(57)【要約】本発明は、特にチャンバーの寸法を自由に選択することにより、制御された流量および作動条件を可能とする、ロータへの追加軸コンポーネント(29)によって一直線上に並んだエマルジョンチャンバー(32)および浄化チャンバー(36)を備えた液体−液体遠心力抽出装置に関する。
2005531398.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸(27)を中心として回転する中心ロータ(26)を具備するとともに、ボウル(28)と、ステータ(25)と、前記ロータの前記ボウル内の沈降チャンバー(36)と、前記ロータと前記ステータとの間のエマルジョンチャンバー(32)と、を具備し、前記エマルジョンチャンバー(32)および沈降チャンバーは両者の間で連通しており、かつ前記エマルジョンチャンバーが前記沈降チャンバーの下方に配置されている、二つの流体相の遠心力抽出装置であって、
前記エマルジョンチャンバーおよび前記沈降チャンバーは、前記ロータの前記回転軸に続いて一列に並んでおり、前記ロータは、前記エマルジョンチャンバーの範囲を定める軸部(29)を具備することを特徴とする遠心力抽出装置。
【請求項２】
前記ステータ(25)および前記ロータ(26)は分離可能に組み立てられた部分からなり、前記ロータは、前記沈降チャンバーの周壁を備える第１の部分(50)を具備し、かつ第２の部分は前記軸部(29)を具備することを特徴とする請求項１に記載の抽出装置。
【請求項３】
前記ロータの前記第２の部分は、前記第１の部分(50)に取り付けられた前記ボウル(28)のベース(57)と、前記ベース(57)を前記軸部(29)に接合する放射状部分(66)とを具備することを特徴とする請求項２に記載の抽出装置。
【請求項４】
前記ステータ(29)は二つの重ね合わされた部分(67,68)を具備し、その一方には前記ボウルのためのキャビティがくり抜いて形成され、かつ他方には前記エマルジョンチャンバー(29)の外壁の範囲を定めるキャビティがくり抜いて形成されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の抽出装置。
【請求項５】
前記沈降チャンバーは前記エマルジョンチャンバーよりも大きな半径を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の抽出装置。
【請求項６】
前記エマルジョンチャンバーは、入口、および前記エマルジョンチャンバーの側方まで実質的に垂直に延びるとともに、下側端部を経て前記エマルジョンチャンバーの下側端部に通じている、相(30,31)の保持流路に連通していることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の抽出装置。
【請求項７】
前記ロータの前記軸部は、前記沈降チャンバー内に延びる部分(38)に関して、前記エマルジョンチャンバーに向かって半径が増大し、前記部分(38)は前記ボウル(28)の部分(37)の開口半径よりも大きな半径を有し、ここを経て、軽い流体相が前記沈降チャンバー(36)の外側に排出されることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の抽出装置。
【請求項８】
前記沈降チャンバーの下流に位置させられ、かつ環状出口(37,44)によって確定された、相(39,43)の中間チャンバーは、互いに連通していることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の抽出装置。
【請求項９】
前記軸部は前記沈降チャンバー内に延びており、かつ羽根を具備することを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の抽出装置。
【請求項１０】
前記沈降チャンバーの相下流に収集リング(44,45)を具備するとともに、前記沈降チャンバーは、前記セパレータの出口オリフィスに向かって傾斜したベースを有することを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の抽出装置。
【請求項１１】
前記ボウル(28)は、前記沈降チャンバー(36)の外側に、軽い相の交換式排出部(37)を具備することを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の抽出装置。
【請求項１２】
前記ステータ(25)は、前記エマルジョンチャンバー(32)の範囲を定めるのに寄与し、かつ前記ボウル(28)内に延びる環状リップ(69)を具備することを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の抽出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二つの液体の抽出処理のための遠心力抽出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心分離機による混合成分の液体−液体抽出処理は、特に化学、製薬および原子力産業において長い間広く利用されてきた。これらの処理を実施するために使用されるある装置が環状遠心力抽出装置である。同装置においては、混合液は、一端において回転ロータのボウル内に導入され、逆端から出て行く。分離は、混合液の重い相はボウルの周囲で遠心分離させられ、一方、軽い相は回転中心近くに集まるというデカンテーション(decantation)に起因する。
【０００３】
二つの液体の抽出に用いられる抽出装置は、一般に複式である。すなわち、混合させられ、かつ分離させられる液相は、概して異なる誘導路を経て入る。その後、それらはボウルに入る前に、ロータによって混合させられエマルジョンとなる。これら液相の一つは供給相と呼ばれ、抽出される溶質を含む。他方は溶媒と呼ばれ、好ましくは溶質のいくつかを利用する。分離に先立つ相の混合では、これら溶質は溶媒および供給相の抽出物内に入る。溶質の移動も溶媒が水相に向かう方向で実施でき、したがって非抽出(disextraction)と呼ばれる。
【０００４】
ここで、添付図面について言及する。図１は公知の環状遠心力抽出装置を示し、そして図２は本発明による抽出装置を示している。
【０００５】
公知の環状抽出装置の実例が図１に示されている。この抽出装置は、本質的に、ハウジング１および、その内部で回転するロータ２を具備する。ロータ２は、モーター軸(arbour)３、ボウル４、およびこれら二つを互いに連結するブロック５を具備する。それは、底部に位置させられたボウル４を伴って、垂直軸線を中心として回転する。ハウジング７は、相の二つの流入路６，７を具備する。それは、ボウルを含む内部チャンバー８内に注ぐ。その後、ボウル４とハウジング１との間の狭い環状スペース９に流れ込む。ここで、それらは、ボウル４の回転によって生み出されるせん断力により乳化される。ハウジング１の底部に到達すると、それらはボウル４の下を流動する。カウンター羽根１１として知られるレリーフが、エマルジョンの回転を止めるため、そしてそれを、ボウル４の底部の中心に配されたオリフィス１０に向け案内するため、ハウジング１のベースに設けられている。
【０００６】
遠心力効果によって、相からなるエマルジョンは、オリフィス１０を通過した後、ボウル４内でデカント(decanted)される。重い相は、ボウル４の壁にぶつかってインターフェイス１２まで集まる。そして軽い相は、回転軸線に向かってこのインターフェイス１２の向こうに存在する。分離させられた混合液はボウル４の上端まで流動するとともに、そこから、重い相の側に設置された誘導路１３を経て、そして軽い相の側に設置された第１の出口１４を経て外に出る。誘導路１３は中間重相チャンバー１５へ通じている。ここで、重い相は第２の出口１５を通過することにより出て行く。そしてそれは、重い相１７の収集リングに注ぐ。軽い相は中間チャンバー１９に入り、それから排出流路２０に入る。排出流路２０は、軽い相２１をその収集リングまで案内する。
【０００７】
収集リング１７，２１はハウジング１の周壁に、一方が他方の上に位置するよう配置されている。一方、上記要素は、ボウル４と一体になったブロック５内で機能する。分離させられた相を外部に運ぶ出口パイプ１８，２２は、収集リング１７，２１内で終端をなしている。
【０００８】
ある改良は、この環状抽出装置の構造を複雑にする。しかしながら、装置の正確な調整が困難となる。エマルジョンを生成する攪拌の間、とりわけボウル４の回転に依存して、ボウル内にエマルジョンを吸入するための能力と同様、デカンテーションは分離を引き起こす。そして、これら三つの機能が最適に働くよう調和する回転速度を見出すのがしばしば不可能となる。最も重大なリスクは、ボウル内のエマルジョンの相の吸い込みが過大なものとなることである。これは非常に流動的な接触時間を招き、その結果として低劣な輸送効率、あるいは空気の吸い込みをもたらす。ロータ３の回転速度を低下させることによって、このリスクは排除できる。しかし、そうすると、デカンテーションは低下する。
【０００９】
抽出装置の要素の好ましい寸法を選定するのも難しい。しかも、特にボウル４に関しては、その直径および高さは、エマルジョンのせん断を引き起こすのに十分なものでなければならない。これは、ハウジング１とボウル４との間の間隔の狭さのみで発現する。しかも、スペース９内にも十分な流動長さを付与しなければならない。それは、ボウル４の容積が相当なものとなる結果を招き、そして抽出装置のホールドアップ(hold-up)（滞留量）として知られるものが増大する結果を招く。すなわち、かなりの液体がそこに引き止められる。これは、産業工程での他の処理にて一時的に減少させられるので低減されるべきである。そしてシャットダウンの間、抽出装置を空にするのを難しくする。
【００１０】
ボウル４内で回転を再開させる前に、エマルジョンの中の液体の回転を、それをオリフィス１０に導くため、カウンター羽根１１によって止めなければならないこともエネルギーロスの原因となり不利である。最後に、インターフェイス１２が常に予定された範囲に存在していないということが時々起こる。これは抽出装置の働きを不確かなものとする。
【００１１】
これら要件の全てが、このタイプの抽出装置が直面するある作動限界、特に分離レートの限界を説明する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
その最も一般的な様態において、本発明は、回転軸を中心として回転する中心ロータを具備するとともに、ボウルと、ステータと、前記ロータの前記ボウル内の沈降チャンバーと、前記ロータと前記ステータとの間のエマルジョンチャンバーと、を具備し、前記エマルジョンチャンバーおよび沈降チャンバーは両者の間で連通しており、かつ前記エマルジョンチャンバーが前記沈降チャンバーの下方に配置されている、二つの流体相の遠心力抽出装置であって、前記エマルジョンチャンバーおよび前記沈降チャンバーは、前記ロータの前記回転軸に続いて一列に並んでおり、前記ロータは、前記エマルジョンチャンバーの範囲を定める軸部を具備することを特徴とする遠心力抽出装置からなる。
【００１３】
この独創的な構成の帰結は、以下のようなものである。エマルジョンチャンバーおよび沈降チャンバーの半径寸法は独立したものとなり、より良い選択をすることが可能となる。したがって、エマルジョンチャンバーを小さな半径を持つよう構成することができ、この結果、クェット−ポアズイユの流れをそこに形成できる。これは均一処理に好ましい。一方、沈降チャンバーは、エマルジョンチャンバーの半径よりも大きな半径を有する、かなりの大きさのままとすることができる。これは以前の構造では実現できなかったことで、維持されるべき、優れた遠心力を可能にする。
【００１４】
二つのチャンバーの高さ（あるいは長さ）もまた独立であり、容積が適切なままの短い沈降チャンバーを、またそれ自身のためになる長く狭いエマルジョンチャンバーを可能とする。ところが一方、沈降チャンバーは、公知の設計では、エマルジョンチャンバーよりも長くなっていた。
【００１５】
本発明の重要な形態はモジュラー構造である。ここでは、ロータとステータは組立可能な部分から分離可能に構成される。ロータは、沈降チャンバーの周壁を有する第１の部分を具備し、かつ第２の部分は軸部を具備する。それゆえ、ロータおよびステータを形成するため異なる部品のセットが使用された場合、エマルジョンチャンバーおよび沈降チャンバーの寸法を選定することが、そして抽出処理の特定条件にそれらを適合させることが可能となる。特定の構成によれば、ロータの第２の部分は、第１の部分に取り付けられたボウルのベースを具備する。しかも放射状部分は、このベースを軸部に連結する。あるいはステータは、その一つがエマルジョンチャンバーの外壁の範囲を定めるキャビティによってくり抜かれた、二つの重ね合わされた部分を具備する。あるいはまたボウルは、沈降チャンバーの外側への、軽い相の可動式排出部である。
【００１６】
エマルジョンチャンバーと沈降チャンバーとの間の流動は、さらに均一なものである。なぜなら、それらの整列には、カウンター羽根あるいは同じタイプの手段を使用して流体の回転を切り換えることのない、一方から他方への流路を伴っているからである。
【００１７】
狭いエマルジョンチャンバーは、抽出装置のベースにおいて、かなりの分量を排出する。それは、エマルジョンチャンバーの側方において実質的に垂直に延び、かつ、その底部において合流する、相の吸入流路によって占有できる。相がエマルジョンチャンバーに入る前には、これら流路は、保持流路、すなわち部分的に相で満たされた貯蔵部として機能する。それゆえ、エマルジョンチャンバー内への空気の吸い込みは起きなくなる。これがエマルジョンの一定体積を維持する。しかも、沈降におけるのと同様、エマルジョンにおいても抽出装置の作動を均一にする。
【００１８】
沈降チャンバー内に延びる部分において、エマルジョンチャンバーの方向にロータの軸部の半径が増大する場合には、他の有利な構成が得られる。
【００１９】
したがって、この場合はエマルジョンチャンバーの下流での空気侵入の他の可能性は、軸部の周囲が、最も広い場所において沈降チャンバーの液体に浸かっている場合に阻止される。
【００２０】
ここで言及する最後の改良は、相の中間チャンバー（沈降チャンバーの下流に設置され、かつ環状出口によって下流の範囲が規定される）が互いに連通している場合にもたらされる。圧力が等しくなる結果、インターフェイス部分における不確かさの低減に寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
これら改良の全ておよびその他は、図２の例証からさらに明らかになる。図２は本発明の好ましい実施形態を示す。ハウジング（ステータ）は、ここでは符号２５で指し示す。ロータは符号２６で、そしてその回転軸は符号２７で示す。ロータ２６はまたボウル２８を具備する。この場合、ボウル２８は、ハウジング２５の上で延在している。また、軸部２９は軸２７と同軸上にあり、ボウル２８の下方で、ハウジング２５のほとんど下まで延在しており、そしてまたボウル２８の内部においても延在している。エマルジョンチャンバー３２は、軸部２９およびハウジング２５の壁（公知の実施形態よりも厚い）によってその範囲が定まる。それは、ハウジング２５に依存する環状リップ６９によって、ボウル２８内で所定の高さまで延長されている。そして、ボウル２８とハウジング２５との間に配されたスペースへの液体の侵入を阻止するよう、エマルジョンチャンバー３２の範囲を定めるのに寄与する。羽根６１は前記ステータの下部に設置されており、これは、たとえば、液体が存在する状況で装置が始動した場合に、上記スペースに存在する液体を送り返す。エマルジョンチャンバー３２には、吸入流路３０，３１によって二つの相が供給される。吸入流路３０，３１は、実質上、エマルジョンチャンバー３２の全高にわたって垂直に延びており、かつ垂直接続流路３４および下側オリフィス３３を経てエマルジョンチャンバー３２につながる。液相は、いかなる状況下でも流路３０，３１の大部分を満たす。そして、オリフィス３３を越えた後にはじめて回転させられる。
【００２２】
軸部２９の上端には、筒形の可動部３５が取り付けられている。その半径は、沈降チャンバー３５の断面を抑制するディスク３８を形成することにより、ベースに向かって増大している。沈降チャンバー３５は可動部３５の周囲に延在する。デカントされる液体の体積は、選択された可動部３５の体積および環状出口３７によって制御される。環状出口３７の内径は、ディスク３８が浸漬され、かつ下流からエマルジョンチャンバー３２に空気が入るのを阻止するよう、このディスク３８の半径よりも小さい。ちょうど、流路３０，３１を満たす液体が、上流で同様の防護を果たすのと同じである。可動部３５もまた、沈降チャンバー３６内に液体を運ぶための羽根５６を持つ。
【００２３】
軽い相３９のための中間チャンバーは出口３７を越えて延在する。それは、螺旋状に構成できる、軽い相４０の収集リングにつながっている。すなわち、その底部は、セパレータの外側の流れに利するため出口流路４１まで降下している。ボウル内の中空流路４２は、重い相を沈降チャンバー３５から排出すること、重い相４３用の中間チャンバーに合流させること、そして第２の環状出口４４を経て、重い相が出て行くことを可能にする。ゆえに、重い相は収集リング４５に集まる。これも、選択的に螺旋状あるいは段状とすることができる。重い相は、その後、収集リング４５の最下位ポイントで終端をなす出口流路４６を経てセパレータから出て行く。輸送路４７は、中間チャンバー３９と中間チャンバー４３とをつなぎ、そこの圧力を等しくする。ゆえに、沈降チャンバー３６内のインターフェイス４８のポジションに関する不確かさのパラメーターを低減させる。環状出口３７，４４は両方とも交換式部品であることに注意すべきである。それらは、セパレータを制御するための条件を変えるべく簡単に別のものと交換できる。このために、ボウル２８はネジ込み式ベース５７を具備する。これは、取り除かれた際に、軸部２９の、したがってネジ込み式ベース５７に固定あるいは組み付けられ、しかも放射状部分５６によってそこに連結されたデカンタの可動部３５の取り外しを可能にする。これに加えて、ハウジング２５は、上側部分６７および下側部分６８を具備する。これらは、センタリング調整され、かつガスケットを介して互いに重ね合わされている。下側部分６８は流路３０，３１を含む。エマルジョンチャンバー３２は、それをくり抜いて形成されている。上側部分６７はボウル２８を含む。
【００２４】
この構造が抽出装置をモジュール化し、それが本発明の本質的な利点を形成する。ロータ２６は、異なる寸法の各セットから選ばれた軸部２９およびボウル２８から構成できる。同様にハウジング２９も、異なる寸法の各セットから選ばれた下側部分６８および上側部分６７から構成できる。これはとりわけ、エマルジョンチャンバー３２のキャビティおよびボウル２８のためである。
【００２５】
この結果、エマルジョンチャンバー３２およびボウル２８の寸法は、使用者が、適用される処理に応じて選択できる。すなわち、エマルジョンチャンバー３２の広さは、エマルジョンを生成するせん断の望ましい強さに依存する。ボウル２８の半径は、相を分離させる遠心力の望ましい強さに依存する。ボウル２８の高さは、望ましいインベントリー(inventory)体積に依存する。ロータ２６の回転速度を変えることにより処理の変更を試みる必要はない。相を含むボウル２８の容積を調節することに関する他の可能性は、出口３７を他のものと取り替えることである。その下側縁部は異なる半径を有する。
【００２６】
ゆえにボウル２８は、ネジ込み式ベース５７を別にして、沈降チャンバー３６の外壁を含む本体部５０を具備する。ゆえに、ボウル２８内に保持された相の体積は、ただ出口３７によって決まる。そして最後に、上端において、ネジ込み式カバー５８（軸２７を支持する）は、それがネジを緩めて外されるや否や、出口４４の取り出しを可能にする。ロータ２６の全体は、カバー５９がハウジング２５から取り外された後、そこから取り出すことができる。
【００２７】
ディフレクター４９は、ロータに属しかつ中間チャンバーを含む本体部５０の上端まで延びる。
【００２８】
最後に、抽出装置はハウジング２５の底部に、ワインディング(windings)５１，５２の対を具備する。両者はくり抜かれ、垂直排出ダクト５３，５４が形成されている。その第１のものは、混合液のタッピング(tapping)を続けるため、ボウル２８の下面に通じているタッピング流路に突合わせ溶接できる。またその第２のものは、抽出装置を空にするため流路３４のバス(bass)に突合わせ溶接される。
【００２９】
試作品において処理される供給相流量は、同じホールドアップ総量に関して、公知の装置（溶質の一定した抽出流量を持つ）よりも３倍大きなものであった。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】公知の環状遠心力抽出装置の図である。
【図２】本発明による抽出装置の図である。
【符号の説明】
【００３１】
２５  ハウジング（ステータ）
２６  ロータ
２７  回転軸
２８  ボウル
２９  軸部
３０，３１  吸入流路
３２  エマルジョンチャンバー
３３  下側オリフィス
３４  垂直接続流路
３５  可動部
３６  沈降チャンバー
３７  環状出口
３８  ディスク
３９  中間チャンバー
４０  軽い相
４１  出口流路
４２  中空流路
４４  第２の環状出口
４５  収集リング
４６  出口流路
４７  輸送路
４８  インターフェイス
４９  ディフレクター
５０  本体部
５１，５２  ワインディング
５３，５４  垂直排出ダクト
５６  羽根
５７  ネジ込み式ベース
５９  ネジ込み式カバー
６１  羽根
６６  放射状部分
６７  上側部分
６８  下側部分
６９  環状リップ
【図１】
2005531398.tif 000003
【図２】
2005531398.tif 000004
【国際調査報告】
2005531398.tif 000005
2005531398.tif 000006
2005531398.tif 000007
2005531398.tif 000008