مخزن فشار استخراج چیست؟ طراحی، اصول و کاربردها

یک ظرف فشار استخراج چیست؟ طراحی، اصول و کاربردهای آن

جواب دادن به سوال اصلي:ظرف فشار استخراج چیست و چگونه استخراج محلول یا مایع فوق بحرانی را تحت فشار کنترل شده انجام می دهد؟An extraction pressure vessel is an ASME Section VIII-coded pressure-rated container that enables the transfer of target solutes from a solid or liquid feed into a solvent phase by manipulating pressure، درجه حرارت و منطقه تماس رابط. ظرف های استخراج CO2 فوق بحرانی بالاتر از نقطه بحرانی (31.1 °C و 7.2 °C) کار می کنند.38 MPa) که تراکم حلال به تراکم مایع نزدیک می شود در حالی که انتشار گاز مانند را حفظ می کندظرف های استخراج مایع مایع از مکسر-استقرار دهنده یا ستون پالس در 0.1-4 MPa برای دستیابی به ضریب توزیع (Kd) 5-500 برای بازیابی موثر محلول استفاده می کنند.

1اصول اصلی عملکرد ظروف فشار استخراج

بهره وری استخراج حاصل در یک ظرف تحت فشار بستگی به تعادل ترمودینامیک بین فاز ها، حرکات انتقال جرم رابط دارد.و شرایط هیدرودینامیکی که تشکیل قطرات و همجوشی را کنترل می کنند.

• تعادل توزیع ترمودینامیک:نیروی محرک اساسی برای استخراج ضریب توزیع Kd = Csolute،extract / Csolute،raffinate است که توسط قانون توزیع Nernst اداره می شود.چگالی حلال و در نتیجه قدرت محلول شدن مستقیما توسط فشار کنترل می شود.: بالاتر از 7.38 MPa در 31.1°C، CO2 وارد منطقه فوق بحرانی می شود که در آن تغییرات کوچک فشار (به عنوان مثال، از 10 تا 30 MPa) می تواند محلولیت را با یک نظم بزرگ افزایش دهد. عامل انتخابی α = Kd،A / Kd،B کارایی جدایی بین ترکیبات هدف و غیر هدف را تعیین می کند.
• حرکات انتقال جرم رابط:سرعت انتقال محلول توسط نظریه دو فیلم اداره می شود: N = kLa·(C* - Cb) ، که در آن kLa ضریب انتقال جرم حجمی است (معمولاً 0.01-0.1 s−1 برای سیستم های مایع- مایع) ،C* غلظت تعادل در رابط است، و Cb غلظت انبوه است. * تعداد وبر (We) * = ρ·v2·d/σ شکستن قطرات را در ظروف مخلوط کننده - مستقر کننده مشخص می کند؛ حفظ We > 6 از پراکندگی به قطرات 0 اطمینان می دهد.قطر 5 تا 3 میلی متر برای منطقه ی مطلوب رابطدر اکستراسیون فوق بحرانی، انتشار 10-7 cm2/s (10-100 * حلال های مایع) انتشار داخل ذرات را تسریع می کند.
• جداسازی فاز تحت فشار:در استخراج مایعات فوق بحرانی، کاهش فشار در یک ظرف جدا کننده (از فشار استخراج به 3-5 MPa) باعث می شود CO2 فلش شود.کاهش قدرت محلول و سقوط محلول استخراج شدهاین روش نوسان فشار نیاز به دزورپشن حرارتی را از بین می برد و ترکیبات حرارتی ناپایدار مانند روغن های ضروری (که بیش از 60 درجه سانتیگراد تجزیه می شوند) و داروها را حفظ می کند.اصول مارست (روابط P-T در امتداد محیط فاز) طراحی جداکننده های چند مرحله ای را تنظیم می کند..

2انواع اصلی ظروف فشار استخراج

ظرف های فشار استخراج صنعتی با الگوی تماس بین فاز های مواد غذایی و محلول تنظیم می شوند.و کاربردهای پردازش شیمیایی:

• ظرف های استخراج CO2 فوق بحرانی:این ظروف با فشار بالا ASME (طراحی 7.4-48 MPa، عملکرد 40-80 درجه سانتیگراد) مواد گیاهی، دارویی و ترکیبات درجه غذایی را با استفاده از CO2 فوق بحرانی به عنوان یک حلال تنظیم پذیر استخراج می کنند.حجم ظرف از 50 لتر (پایلوت) تا 5 لتر،000 لیتر (صنعت) ، دستیابی به بهره وری استخراج 90-98٪ در دسته های 2-4 ساعت. سبد های داخلی مواد غذایی جامد را نگه می دارند؛ مواد غذایی مایع از ستون های بسته بندی شده با بسته بندی ساختاری استفاده می کنند.اصول مارست طراحی جدا کننده را برای بارش فشار نوسانات محلول استخراج شده هدایت می کند.
• ظرف های استخراج مخلوط کننده:این ظروف فشاری افقی یا عمودی (تصمیم 0.1-4 MPa) یک اتاق مخلوط با یک منطقه قرار گرفتن گرانش را در یک پوسته ASME کدگذاری شده ترکیب می کنند.5) در 200-600 rpm پراکنده شدن فاز حلال به قطرات 0.5-3 میلی متر، به دست آوردن مقادیر kLa 0.02-0.08 s-1. زمان اقامت مستوطن 15-30 دقیقه امکان همجوشی فاز را فراهم می کند.آبشار چند مرحله ای از 3-10 واحد مخلوط کننده-ترکیب کننده 99٪+ استخراج را با ضریب توزیع Kd > 10 به دست می آورند.
• ظرف های استخراج ستون پالس:این ستون های فشار عمودی بلند (0.5-3 MPa، H/D = 8-15) از پلاک های متناوب یا پالساسیون هوا (فرکانس 1-3 هرتز،برای ایجاد پراکندگی قطرات کنترل شده بدون تکان دهنده های مکانیکی. انرژی ورودی پالس تعداد وبر را در محدوده مطلوب برای شکستن قطرات حفظ می کند.ظرفیت تولید 5-100 m3/h با ستون های صفحه غربال با 20٪ منطقه باز و فاصله صفحه 50-100 میلی متر به دست می آید، مناسب برای پردازش سوخت هسته ای و جداسازی زمین های نادر است.

انواع ظروف فشار استخراج ماتریس مقایسه

سوالات متداول (FAQ)

س: چرا CO2 فوق بحرانی به جای محلول های آلی برای ظروف فشار استخراج ترجیح داده می شود؟

A: CO2 فوق بحرانی دارای قدرت حلال تنظیم شده از طریق تنظیم فشار، کار غیر قابل اشتعال (بدون خطر بخار آلی) ،صفر باقیمانده محلول در محصول استخراج شده (CO2 به طور کامل در هنگام کاهش فشار تبخیر می شود)، و دمای کار خفیف (31.1-80°C) که ترکیبات حساس حرارتی را حفظ می کند.و استخراج آرایشی که در آن باقی مانده های حلال های آلی تحت محدودیت های ICH Q3C تنظیم می شوند.

س: ضریب توزیع چیست و چرا برای طراحی ظرف استخراج مهم است؟

A: ضریب توزیع Kd = C ((فاز استخراج) / C ((فاز تصفیه شده) اندازه گیری می کند که چگونه یک محلول به شدت به مرحله محلول تقسیم می شود.Kd > 10 نشان دهنده استخراج مطلوب است و اجازه می دهد تا مراحل تعادل کمتر باشد. انتخابی α = Kd ((هدف) / Kd ((نجاستی) مشخص کننده خاصیت جداسازی است. طراحان کشتی از Kd برای محاسبه تعداد مراحل نظری از طریق معادله Kremser استفاده می کنند.به طور مستقیم اندازه گیری آبشار مخلوط کننده و مستقر کننده یا ارتفاع ستون.

سوال: ترکیب فاز در ظروف استخراج مخلوط کننده-مستقر چگونه مدیریت می شود؟

ج: همگرا شدن در بخش مستقر با حفظ زمان اقامت 15-30 دقیقه، ایجاد یک منطقه آرام با تعداد رینولدز < 200 (جريان لامینری) ، ترویج می شود.و نصب صفحه های یکپارچه یا پد های شبکه ای که فرکانس برخورد قطرات را افزایش می دهدسطح رابط توسط یک فرستنده سطح (LT) کنترل می شود که دریچه خروجی فاز سنگین را تنظیم می کند.ممکن است از داروی دمولسیفوری یا یکپارچگی الکتروستاتیک استفاده شود..

س: چه مقررات ایمنی برای ظروف استخراج CO2 فوق بحرانی مورد نیاز است؟

A: مخازن فوق بحرانی CO2 که برای 48 MPa طراحی شده اند نیاز به گواهینامه ASME بخش VIII بخش 1 یا بخش 2 دارند، کاهش فشار دیسک شکسته در 110٪ از فشار طراحی،قفل های خودکار برای بررسی بسته شدن درب (بدون فشار با درب باز)، آشکارسازان نشت CO2 با آستانه هشدار 1٪ v/v و تهویه اضطراری به یک مکان ایمن در فضای باز.به طور معمول 95٪+ بازیافت CO2.

برچسب ها:راکتور فولاد ضد زنگ,سیستم راکتور شیمیایی,راکتور شیمیایی صنعتی