2011 Fiscal Year Annual Research Report
核種分離プロセスの高度化を目指した液々向流遠心抽出装置の開発
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21360466
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
竹下 健二 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 教授 (80282870)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
木倉 宏成 東京工業大学, ソリューション研究機構, 准教授 (00302985)
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| Keywords | 遠心抽出 / 液々向流 / Taylor-Couette流 / 流動解析 / 多段分離 / 分散 / 核種分離 / 流動可視化 |
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| Research Abstract |
(1)流動可視化によるTaylor渦列の流動解析
・油水向流の流動解析は、流れ場の強い非線形性から抽出器の体系をそのまま3D-CADで作成し商用コードFLUENT13.0の非定常計算により実施した。計算結果の妥当性を示すために、超音波による流れ場計測結果と数値解析結果を比較検討した。直径がギャップ幅と同程度のテーラー渦列が時間と共に抽出器端の上下端から生成・成長することが数値計算で確認され、この結果は超音波による流動可視化試験の結果とよく一致した。
・遠心分離器上部と下部から中心に向かってテーラー渦が誘起されるに従って長軸(回転軸)方向の油相の分散が見られた。テーラー渦列の形成によって油相の分散が促進されていることが数値計算で確認できた。テーラー渦形成に伴う油相分散の向上は高感度カメラによる実験結果と一致した。
・内筒の回転数、内筒と油相の接触角、水相及び油相の粘度、界面張力を変化させて同様の数値解析を行った。内筒の濡れ性(親和性)の向上によって油相が微粒化され、界面積量が増加する傾向が見られた。濡れ性が良い場合、油相が回転内筒のせん断応力を受けやすく、油滴の微粒化が促進されると考えられる。濡れ性のよいエポキシを内筒材料に使って連続抽出実験を行うと、テフロン(低濡れ性)と比較して油滴径が小さくなり、効果的に油水分散されることが実験的にも確認できた。
・油水流動計算や流動可視化試験によって油水流動や油水分散と抽出性能の関係を明らかにすることができた。これらの知見は遠心抽出装置の更なる高度化を達成するために有効である。
(2)連続抽出プロセス
・2台の液々向流型遠心抽出器を用いて、抽出工程と逆抽出工程からなる遠心抽出プロセスによる連続抽出試験を行った。希土類元素や遷移金属類を用いて抽出分離試験を行い、これらの金属イオンを連続分離できることが確認できた。更に逆抽出工程により、目的金属を連続回収できることも明らかにできた。
・以上の結果から、本研究で提案している液々向流型遠心抽出装置が核種分離プロセスに十分に適用可能であることを明らかにできた。
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