多数のスタチック混合要素を配
置する場合十分であると考えられる。材料としてはたと
えばハフニウムまたはホウ素が選択される。

本発明の有利な形成が特許請求の範囲第７項に記載され
る。スタチック混合要素は安定かつ自己支持性であり、
゛それゆえ目皿板に固定せずに支持することができる。

したがって取扱いが容易になシ、核工業分野で必要な遠
隔操作を考慮すればこの事実はきわめて重要である。特
殊な固定手段〉必要としないので、スタチック混合要素
の交換の際、別個の解体過程は必要でない。

本発明のさらに有利な形成が特許請求の範囲第８項に記
載される。互いに９０’偏位して配置したスタチック混
合要素により横方向混合がさらに改善される。

本発明の利点は塔径乞縮小しうろことにある。

本発明の形成によ郵相の横方向混合が良好になるので、
目皿板の孔を大きく形成し、または目皿板１段当りの孔
数を多くすることができる。

したがって処理量が上昇し、同じ物質交換の場合＼塔の
直径を小さくすることができる。

塔の小さい直径汀この目皿塔を核工業に使用する際、幾
何学的寸法が小さいため大きい臨界安全性が得られる。

この利点にょシプロセス条件に応じてもはや臨界安全の
ための組込物を必要としなくなる。

目皿塔の本発明の形成によって処理量が上昇する。大き
い通過量にょ夛スタチック混合要素内の流速が大きくな
るので、その流路内でも１つの相の滴への分割が行われ
る。

滴の形成および相混合の上昇によって目皿塔の分離能力
が著しく改善されるので、所要の抽出長さが減少する。

本発明を適用する場合、技術水準から公知の分配板と異
なり分解生成物等の沈積可能性がない。さらにスタチッ
ク混合要素は自己支持性であり、目皿板に支持できるの
で、塔内に固定手段を必要としない。

処理する物質系に応じて場合により本発明の配置の使用
によって目皿塔の脈動Ｙ不用とすることができる。本発
明により達成される良好な横方向混合およびそれによっ
て達成される物質交換の改善により滞留時間を短縮し、
したがっ□　て分解生成物が減少するので、これはとく
に核工業の分野で重要である。

本発明により相混合の改善が横断面縮少なしに、抽出塔
内の可動部材なしに達成される。本発明の形成を核再処
理工業に適用する場合、有利に所要の遠隔操作に関し容
易な操作可能性が得られる。

本発明により均一な物質交換が達成される。

実施例： 次に本発明の実施例を図面により説明する。

図面には本発明の理解のため必要でない装置は省略しで
ある。

第１図には技術水準から公知の垂直に立つ目皿塔１１の
一部縦断面が示される。この目皿塔１１は軸方向に分布
配置した目皿板１３を有する。２つの目皿板１３間の距
離Ｘは核再処理工業では通常５Ｑｍｍである。１つの目
皿板１３の代りに技術水準から公知の１つの分配板１５
が目皿塔１１へ固定的に挿入される。分配板１５は約６
０°の角度で分配板１５から下向きに突出するアングル
板１７ン有する。アングル板１７は分配板１５から打抜
かれるので、アングル板１７の後方に相当する孔１９が
発生する。

この目皿塔１１の液体内容物に圧力パルスン加えると、
液柱の下向きストロークの間、孔１９’ｔ＝液体が通過
する際渦流２１が発生する。

渦流２１は液体にら線運動を与える。液柱の上昇ストロ
ークの際同様液体内容物にら線運動を与える渦流２３が
発生する。

この公知配置によれば目皿塔１１通って流れる液体は流
れ軌道からｙだけそれる。目皿板１３の孔２５Ｙ通過後
、１つの相の滴は連続的に集合する。

第２図に示す目皿塔３１は貫通孔３５ＹＷする普通の距
離で軸方向に互いに分布する目皿板３３ン備える。液柱
の脈動の際目皿板３３の孔３５により１つの相に滴が形
成する。２つの目皿板３３の間に全距離Ｘにわたってス
タチック混合要素３６が配置される。スタチック混合要
素３６は軸と平行でなく交差する開放流路３７を有し、
この流路はα＝４５°の角度で種々の方向に走る。スタ
チック混合要素３６のこの簡単に示した断面からはこの
経過は認められない。

しかしこの場合流路３７の上側の孔３９が下側の孔４１
に対し半径方向にずれていることだけが重要である。

次の２つの目皿板３３の隣接間隙とそれに続く間隙に同
様それぞれ１つのスタチック混合要素３６が存在し、こ
の混合要素は中心軸乞中心に互いに９０°回転している
。

液体はスタチック混合要素３６を通過する際垂直軸から
半径方向にずらされる。スタチック混合要素３６’に通
過した後、液体は再び目皿板３３を通して導かれ、再び
１つの相の滴形成が励起される。

第３図およびそれに対して９０°回転した第４図の拡大
図によシ第２図に示した３つのスタチック混合要素の断
面内の流路が示される。この図によシ目皿塔３１内に形
成された流路が有効に中断され、所望の横方向混合が達
成されるこルが明らかである。

第５図には６つのスタチック混合要素５３を塔の上部１
／３に配置した目皿塔５１が示される。

この混合要素５３はそれぞれ２つの目皿板５５の間隙に
配置され、その高さは２つの目皿板５５の距離Ｘに相当
する。

供給管５７を介して重相が゛目皿塔５１の上部へ導入さ
れる。下側供給管５９Ｙ：介して軽相が目皿塔５１へ供
給される。軽相は上部流出管６６１から、重相は下部流
出管６３から取出される。上側の３つのスタチック混合
要素５３は第２図に準じて配置される。下へそれぞれの
目皿板５５の間の３つの自由空間６５が続き、これに続
いて次の間隙の３つのスタチック混合要素５３の第１要
素が配置される。続く２つの間隙は他の２つのスタチッ
ク混合要素を備え、７互いに反対向きに配置される。

第６図には公知分配板を備える目皿塔の作業範囲の周期
Ｉ　Ｈ２の脈動振幅に関する曲線経過（曲線Ａ）（専門
用語ではフラッド曲線（Ｆｌｕｔｕｎｇ　　Ｋｕｒｖｅ
　）と称される）が示される。

曲線Ｂはこれに対し本発明の混合装置１ＹＮするスタチ
ック混合要素を使用した目皿塔の作業範囲を示す。本発
明の混合装置を肩する目皿塔が著しく大きい作業範囲Ｙ
Ｎし、脈動強さを大きいバンド幅に選択しうろことが明
らかである（標準作業−直線Ｃ参照）。

【図面の簡単な説明】

第１図は２つの目皿板の間に分配板を有する技術水準の
目皿塔の縦断面図、第２図は目皿板の間に３つのスタチ
ック混合要素ＹＷする目皿塔の縦断面図、第６図は第２
図に示すスタチック混合要素の流れ経過を示す原理図、
第４図は第３図に対し直角方向の断面で示す第６図と同
じ原理図、第５図は６つのスタチック混合要素Ｙ−’！
する目皿塔の縦断面図、第６図は公知分配板および本発
明によるスタチック混合要素を備える目皿塔の作業範囲
を示す図である。 ３１．５１・・・目皿塔、３３．５５・・・目皿板、３
６．５３・・・スタチック混合要素、３９．４１−　・
・・孔

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、互いに溶解しない重さの異なる２相の液−液向流抽
   出のための、２つの目皿板間に混合装置を有する目皿塔
   において、２つの目皿板（３３）間にスタチック混合要
   素（３６、 ５３）が配置され、この要素が全横断面にわたって流れ
   方向に対し斜めに走る多数の隣接配置した流路（３７）
   を有し、そのそれぞれ上側の孔（３９）と下側の孔（４
   １）が半径方向に互いにずれていることを特徴とする向
   流抽出用の目皿塔。 ２、目皿塔（３１）の上部範囲の互いに上下に続く４つ
   の目皿板（３３）間の間隙にそれぞれ１つの混合要素（
   ３６）が配置されている特許請求の範囲第１項記載の目
   皿塔。 ３、スタチック混合要素（５３）が被抽出相の供給方向
   に見て目皿塔（５１）の最初の１／３に配置されている
   特許請求の範囲第１項記載の目皿塔。 ４、目皿塔（３１、５１）全体がそれぞれ２つの目皿板
   （３３、５５）のすべての間隙にスタチック混合要素（
   ３６、５３）を備えている特許請求の範囲第１項記載の
   目皿塔。 ５、スタチック混合要素（３６、５３）が電極として形
   成されている特許請求の範囲第１項記載の目皿塔。 ６、スタチック混合要素（３６、５３）が中性子吸収材
   料から形成されている特許請求の範囲第１項から第５項
   までのいずれか１項に記載の目皿塔。 ７、スタチック混合要素（３６、５３）が自体安定に、
   自己支持性に、かつ固定手段なしに目皿板（３３、５５
   ）上にのせられている特許請求の範囲第１項から第６項
   までのいずれか１項に記載の目皿塔。 ８、互いに上下に続くスタチック混合要素 （３６、５３）が互いに９０°ずれて配置されている特
   許請求の範囲第２項から第４項までのいずれか１項に記
   載の目皿塔。