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2011 年度 実績報告書

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

研究課題

研究課題/領域番号 21360466
研究機関東京工業大学

研究代表者

竹下 健二  東京工業大学, 原子炉工学研究所, 教授 (80282870)

研究分担者 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)
キーワード遠心抽出 / 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
研究概要

(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。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (4件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] 軸流を伴うテーラークェッテ渦流れのUVP計測2011

    • 著者名/発表者名
      高橋秀治、木倉宏成、竹下健二、有冨正憲
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集(B編)

      巻: 77 ページ: 1006-1010

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Characteristics of Taylor-Couette vortex flow with counter flow2011

    • 著者名/発表者名
      H.Takehashi, H.Kikura, K.Takeshita, M.Aritomi
    • 雑誌名

      J.Japanese Society for Experimental Mechanics

      巻: 11 ページ: 168-173

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optimization of Centrifuge Extraction Operation by Visualization of Oil-water Countercurrent Flow2011

    • 著者名/発表者名
      M.Nakase, R.Makabe, K.Takeshita, H.Kikura
    • 雑誌名

      17^<th> International Conference on Separation Science and Technology for Energy Applications

      ページ: P-53

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Visualization of Oil-water Flow in Countercurrent Centrifuge Extractor by UVP Measurement and Numerical Calculation (Best Presentation Award)2011

    • 著者名/発表者名
      M.Nakase, R.Makabe, K.Takeshita
    • 雑誌名

      1st China-Japan Academic Symposium on Nuclear Fuel Cycle

      ページ: 6-10

    • 査読あり
  • [学会発表] VOFモデルによる液々向流型遠心抽出器内の油水流動解析2012

    • 著者名/発表者名
      中瀬正彦、竹下健二
    • 学会等名
      日本原子力学会2012春の年会
    • 発表場所
      福井大学
    • 年月日
      2012-03-21
  • [学会発表] 液々向流型遠心抽出器内の油水分散挙動解析2012

    • 著者名/発表者名
      中瀬正彦、竹下健二
    • 学会等名
      化学工学会第77年会
    • 発表場所
      工学院大学
    • 年月日
      2012-03-17
  • [学会発表] 液々向流型遠心抽出器の流動場解析による油水分散性の評価2011

    • 著者名/発表者名
      中瀬正彦、竹下健二
    • 学会等名
      日本原子力学会関東甲越支部若手発表会
    • 発表場所
      東京都市大学(奨励賞)
    • 年月日
      2011-11-14
  • [学会発表] 液々向流型遠心抽出装置の油水流動と抽出効率の関係2011

    • 著者名/発表者名
      中瀬正彦、竹下健二
    • 学会等名
      日本原子力学会2011年秋の大会
    • 発表場所
      北九州国際会議場
    • 年月日
      2011-09-21
  • [備考]

    • URL

      http://www.nr.titech.ac.jp/~takeshita/

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公開日: 2013-06-26  

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