Проектирование, принципы и применение

Проектирование, принципы и применение

Отвечая на главный вопрос:Что такое экстракционный сосуд под давлением и как он выполняет экстракцию растворителя или сверхкритической жидкости под контролируемым давлением?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 pressureСверхкритические сосуды для экстракции CO2 работают выше критической точки (31,1°C и 7,2°C).38 МПа) где плотность растворителя приближается к плотности жидкости при сохранении газообразной диффузивностиВ сосудах для экстракции жидкости-жидкости используются смесители-осадители или импульсные колонны при 0,1-4 МПа для достижения коэффициентов распределения (Kd) 5-500 для эффективного восстановления растворенного вещества.

1Основные принципы работы сосудов для добычи под давлением

Эффективность экстракции, достигаемая в сосуде под давлением, зависит от термодинамического равновесия между фазами, кинетики передачи массы между поверхностями,и гидродинамические условия, которые контролируют образование капель и слияние.

• Термодинамическое равновесие распределения:Основной движущей силой экстракции является коэффициент распределения Kd = Csolute,extract / Csolute,raffinate, регулируемый законом распределения Nernst.Плотность растворителя и, следовательно, способность растворяться напрямую регулируется давлением.: выше 7,38 МПа при 31,1°C CO2 входит в сверхкритическую область, где небольшие изменения давления (например, от 10 до 30 МПа) могут увеличить растворимость на порядок величины.A / Kd,B определяет эффективность разделения между целевыми и нецелевыми соединениями.
• Кинетика передачи массы между поверхностями:Скорость переноса растворенного вещества регулируется теорией двух пленок: N = kLa·(C* - Cb), где kLa - объемный коэффициент переноса массы (обычно 0,01-0,1 s−1 для систем жидкость-жидкость),C* - концентрация равновесия на интерфейсе, а Cb - массовая концентрация. * Число Вебера (We) * = ρ·v2·d/σ характеризует распад капель в сосудах смесителя-осадителя; поддержание We > 6 обеспечивает диспергирование в капли 0.Диаметр 5-3 мм для оптимальной площади интерфейсаПри сверхкритической экстракции диффузивность 10−7 см2/с (10-100* жидких растворителей) ускоряет внутричастичную диффузию.
• Разделение фаз под управлением давления:При экстракции сверхкритической жидкости снижение давления в емкости для сепарации (от давления экстракции до 3-5 МПа) приводит к появлению вспышек CO2,уменьшает способность растворителя и осаждает экстрагированный растворенныйЭтот подход к колебаниям давления исключает необходимость термической десорбции, сохраняя термически нестабильные соединения, такие как эфирные масла (разлагаются выше 60 °C) и фармацевтические препараты.Принцип Марсета (отношение P-T вдоль фазовой оболочки) регулирует конструкцию многоступенчатых сепараторов.

2Основные типы экстракционных сосудов под давлением

Промышленные экстракционные сосуды под давлением конфигурируются в зависимости от формы контакта между фазами питания и фазами растворителя.и применения для химической обработки:

• Сверхкритические сосуды для экстракции СО2:Эти сосуды высокого давления ASME (конструкция 7,4-48 МПа, работа 40-80 ° C) извлекают растительные, фармацевтические и пищевые соединения с использованием сверхкритического CO2 в качестве настраиваемого растворителя.Объем сосудов варьируется от 50 л (пилот) до 5 лВнутренние корзины содержат твердый кормовой материал; жидкие кормы используют упакованные колонны со структурированной упаковкой.Принцип Марсе руководствуется конструкцией сепаратора для давления-перепадов осаждения экстрагированных растворенных веществ.
• Сосуды для добычи смесителей-осадников:Эти горизонтальные или вертикальные сосуды (0,1-4 МПа) сочетают в себе смесительную камеру с гравитационной зоной осаждения в одной оболочке с кодом ASME.5) при 200-600 оборотах в минуту рассеивают фазу растворителя на капли 0.5-3 мм, достигая kLa значений 0,02-0,08 s−1. Время пребывания поселенца 15-30 минут позволяет фазовое слияние.Многоступенчатые каскады из 3-10 агрегатов смесителя-осадителя достигают 99%+ экстракции с коэффициентами распределения Kd > 10.
• Вода для экстракции импульсной колонны:Эти высокие вертикальные столбики давления (0,5-3 МПа, H/D = 8-15) используют переходящие плиты или пульсацию воздуха (частота 1-3 Гц,амплитуда 6-25 мм) для создания контролируемой дисперсии капель без механических агитаторов. Ввод импульсной энергии поддерживает * число Вебера * в оптимальном диапазоне для разложения капель.Пропускная способность от 5 до 100 м3/ч достигается с помощью колонн с ситовой плитой с 20% открытой площадью и расстоянием между плитами 50-100 мм, подходящий для переработки ядерного топлива и сепарации редкоземельных элементов.

Типы сосудов экстракционного давления Сравнительная матрица

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Вопрос: Почему сверхкритический СО2 предпочтительнее органических растворителей для экстракционных сосудов под давлением?

A: Сверхкритический CO2 обеспечивает настраиваемую прочность растворителя с помощью регулирования давления, несгораемая работа (без опасности органических паров),нулевой остаток растворителя в экстрагируемом продукте (CO2 полностью испаряется при раздавлении)Эти свойства делают его предпочтительным растворителем для пищевых продуктов, фармацевтических препаратов,и косметической экстракции, где остатки органических растворителей регулируются в пределах ICH Q3C.

Вопрос: Каков коэффициент распределения и почему он важен для проектирования сосудов для добычи?

A: Коэффициент распределения Kd = C (экстрактная фаза) / C (рафинированная фаза) количественно определяет, насколько сильно растворенное вещество разделяется на фазу растворителя.Kd > 10 указывает на благоприятную экстракцию и допускает меньше стадий равновесия. Селективность α = Kd ((цель) / Kd ((нечистота) определяет специфичность отделения.непосредственное измерение высоты каскада смесителя-осадителя или колонны.

Вопрос: Как управляется фазовое слияние в сосудах для экстракции смесителя-осадителя?

A: Коалесценция в секции осаждения способствует поддержанию времени пребывания 15-30 минут, обеспечивая спокойную зону с числом Рейнольдса < 200 (ламинарийный поток),и установка сплошных пластин или сетчатых подложки, которые увеличивают частоту столкновения капельУровень интерфейса контролируется уровневым передатчиком (LT), регулирующим выходный клапан тяжелой фазы.может применяться демульсификаторная дозировка или электростатическая коалесценция.

Вопрос: Какие меры безопасности требуются для сверхкритических сосудов для экстракции CO2?

A: Сверхкритические емкости для CO2, предназначенные для 48 MPa, требуют сертификации ASME раздела VIII раздел 1 или раздел 2, снижение давления диска взрыва при 110% от проектного давления;автоматические блокировки для проверки закрытия двери (без давления при открытой двери), детекторы утечки CO2 с 1%-ным порогом тревоги v/v и аварийная вентиляция в безопасное место на открытом воздухе.обычно достигается 95%+ восстановления CO2.

Тэги:Реактор из нержавеющей стали,Система химического реактора,Промышленный химический реактор