回転円筒型液液抽出装置内における流動・分散・物質移動シミュレーション

Simulation of fluidity, dispersion and mass transfer in an annular centrifugal contactor

佐野 雄一   ; 坂本 淳志  ; 竹内 正行 ; 三角 隆太*; 國井 佳奈子*; 轟 慧*; 仁志 和彦*; 上ノ山 周*

Sano, Yuichi; Sakamoto, Atsushi; Takeuchi, Masayuki; Misumi, Ryuta*; Kunii, Kanako*; Todoroki, Kei*; Nishi, Kazuhiko*; Kaminoyama, Meguru*

高い処理能力や相分離能力などの特徴を有する回転円筒型液液抽出装置に関して、装置の性能向上を目指す上で重要となる装置内部での流動・分散特性について、装置の運転条件の違いが及ぼす影響やこれによる抽出性能の変化について知見を得ることを目的に、乱流数値モデルにもとづいた解析を実施するとともに、実験結果との比較を行った。ロータ回転数の増加や供給液流量の低下により、アニュラー部における液相の存在領域が上下に分断される傾向が示されるとともに、いずれの条件においてもアニュラー下部においてはロータ中心部に向かう流れの形成が確認された。分散相の液滴径は、ロータ回転数の増加および供給液流量の低下により減少する傾向が認められた。以上の結果は、実験により得られた傾向と一致した。さらに、水相/有機相間の物質移動を考慮した解析により、ロータ回転数の違いによる抽出性能の変化が概ね再現できることを確認した。

Concerning an annular centrifugal contactor which has high throughput and separation performance, the effect of operational condition on fluidic and dispersion behavior, which are important to improve the contactor performance, was investigated by computational fluid dynamics (CFD) analysis based on the turbulence model, and the calculated results were validated by experimental data. The liquid phase in the annular zone was gradually divided into two regions vertically with increasing the rotor speed and decreasing the flowrate, and the liquid flow moved toward the center of the housing bottom was generated in the lower annular zone under any operational condition. The droplet size of the dispersed phase in the annular zone decreased with increasing the rotor speed and decreasing the flowrate. These calculation results showed a good agreement with experimental data. The CFD analysis considering mass transfer between aqueous and organic phases was also attempted, and it was confirmed that the change of extraction performance with the rotor speed showed the same tendency as the experimental result.