(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体−液体抽出装置内を互いに向流的に流通する第１液体相と第２液体相とを備えてなる液体−液体二相混合体から相どうしを分離・更新するための分離デバイスであって、
主要母線が前記両液体相の移動方向に対して垂直とされている直線状中空円筒体（１）の形態とされ、
該円筒体における両端部のうちの一方の端部が、前記抽出装置の壁（２）を備えているか、あるいは、その壁（２）に対して当接配置されているか、のいずれかとされ、
−導入オリフィス（３）であって、捕捉することを意図した相の移動方向に沿って開口するようにして、前記円筒体の側壁上に配置された、導入オリフィス（３）と、
−捕捉することを意図した前記相を分離した後に導出するための導出オリフィス（４）であって、前記導入オリフィスよりも小さなオリフィスとされているとともに、前記導入オリフィスからは離間した位置に配置され、前記円筒体の前記一方の端部とは異なる方の端部上に配置されている、導出オリフィス（４）と、
−捕捉することを意図した前記相とは異なる相のための第３オリフィス（５）であって、前記導入オリフィスのサイズと前記導出オリフィスのサイズとの中間的なサイズとされるとともに、前記導入オリフィスの近くに配置された、第３オリフィス（５）と、
を具備していることを特徴とする分離デバイス。
【請求項２】
請求項１記載の分離デバイスにおいて、
前記二相混合体が、液体−液体二相分散液であることを特徴とする分離デバイス。
【請求項３】
請求項１記載の分離デバイスにおいて、
前記分離デバイスが、捕捉することを意図した前記相に対して適合した湿潤特性を備えた材料から形成されていることを特徴とする分離デバイス。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の分離デバイスにおいて、
捕捉することを意図した前記相が、水性相であることを特徴とする分離デバイス。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載の分離デバイスにおいて、
捕捉することを意図した前記相が、有機相であることを特徴とする分離デバイス。
【請求項６】
請求項４記載の分離デバイスにおいて、
前記分離デバイスが、親水性材料から形成されていることを特徴とする分離デバイス。
【請求項７】
請求項５記載の分離デバイスにおいて、
前記分離デバイスが、疎水性かつ親有機性材料から形成されていることを特徴とする分離デバイス。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の分離デバイスにおいて、
前記液体−液体抽出装置が、円筒形であり、
前記分離デバイスの直径が、前記液体−液体抽出装置の直径の９０％以下であり、
前記分離デバイスの長さが、前記液体−液体抽出装置の直径の８５％以下であることを特徴とする分離デバイス。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の分離デバイスにおいて、
前記分離デバイスの内部において分離した前記相に関して測定を行うための１つまたは複数のセンサを備えていることを特徴とする分離デバイス。
【請求項１０】
液体−液体抽出装置のための測定器付き中間フランジであって、
前記液体−液体抽出装置に対して付設され、
請求項１〜９のいずれかに記載された分離デバイスを、１つまたは複数個備えていることを特徴とする測定器付き中間フランジ。
【請求項１１】
請求項１０記載の測定器付き中間フランジにおいて、
前記分離デバイスの内部において分離した前記相に関してオンラインでの物理的／化学的測定を行うための１つまたは複数のセンサを備えていることを特徴とする測定器付き中間フランジ。
【請求項１２】
請求項１１記載の測定器付き中間フランジにおいて、
前記分離デバイス内へと導入された前記二相混合体に関して測定を行うための１つまたは複数のセンサを備えていることを特徴とする測定器付き中間フランジ。
【請求項１３】
請求項１１または１２記載の測定器付き中間フランジにおいて、
前記センサが、物理的・化学的・光学的・音響的測定を行うことを特徴とする測定器付き中間フランジ。
【請求項１４】
請求項１０〜１３のいずれかに記載の測定器付き中間フランジにおいて、
前記分離デバイスの内部において分離した前記相に関して１つまたは複数のパラメータに関する参照測定を行うための１つまたは複数のセンサと、
前記分離デバイス内へと導入された前記二相混合体に関して同じパラメータに関する測定を行うための１つまたは複数のセンサと、
を備えていることを特徴とする測定器付き中間フランジ。
【請求項１５】
請求項１０〜１４のいずれかに記載の測定器付き中間フランジにおいて、
前記センサが、超音波センサであることを特徴とする測定器付き中間フランジ。
【請求項１６】
請求項１５記載の測定器付き中間フランジにおいて、
２つまたは３つの超音波センサと、２つの前記分離デバイスと、を具備することを特徴とする測定器付き中間フランジ。
【請求項１７】
オンラインでの測定を行うための測定器が設けられている測定器付き装置であって、
請求項１０〜１６のいずれかに記載されたフランジを、１つまたは複数個備えていることを特徴とする測定器付き装置。
【請求項１８】
請求項１７記載の測定器付き装置において、
複数の前記フランジが前記抽出装置の長手方向に沿って配置されており、これにより、測定プロファイルが得られるようになっていることを特徴とする測定器付き装置。
【請求項１９】
請求項４記載の分離デバイスにおいて、
前記分離デバイスが、ステンレススチールまたはポリエチレンから形成されていることを特徴とする分離デバイス。
【請求項２０】
請求項５記載の分離デバイスにおいて、
前記分離デバイスが、ポリテトラフルオロエチレンまたはＰＶＤＦまたはポリクロロトリフルオロエチレンから形成されていることを特徴とする分離デバイス。
【請求項２１】
請求項１１記載の測定器付き中間フランジにおいて、
エマルジョンとして前記分離デバイス内へと導入された前記二相混合体に関して測定を行うための１つまたは複数のセンサを備えていることを特徴とする測定器付き中間フランジ。
【請求項２２】
請求項１３記載の測定器付き中間フランジにおいて、
前記センサが、前記測定として、密度、濃度、酸性度、温度、ｐＨ、導電率、拡散、回折、光吸収、音波伝搬、または、音波減衰に関する測定を行うことを特徴とする測定器付き中間フランジ。
【請求項２３】
請求項１０〜１３のいずれかに記載の測定器付き中間フランジにおいて、
前記分離デバイスの内部において分離した前記相に関して１つまたは複数のパラメータに関する参照測定を行うための１つまたは複数のセンサと、
エマルジョンとして前記分離デバイス内へと導入された前記二相混合体に関して同じパラメータに関する測定を行うための１つまたは複数のセンサと、
を備えていることを特徴とする測定器付き中間フランジ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に液体−液体からなる二相混合体といったような好ましくは液体−液体からなる二相エマルジョンといったような二相混合体から相どうしを分離するための分離デバイスに関するものであり、また、そのような二相混合体の物理的および／または化学的パラメータの決定に対してのその分離デバイスの応用に関するものである。
【０００２】
特に、本発明は、平面音波の伝搬によって、例えば二相エマルジョンといったような二相混合体の物理的パラメータを決定することができる。
【０００３】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
本発明の範囲内においては、二相混合体とは、例えば溶液といったような第１相が、連続相の形態とされ、かつ、例えば固体相や液体相や気体相といったような第２相が、連続相内に分散した例えば液滴や粒子といったような形態とされているような、任意のエマルジョンまたは分散液を意味しているものとして、理解されたい。第２相は、通常、『分散相』と称される。
【０００４】
このタイプの二相混合体は、特に、溶液内の化学成分を分離するために使用される。分離プロセスにおいては、本質的に、例えば化学成分を含有している水性溶液といったような第１溶液と、抽出剤として機能することとなる例えば有機溶媒といったような第２溶液と、を接触させる。この接触は、２つの溶液間における材料の移送を可能とすることを意図している。
【０００５】
この材料移送においては、存在している相どうしの間の界面交換面積を増大させ得るよう、微小液滴を有したエマルジョンまたは分散液の形態とされた二相混合体を形成することが好ましい。材料の移送後には、デカンテーションによって、液体どうしを分離させることができる。
【０００６】
上記プロセスに従って動作する様々な分離デバイスが公知である。中でも、ミキサーデキャンタータイプのデバイスや、遠心抽出タイプのデバイスや、パルスカラムタイプのデバイスを、例示することができる。
【０００７】
抽出カラムにおいては、２つの液体相を向流式に循環させる。その場合、重い相が、ボディの上部へと導入され、軽い相が、ボディの底部へと導入される。これら２つの相を接触させることにより、分離すべき成分は、成分と各相との親和性に応じ化学的熱力学法則に従って一方の相に占有される。これにより、分離すべき成分を完全に抽出することができ、他の相から分離することができる。
【０００８】
よって、特に、使用済み燃料の再処理において使用されるような、液体−液体抽出プロセスは、混合領域において二相エマルジョンを形成するような接触器（コンタクター）内において実行される。相どうしの間における成分の移送効率は、分散相の局所的容積比率と、局所的界面交換面積と、に特に関連している。また、エマルジョン領域内において存在している液体相に関しての、例えば個別成分の濃度（例えば、Ｕの濃度や、Ｐｕの濃度）や導電率や酸性度や密度等といったような、他の物理的・化学的パラメータを決定することが要望されることもある。
【０００９】
これら様々なパラメータは、いくつかの手法によって決定することができる。第１手法においては、試料を採取し、すなわち、少量のエマルジョンを採取し、放置してデキャントした後に各相に関して測定を実行する。
【００１０】
しかしながら、このタイプの手法は、欠点を有している。実際、エマルジョン試料の採取によって、接触器の液圧操作が乱れてしまう。
【００１１】
さらに、試料採取は、分離デバイスが十分な量の混合体を収容している場合しか、実行できない。さらに、採取した試料は、分離デバイス内に再注入しなければならず、あるいは、各測定後に格納しなければならない。加えて、二相混合体が、非常に放射性の大きな物質を含有している場合には、測定試料の採取および格納は、実行不可能であったり、実行が非常に困難であったりする。
【００１２】
特に連続相の密度や処理時の各相内における波の速度すなわち伝搬時間を個別的に求めることを意図しているような第２手法においては、分離デバイス内において混合領域の近傍に、デキャンテーションチャンバを設置する。しかしながら、このような『インサイテュ』型デキャンテーションチャンバは、分離デバイスの液圧的振舞いを変更してしまい、二相混合体の特性を局所的に変更してしまう。
【００１３】
より詳細には、局所的保持割合に関し、超音波伝搬によって局所的保持割合を測定するための方法が、参考文献(１)(２)(３)において既に開示されている。
【００１４】
このパラメータβを、次式によって表すことができることが示されている。
【数１】
0004290936.tif 000002
ここで、ｔ，ｔｃ，ｔｄは、それぞれ、エマルジョン内における超音波の伝搬時間、連続相内だけにおける超音波の伝搬時間、および、分散相内だけにおける超音波の伝搬時間を表しており、ｇｃ，ｇｄは、水性相および有機相のそれぞれ内における音響経路のための補正係数を表している。
【００１５】
相間における材料移動が起こった場合には、各相内における伝搬速度のオンラインでの校正が、エマルジョン内における測定と同じ物理的・化学的条件下において、実行されなければならない。
【００１６】
参考文献(４)においては、破壊方法が提案されており、この方法においては、測定前に所定量のエマルジョンを採取してデキャントする。
【００１７】
また、参考文献(５)においては、音響的顕微鏡検査法が提案されている。この方法は、破壊的でもなく侵入的なものでもないという利点を有している。しかしながら、連続相内の校正パラメータしか決定できない。
【００１８】
同様に、界面交換面積に関し、液滴の平均サイズおよび平均数を分析するための光学的方法が存在し、これにより、局所的界面交換面積が決定される。しかしながら、光拡散や光回折に基づくこの手法は、局所的保持割合がオンラインで既知であることを仮定している。例えば、基本原理は、FORULACTION Comapany社から TURBISCAN（登録商標）という名称で市販されているデバイスである。
【００１９】
液滴が大量であると、分析や画像処理によって、簡単には決定できないものと考えられる。
【００２０】
他のパラメータのオンラインでの決定は、採取された試料に対する分析によって得られる。
【００２１】
参考文献(５)においては、連続相の密度の測定が、音響顕微鏡法によって得られている。この方法自体では、分散相内の値を決定することができない。
【００２２】
物理的・化学的パラメータを決定する際の問題点は、使用済み核燃料の再処理のための新たな液体−液体抽出設備内において現在使用されているデバイスにおいて、特に深刻である。実際、放射性物質の量を制限するために、カラムは、非常に小さい。
【００２３】
そのようなデバイスにおいては、オンラインにおいて少しの試料しか採取することができず、抽出デバイスの形状は、侵入や寸法の局所的変更のために液圧的な乱れや制限をもたらす。
【００２４】
したがって、分離デバイスの配置によって液圧的振舞いを変更することがなくかつ二相混合体の特性を変更することがないような、例えば液体−液体二相エマルジョンのような特に液体−液体二相混合体といったような二相混合体の相を分離したり更新したりするための分離デバイスが要望されている。
【００２５】
また、相どうしの完全な分離や更新を可能とし得るような、特に液体−液体二相混合体といったような二相混合体の相を分離したり更新したりするための分離デバイスが要望されている。
【００２６】
また、試料採取を行うことなくかつ侵入を行うことなくかつ液圧的乱れを引き起こすことなくかつ二相混合体の特性を変更することなく測定を行い得るような、液体−液体二相エマルジョンの物理的・化学的パラメータを測定するための分離デバイスが要望されている。
【００２７】
最後に、エマルジョンの性質および体積にかかわらず、高信頼性でもってかつ高精度でもってそのような測定を行い得るような、測定デバイスが要望されている。
【００２８】
本発明の目的は、特に上記要求を満たすような、例えば液体−液体二相エマルジョンといったような二相混合体の相を分離したり更新したりするための分離デバイスを提供することである。
【００２９】
また、本発明の目的は、従来技術における分離デバイスの欠点や制限や欠陥や不利を有しておらず、従来技術におけるそのような問題点を解決し得るような、例えば液体−液体二相エマルジョンといったような二相混合体の相を分離したり更新したりするための分離デバイスを提供することである。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上記目的および他の目的は、本発明に基づき、液体−液体抽出装置内を互いに向流的に流通する第１液体相と第２液体相とを備えてなる液体−液体二相混合体から相どうしを分離・更新するための分離デバイスであって、主要母線が両液体相の移動方向に対して垂直とされている直線状中空円筒体の形態とされ、この円筒体における両端部のうちの一方の端部が、抽出装置の壁を備えているか、あるいは、その壁に対して当接配置されているか、のいずれかとされ、
−導入オリフィスであって、捕捉することを意図した相の移動方向に沿って開口するようにして、円筒体の側壁上に配置された、導入オリフィスと、
−捕捉することを意図した相を分離した後に導出するための導出オリフィスであって、導入オリフィスよりも小さなオリフィスとされているとともに、円筒体の一方の端部とは異なる方の端部上に配置されている、導出オリフィスと、
−捕捉することを意図した相とは異なる相のための第３オリフィスであって、導入オリフィスのサイズと導出オリフィスのサイズとの中間的なサイズとされるとともに、導入オリフィスの近くに配置された、第３オリフィスと、
を具備している分離デバイスによって、達成される。
【００３１】
本発明による相の分離・更新のための分離デバイスは、空間的形状に基づき、導入オリフィスおよび導出オリフィスの特定配置に基づき、および、オリフィスどうしの寸法に関する特定の相対関係に基づき、特に、液圧的乱れを制限するという効果があり、二相混合体の特性に影響を与えることがないという効果があり、さらに、相どうしの完全な全体的分離が行えるという効果がある。その結果、本発明による分離デバイスは、従来技術における分離デバイスによって提起された問題点に対する解決手段をもたらすとともに、上述の要求のすべての十分に満たすことができる。
【００３２】
好ましくは、二相混合体は、液体−液体二相エマルジョン（または、液体−液体二相分散液）とされる。
【００３３】
有利には、本発明による分離デバイスを形成する材料は、捕捉することを意図した相に対して適合した湿潤特性を備えている。
【００３４】
捕捉することを意図した相は、一般に、有機相または水性相とされる。
【００３５】
よって、捕捉することを意図した相が、有機相である場合には、例えばテフロン（登録商標）（ＰＴＦＥ、ポリテトラフルオロエチレン）またはＰＶＤＦ（ポリ（ビニリデンフルオロライド）、放射耐性がより大きい）またはポリクロロトリフルオロエチレン（ＫＥＬ−Ｆ（登録商標））といったような疎水性かつ親有機性材料が選択されることが好ましい。
【００３６】
捕捉することを意図した相が、水性相である場合には、例えばステンレススチールまたはポリエチレンといったような親水性材料が選択されることが好ましい。
【００３７】
有利には、本発明による分離デバイスは、サイズが小さく、そのため、使用済み核燃料の再処理設備内における液体−液体抽出装置に対して、完全に適合する。
【００３８】
サイズが小さいにもかかわらず、本発明による分離デバイスは、分離器としての役割を完全に満たすとともに、十分な量の分離相を保持することができ、物理的・化学的な測定や分析を、例えばオンラインでもって、行うことができる。
【００３９】
本発明による分離デバイスのサイズおよび寸法が、本発明による分離デバイスを設置することとなる液体−液体抽出装置のサイズに応じたものとされることは、明らかである。
【００４０】
本発明による分離デバイスの長さおよび直径は、
−局所的容積を維持し得るように、
−２０〜３０％という透過性を確保し得るように（この場合、分離器は、カラムパッキングプレートを代替する）、
調節される。
【００４１】
よって、分離デバイスの長さは、一般に、抽出装置のボディまたはフランジの直径の８５％以下とされる。分離デバイスの最大直径は、一般に、抽出装置のボディまたはフランジの直径の９０％以下とされる。
【００４２】
また、中間フランジの形状は、必ずしも、抽出装置のボディの形状と同一である必要はないことを、指摘しておく。
【００４３】
最小値は、分離および更新を確保するために必要な最小直径および最小長さ（分離容積）である。
【００４４】
実験によれば、最小長さは、例えば約６ｍｍ（ｌｍｉｎ −６ｍｍ）であり、最小直径は、例えば約１０ｍｍ（φｍｉｎ −１０ｍｍ）である。
【００４５】
しかしながら、最小値は、使用されている材料や、相の性質に依存する。実際、親和性や粘度等に応じた内壁上への『結合性』は、いささか重要である。
【００４６】
よって、例示するならば、抽出装置が、５０ｍｍという直径（ボディの直径）を有している場合には、本発明による分離デバイスは、２５ｍｍという直径と２０ｍｍという長さとを有した円筒体とされることとなる。
【００４７】
抽出装置が、２７ｍｍという直径を有している場合には、本発明による分離デバイスは、１５ｍｍという直径と１２ｍｍという長さとを有した円筒体とされることとなる。
【００４８】
最後に、抽出装置が、１５ｍｍという直径を有している場合には、本発明による分離デバイスは、１２ｍｍという直径と１０ｍｍ以下という長さ（外形形状においては１２〜１３ｍｍ）とを有した円筒体とされることとなる。
【００４９】
本発明による分離デバイスには、分離した相内において測定を行うための１つまたは複数のセンサを備えることができる。
【００５０】
測定は、特に、例えば濃度や導電率や温度やｐＨ等といったような、物理的／化学的測定とされる。
【００５１】
加えて、本発明は、液体−液体抽出装置のための測定器付き中間フランジであって、上述したような分離・更新のための分離デバイスを、１つまたは複数個備えている測定器付き中間フランジに関するものである。
【００５２】
有利には、フランジには、分離デバイスの分離された相内においてオンラインでの物理的／化学的測定を行うための１つまたは複数のセンサ、例えば１個〜１０個のセンサ、が設けられる。
【００５３】
有利には、フランジには、上記に加えて、例えばエマルジョンといったような二相混合体に関して測定を行うための１つまたは複数のセンサ、例えば１個〜１０個のセンサ、が設けられる。
【００５４】
センサ（分離器内にあるか、分離器とは無関係にフランジ内にあるか、あるいは、フランジとは無関係であるか、にかかわらず）は、特に、密度、濃度、酸性度、温度、ｐＨ、導電率、拡散、回折、光吸収、音波伝搬、および、音波減衰に関する測定の中から選択されたような、物理的・化学的・光学的・音響的測定を行う。
【００５５】
よって、フランジは、分離デバイスにおいて分離された相内において１つまたは複数のパラメータに関する参照測定あるいは強度レベルに関する参照測定を行うための１つまたは複数のセンサと、エマルジョン内において同じパラメータに関する測定あるいは強度レベルに関する測定を行うための１つまたは複数のセンサと、を備えることができる。
【００５６】
センサは、特に、超音波センサとすることができる。
【００５７】
フランジは、有利には、３つまたは４つの超音波センサと、２つの分離デバイスと、を具備することができる。
【００５８】
最後に、本発明は、液体−液体抽出装置のための、オンラインでの測定を行うための測定器が設けられている測定器付き装置であって、上述したようなフランジを、１つまたは複数個備えている測定器付き装置に関するものである。
【００５９】
有利には、フランジは、抽出装置に沿って（抽出装置の長さ方向に沿って）配置されており、これにより、二相混合体の１つまたは複数のパラメータに関しての測定プロファイルが得られるようになっている。
【００６０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明を制限するためではなく本発明を例示する目的のために、本発明について詳細に説明する。
【００６１】
図１は、相の自動的な分離・更新が可能であるような、特に液体−液体エマルジョンといったような二相混合体の相を分離・更新するための本発明による分離デバイスを示している。
【００６２】
この分離デバイスは、直線的な中空円筒体の形態とされており、直線状中空円筒体の一方の端部が、抽出装置の壁（２）を備えている。あるいは、その端部が、壁（２）に当接するようにして配置されている。
【００６３】
円筒体には、相導入オリフィスと更新オリフィス（あるいは、導出オリフィス）とが設けられている。
【００６４】
本発明においては、円筒体（１）は、円筒体の主要母線（円筒体の全体的延在方向）が複数の液体相の移動方向に対して垂直であるようにして、抽出装置内に配置されている。
【００６５】
導入オリフィス（３）は、大きめのオリフィスとされており、全体的に円形の形態で穴開けされており、３０ｍｍ未満という直径のカラムに対しては、例えば２〜５ｍｍという直径とされている。穴開け直径が、分離器の容積と関連していることは、明らかである。
【００６６】
また、円筒体は、捕捉することを意図した相のための導出オリフィス（４）を備えている。導出オリフィス（４）は、大まかには、導入オリフィスと同じサイド（すなわち、同じ端部）に配置されている。言い換えれば、抽出装置の壁を備えている端部あるいは抽出装置の壁に当接配置されている端部とは異なる方の端部上に、配置されている。この導出オリフィスは、全体的に円形の形態で穴開けされており、導入オリフィスよりも小さなオリフィスとされている。よって、この導出オリフィスは、３０ｍｍ未満という直径のカラムに対しては、例えば０．８〜１．２ｍｍという直径を有することとなる。
【００６７】
最後に、本発明による分離デバイスは、導入オリフィスの近くに配置された第３オリフィス（５）を備えている。この第３オリフィスは、導出オリフィス（４）と同じ端部上に配置されている。この第３オリフィス（５）は、所望ではない相が分離デバイス内に侵入した場合に、必要に応じて、その所望ではない相を排出するために使用される。
【００６８】
図２は、（有機相内に分散された）重い水性相を分離・更新するための機構を示しており、図３は、（水性相内に分散された）軽い有機相を分離・更新するための機構を示している。
【００６９】
例えば、図２においては、二相混合体（有機相内の水性相）は、分離デバイス（１）内へと、導入オリフィス（３）を通して侵入する（矢印（６））。分離された水性相は、導出オリフィス（４）を通して排出され（矢印（７））、分離デバイス内へと侵入した有機相は、第３オリフィス（５）を通して排出される（矢印（８））。
【００７０】
例えば、図３においては、二相混合体（水性相内の有機相）は、同様に、分離デバイス（１）内へと、導入オリフィス（３）を通して侵入する（矢印（９））。分離された有機相は、導出オリフィス（４）を通して排出され（矢印（１０））、分離デバイス内へと侵入した水性相は、第３オリフィス（５）を通して排出される（矢印（１１））。
【００７１】
本発明による分離器を形成するために使用されている材料が適切な湿潤特性を有していることにより、分離・更新が、効率的に行われる。その結果、わずかのエマルジョンしか導入されることがなく、分離することを意図した相だけが現れる。
【００７２】
言い換えれば、本発明による分離デバイスにおいて分離可能性をもたらしている材料は、エマルジョンをなす相の性質に関連した湿潤特性を有するように選択される。よって、例えば、再処理操作の場合には、例えば硝酸からなるような水性相を分離するために、例えばステンレススチールやポリエチレンといったような親水性材料が選択されることが好ましい。一方、例えばＴＰＨ内に３０％という濃度でもって含有されたＴＢＰからなるような有機相を分離するためには、例えばテフロン（登録商標）や放射耐性を有したある種の他のポリマーといったような疎水性材料すなわち親有機性材料が使用される。
【００７３】
分離器の円筒形状は、侵入や寸法の局所的変更に関連した液圧的乱れをできるだけ制限し得るような最適のものとして示されている。さらに、本発明による分離デバイスは、完全に適応し、このことは、例えば使用済み燃料の再処理のための抽出設備において現在使用されている小径カラムといったような小容量デバイスにとっては、驚くべきことである。
【００７４】
本発明による分離デバイスの形状は、エマルジョンを収容している装置の寸法に応じたものとされ、オンラインでの物理的・化学的測定および分析を行うのに必要な最小の相分離容積のものとされている。
【００７５】
例示するならば、５０ｍｍという直径のボディからなる抽出カラム内においては、本発明による分離デバイスは、２５ｍｍという直径と２０ｍｍという長さとを有することとなる。
【００７６】
２７ｍｍという直径のボディからなる抽出カラム内においては、本発明による分離デバイスは、１５ｍｍという直径と１２ｍｍという長さとを有することとなる。
【００７７】
１５ｍｍという直径のボディからなる抽出カラム内においては、本発明による分離デバイスは、１２ｍｍという直径と１０ｍｍという長さとを有することとなる。
【００７８】
本発明による分離デバイスを設置する装置の容積にかかわらず、また、そのような装置の容積が非常に小さい場合であってさえも、本発明による分離デバイスは、非常に小さな液圧変動しか引き起こすことがなく、相の分離・更新に関しての良好性を保証する。
【００７９】
よって、５０ｍｍという直径と２７ｍｍという直径とを有した各パルス型模擬カラムに関する試験により、本発明による分離デバイスの分離能力が、カラムのパルス化における振幅と周波数との積によって表されるような対流的撹拌エネルギーのみに依存することが示された。
【００８０】
様々な直径（５０ｍｍおよび２７ｍｍ）とされた各パルス型カラムに関しまた試験される各材料（ステンレススチール、テフロン（登録商標）、および、ポリエチレン）に関し、二相システム内に導入される、単位をｍｂａｒとしたときのパルス化圧力と、振幅と周波数との積として得られパルス化エネルギーを表すａ×ｆと、の関数として、２０℃において音波伝搬速度をもたらす様々な曲線が得られた。分離は、パルス型カラムのボディ内に局所的に存在するエマルジョンの量にかかわらず音波の値が安定していることによって、証明された。
【００８１】
更新効率に関しては、導入される相の酸性度を変更することによって、確認された。結果は、常に完全に得られていた試料に関して行った分析と比較することにより、示された。
【００８２】
一定温度における音響伝搬速度を測定し、実験室において得られた校正値と比較した。酸性度の関数としての変化は、全体的に同等であった。
【００８３】
その上、平衡状態の二相システムにおいて、パルス化圧力という観点から、および、振幅×周波数の値という観点から、ステンレススチール製分離器の動作範囲を示すことができた。水性相に関しては、ステンレススチール製分離器内において、０〜１３０ｍｂａｒかつ振幅×周波数ａ．ｆ≦２．６ｃｍ．ｓ−１においては、エマルジョンは導入されなかった。
【００８４】
同様に、テフロン（登録商標）製分離器内においては、有機相の分離に関する動作範囲は、０≦ａ．ｆ≦３．５ｃｍ．ｓ−１であった。
【００８５】
また同様に、水性相に関してのポリエチレン製分離器の場合には、動作範囲は、ａ．ｆに関して同じであった。
【００８６】
さらに、ステンレススチール、テフロン（登録商標）、および、ポリエチレンから形成された分離器の更新効率は、材料移送時に分離媒体内の伝搬速度が変化することによって、証明された（酸性度の変化によって模擬された）。
【００８７】
酸性度の関数としての、速度変化の様子は、実験室内において得られたものと同等であった。
【００８８】
さらに、本発明は、例えばパルス型カラムといったような抽出装置のための、測定器付き『中間フランジ』と称されるデバイスに関するものである。このフランジは、例えば上述したような分離デバイスといったような分離デバイスを、例えば最大１０個といったように１つまたは複数備えることができる。
【００８９】
図４は、２つの分離デバイス（相分離器）（１，１３）を備えて構成されているそのような中間フランジ（１２）を示している。この場合、例えば分離デバイス（相分離器）（１）といったような一方の分離デバイス（相分離器）は、水性相を分離するためのものであり、例えば分離デバイス（相分離器）（１３）といったような他方の分離デバイス（相分離器）は、有機相を分離するためのものである。フランジは、例えば複数のプレート（１５）付きのパルス型カラム（１４）といったような液体−液体抽出カラム内に配置されている。
【００９０】
複数のセンサ（１６，１７，１８）が、フランジ面のところにおいて、直接接触状態でもってあるいは導波管を介して、設けられている。各分離器内のエマルジョンおよび／または分離相に関しての、例えば密度や濃度や酸性度や導電率の測定といったような様々なタイプの物理的・化学的・光学的・音響的測定等を、行うことができ、センサの配置のためには、分離器の形状をわずかに変更するだけで良い。格別に有効なセンサは、超音波センサである。
【００９１】
フランジの内部形状は、例えばパルス型カラムといったような液体−液体抽出装置の寸法に応じて計算され、液圧的乱れを引き起こすことがない。
【００９２】
よって、体積が維持される。言い換えれば、フランジの体積は、分離デバイスを考慮すれば、同じ高さのカラムボディの体積に等しい。過度に大きなヘッド損失を避けるために、また、急速な飽和というリスクを避けるために、すべての場所において、２０〜２５％以上の透過性が維持される。
【００９３】
透過性が、カラム直径に対してのプレート直径の比として定義されることを思い起こされたい。
【００９４】
フランジは、例えばステンレススチールやポリマーといったような、エマルジョンをなす複数の相に対して適合性を有するとともに機械加工することができさらに使用されている溶液の化学侵食に対して耐性を有しておりさらに場合によっては放射性環境内への設置に対して適合性を有しているような、任意の材料から形成することができる。
【００９５】
図４のフランジは、例えば３つのセンサ（１６，１７，１８）を備えている。好ましくは、これらセンサは、超音波センサとされる。これらセンサは、例えば密度や局所的保持割合や音響インピーダンスや液滴サイズや液滴数等といったような様々なエマルジョンパラメータを決定するための測定を行うことができる。
【００９６】
図４においては、２つのセンサ（１７，１８）は、それぞれ対応する分離器において分離された相に関する測定を行い、他のセンサ（１６）は、エマルジョン内における測定を行う。
【００９７】
３つの超音波センサは、超音波信号用の像倍器−放出器−増幅器へと接続され、その後、超音波信号用のデジタル化ステージおよび処理ステージへと接続される。
【００９８】
よって、このフランジにおいては、特に、エマルジョンをなす各相が受けた物理的・化学的変更を考慮しつつ、インサイテュにおける相分離による自己校正を行いつつ、局所的保持割合（すなわち、局所的な分散相の密度）の測定が可能である。上述の式（１）においては、３つの超音波センサが必要である。パラメータ（ｔｃ ，ｔｄ ）は、２×ｌ（ここで、ｌは、分離器の長さ）という音響経路長さが既知である場合に、第１エコーの時間的局在化によって、それぞれの分離デバイス（相分離器）内において測定可能である。エマルジョン内の通過時間（ｔ）は、フランジの直径の値とエマルジョンをなす各相の性質（粘度に関連した音波吸収）と使用された超音波周波数とに応じて、透過性によってあるいはエコーによって、測定することができる。
【００９９】
例えば、硝酸と、ＴＰＨ内に３０％という濃度でもって含有されたＴＢＰと、からなる系の場合には、エコーによる測定は、最大２０ｍｍという直径（４０ｍｍという音響長さ）までは、２ＭＨｚにおいて困難なく行うことができる。
【０１００】
図５および図６は、局所的保持割合に関するオンラインでの測定を行い得る２つの実験的アセンブリを示している。３つの超音波通過時間（第１エコー往復の局在化）の決定は、数値計算またはアナログインターフェースによって行うことができる。
【０１０１】
図５に示すアセンブリにおいては、同一フランジ内の３つの超音波センサ（５１，５２，５３）は、同期的に駆動される。レスポンスは、３つのエコーの重ね合わせとされる。
【０１０２】
伝搬媒体あるいは音響的経路のいずれかが相違する場合には、３つのエコーは、重なることがなく、容易に相関性を喪失する。
【０１０３】
符号（５４）は、中間介在型の電子的インピーダンス適合化デバイスである。場合によっては、増幅器とすることができる。
【０１０４】
符号（５５）は、複数のフランジに関する各測定を順次的に分析することができるマルチプレクサである。
【０１０５】
符号（５６）は、マルチプレクサを制御するためのデジタル基板である。
【０１０６】
符号（５７）は、超音波放出器／増幅器である。
【０１０７】
符号（５８）は、計算機（６０）において行われる処理のための数値データ取得基板である。
【０１０８】
図６は、複数の（２つの）フランジに関して、超音波によって保持割合をオンラインにおいて測定する例を示している。
【０１０９】
センサ（５１，５２）による２つの測定は、それぞれ対応する分離器において、同時にかつ同期的に行われる。
【０１１０】
媒体が相違することにより、２つのエコーは、時間的に分離される。
【０１１１】
マルチプレクサ（５５）は、複数のフランジ上における各分離デバイス（相分離器）内における信号を順次的に分析することができる。
【０１１２】
センサ（５３）による測定は、エマルジョン内において行われている。
【０１１３】
よって、マルチプレクサ（５４）は、複数のフランジに関しエマルジョン内における測定を順次的に検証することができる。
【０１１４】
マルチプレクサ（５４，５５）は、並列的に処理される。
【０１１５】
符号（５６，５７）は、特定の超音波放出器／増幅器である。
【０１１６】
符号（５８，５９）は、計算機によるデータのデジタル化および処理のための、データ取得基板である。
【０１１７】
２７ｍｍという直径のパルス型カラムと１０ｍｍという長さとされた複数の分離デバイス（相分離器）とを使用しエマルジョン内における音響経路長さを１６ｍｍとした場合に、オンラインでの保持割合に関する測定結果が得られた。音響測定を、採取された試料に関して行われた測定と比較した。保持割合の大きさは、パルス化圧力の作用によって変更された。
【０１１８】
これにより、絶対的な相違が、２つのポイントよりも小さいままに維持されていることがわかる。
【０１１９】
さらに、局所的な測定器を備えているようなフランジを使用するという着想に基づき、それぞれの分離デバイス（相分離器）内における測定およびエマルジョン内における測定を関連させることにより、エマルジョンを特性づける新たな測定を行うことができる。
【０１２０】
つまり、分離デバイス（相分離器）がポリマー材料から形成されている場合には、分離デバイス（相分離器）内において、エコーの時間的局在化、および、その最大振幅の測定により、溶液の音響インピーダンス（密度と、音波伝搬速度と、の積）を決定することができ、その結果、密度を決定することができる。
【０１２１】
その時々に放出される音響エネルギーの変動を考慮するために、分離デバイス（相分離器）内に校正デバイスを導入する必要がある。
【０１２２】
その場合、テフロン（登録商標）から形成されていると仮定すれば（他のポリマーについても同様の理由）、ステムおよびボトムディスク上における平均振幅の記録により、以下のものを決定することができる。
【数２】
0004290936.tif 000003
ここで、ＺＳ およびＺＴ は、溶液およびテフロン（登録商標）のそれぞれの音響インピーダンスであり、Ａ１’およびＡ２は、標準およびボトムのそれぞれにおけるエコーの振幅であり、Ｌおよびｌは、ステンレススチールから形成された標準的反射材の寸法であり、ｄは、超音波ビームの直径、である。
【０１２３】
密度ρは、ρ＝ＺＳ／ｖ によって決定される。ここで、ｖは、溶液内における音響伝搬速度である。
【０１２４】
５０ｍｍカラムに関しての確認試験により、約０．４％という精度での硝酸密度の非常に良好な決定が示された。
【０１２５】
水性相のための分離デバイス（分離器）においては、大きな音響インピーダンスを有した標準的ステムは、ステンレススチールから形成することができる。
【０１２６】
有機相のための分離デバイス（分離器）においては、標準的ステムは、非常に大きな音響インピーダンスを有していなければならず、かつ、疎水性でなければならない。したがって、例えば、疎水性とされたガラスから形成することができる。
【０１２７】
さらに、保持割合の測定と、エマルジョンをなす各相内における各音響インピーダンス測定と、を関連させることにより、エマルジョンの特性づけを行うデバイスは、液滴の平均サイズと液滴の平均数とを決定することができる。
【０１２８】
実際、音響波長よりも大きなサイズの液滴が、信号の減衰（Ａｇ ）を誘起することを考慮すれば、伝達される信号の強度は、 Ａｎ＝Ａ０×（Ａｇ）Ｎ によって表される。ここで、Ａ０ は、液滴が存在しない場合の（保持割合がゼロである場合の）信号振幅であり、Ｎは、同じ平均直径ｄを有した液滴数である。
【０１２９】
以下の式を示すことができる。
【数３】
0004290936.tif 000004
ここで、Ｚａｑ およびＺｏｒｇａ は、エマルジョンをなす各相の音響インピーダンスを示している。
【０１３０】
保持割合に関する音響測定の数値がわかれば、定義により、以下の式が得られる。
【数４】
0004290936.tif 000005
ここで、ΦＵＳおよびｌは、超音波ビームの直径および長さである。
【０１３１】
超音波ビームのサイズの液滴の等価数（ｎ）を評価した後においては、液滴の平均数（Ｎ）が、次式によって決定される。
Ｎπ×ｄ２＝ｎ／２ ×π×ΦＵＳ２
Ｎ＝（ｎ３×ΦＵＳ２）／１８×ｌ２×β２）
【０１３２】
関連する平均直径は、次式により得られる。
【数５】
0004290936.tif 000006
【０１３３】
言い換えれば、界面交換面積は、Ａ＝ｎπＤ２ となる。
【０１３４】
２７ｍｍという直径のパルス型カラムに関してこのようにして行われた試験により、信号の減衰が、パルス化エネルギーに応じて変化すること、つまり、液滴数に応じて変化すること、が明瞭に示された。エマルジョン内における音響経路は、テフロン（登録商標）製ディスク上におけるエコーにおいては、１６．４ｍｍ（８．２ｍｍの２倍）であった。
【０１３５】
上述した様々な式を適用することにより、以下の表１が得られた。
【表１】
0004290936.tif 000007
【０１３６】
写真による評価により、液滴の平均サイズは、１００ｍｂａｒ付近のパルス化圧力においては（１５〜１８％という保持割合）、１〜１．５ｍｍであった。
【０１３７】
したがって、例えば３つの（あるいは、４つの）超音波センサが取り付けられているような例えば２つの分離デバイス（相分離器）を備えた中間フランジが、
−体積比率、
−音響インピーダンスおよび密度、
−液滴の平均サイズおよび液滴の平均数、
という点において、二相エマルジョンの局所的物理的特性づけを優秀に行うデバイスであることが、示された。
【０１３８】
他の物理的／化学的パラメータは、相分離領域内に検出器またはセンサを設置することにより、観測することができる。特に、以下の事項が想定される。
−光ファイバを使用し、ＵＶから可視範囲において吸収特性を測定することによって（分光法）、構成要素の濃度を測定すること。
−導電率を測定すること。
−ｐＨプローブを使用してｐＨを測定すること。
【０１３９】
原理は、分離器の壁を通して分離容積内へと、検出部材または透過型ガイドを導入することである。異なる測定領域どうしの間における干渉を避けるために、必要に応じて、異なる測定領域どうしを隔離し得るように形状を適合させることができる。
【０１４０】
図７は、例えばエマルジョンといったような二相混合体を収容しているとともに、例えばパルス型カラム（６１）といったような装置を備えている装置を示している。
【０１４１】
この装置が、例えば放射性物質の処理に使用できるものであることにより、密封容器（６２）内において補強されていることが好ましい。カラムには、本発明による測定器付き中間フランジ（６３）が複数設けられている。図７の例においては、６個のフランジが示されており、各フランジには、相の分離・更新を行うための分離デバイスが複数個、および、例えば超音波センサといったようなセンサが複数個、設けられている。
【０１４２】
よって、図７は、ボディに沿って測定器付き中間フランジ（６３）を複数備えたパルス型カラム（６１）を示している。中間フランジ（６３）の各々には、互いに同じ３つの超音波センサ（６４，６５，６６）が設けられている。これら超音波センサは、
−（１）分離された水性相、
−（２）分離された有機相、
−（３）エマルジョン、
という３つの媒体内において、伝搬速度の測定を行う。
【０１４３】
ここでは、制御デバイスの数を制限しつつ、オンラインでの保持割合プロファイルを測定できる手段を提供している。以下のようないくつかのマルチプレクサシステムを使用している。
−水性相のための分離デバイス（分離器）内において測定を行っている複数のセンサ（１個のフランジにつき１個）のすべてに対して接続された、同一かつ単一のマルチプレクサ（６７）。
−有機相のための分離デバイス（分離器）内において測定を行っている複数のセンサ（１個のフランジにつき１個）のすべてに対して接続された、第２マルチプレクサ（６８）。
−同様に、エマルジョン内において測定を行っている複数のセンサのすべてに対して接続された、第３のマルチプレクサ（６９）。
【０１４４】
これら３個のマルチプレクサ（６７，６８，６９）は、３つの特定の超音波放出器・増幅器を介して計算機（６１４）によって直接的に制御することができる、あるいは図７に示すように、付加的なマルチプレクサステージ（６１１）へと接続することができる。後者の場合には、放出器・増幅器（６１２）およびデータ取得基板（６１３）の数を１個ずつへと減らすことができ、その後、制御用計算機に対して接続することができる。符号（６１０）は、複数のマルチプレクサを制御するための、標準的な数値入出力基板である。
【０１４５】
各瞬間（ｔ）において、３つのマルチプレクサ（６７，６８，６９）は、同一チャネル番号へと切り替えられ、同じフランジに関する複数の測定結果の伝達が確保される。付加的なマルチプレクサ（６１１）は、データ取得基板（６１３）に対して、各フランジ上の３つのセンサから供給された３つのエコーを順次的に伝達することができる。その場合、計算機によってデータが取得されてデータ処理が行われたときには、次なるフランジに関する複数のマルチプレクサへと切り替えられる。
【０１４６】
［参考文献］
(１)仏国特許出願公開明細書第２ ７８０ ７８９号
(２)米国特許明細書第４，７２６，２２１号
(３)“Model for hold-up measurements in liquid dispersions using an
ultrasonic technique”, J. YI and L.L. TAVLARIDES, Ind. Eng. Chem. Res.,vol. 29, no. 3, p. 475-482, 1990
(４)“Control of dispersed-phase volume fraction in multistage
extraction columns”, C. TSOURIS and L.L. TAVLARIDES, Chemical
Engineering Science, vol. 46, no. 11, p. 2857-2865, 1991
(５)仏国特許出願公開明細書第２ ４７８ ３１４号
(６)欧州特許出願公開明細書第０ ０３５ ９３６号
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による相の分離更新のための分離デバイスを概略的に示す側断面図である。
【図２】  本発明による分離デバイス内における水性相の分離更新を概略的に示す側断面図であって、この場合、分離デバイスは、ステンレススチールまたはポリエチレンから形成されている。
【図３】  本発明による分離デバイス内における有機相の分離更新を概略的に示す側断面図であって、この場合、分離デバイスは、テフロン（登録商標）から形成されている。
【図４】  本発明による分離デバイス（二相分離器）を２つ備えて構成されている測定器付き中間フランジを概略的に示す側断面図であって、この場合、一方の分離デバイス（二相分離器）は、水性相を分離するためのものであり、他方の分離デバイス（二相分離器）は、有機相を分離するためのものであり、フランジは、プレートタイプの液体−液体抽出カラム内に配置されているとともに、分離された各相内における測定と二相混合体内における測定とを行うためのセンサを備えている。
【図５】  複数の分離デバイス（二相分離器）を備えたいくつかのフランジに関して測定を行うという例を概略的に示す図であって、信号の多重化を行っている。
【図６】  複数の分離デバイス（二相分離器）を備えたいくつかのフランジに関して測定を行うという例を概略的に示す図であって、信号の多重化を行っている。
【図７】  例えばエマルジョンといったような二相混合体を収容しているとともに、混合領域に沿って測定プロファイルを決定できるような本発明による測定器付き中間フランジが設置されている装置を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１  中空円筒体、分離デバイス、相分離器
２  壁
３  導入オリフィス
４  導出オリフィス
５  第３オリフィス
１２  中間フランジ
１３  相分離器（分離デバイス）
１４  パルス型カラム（抽出装置）
１６  センサ
１７  センサ
１８  センサ
５１  超音波センサ（センサ）
５２  超音波センサ（センサ）
５３  超音波センサ（センサ）
６１  パルス型カラム（抽出装置）
６３  測定器付き中間フランジ
６４  超音波センサ（センサ）
６５  超音波センサ（センサ）
６６  超音波センサ（センサ）
【図１】
0004290936.tif 000008
【図２】
0004290936.tif 000009
【図３】
0004290936.tif 000010
【図４】
0004290936.tif 000011
【図５】
0004290936.tif 000012
【図６】
0004290936.tif 000013
【図７】
0004290936.tif 000014