硝化反應作為一種重點監管的危險化工工藝，存在顯著的安全隱患。硝化劑是強氧化劑，在反應過程中容易產生大量熱量，若控制不當可能導致爆炸事故。此外，硝化產物大多易燃且不穩定，進一步增加了操作風險。根據《淘汰落后危險化學品安全生產工藝技術設備目錄》等政策文件的要求，到2024年底前需完成硝化工藝全流程自動化改造，并禁止使用間歇或半間歇釜式硝化工藝。目前，微通道反應器的應用較為廣泛，但環形離心萃取機(Annular Centrifugal Extractor, ACE)作為一種新型的工藝強化設備，也開始受到關注。
環形離心萃取機(ACE)是一種包含混合區和分離區的裝置，適用于反應萃取過程。它已被廣泛應用于聚合物、制藥和核燃料等領域。
一、環形離心萃取機(ACE)實驗
1. 實驗設計與條件
目前，ACE裝置被用作反應器和在線分離器。實驗在不同的物質比(1:1 ~ 1:3.5)、相比(10:90 - 90:10)、轉速和通量(2 - 20 ml/min)下進行，并與管流式反應器和常規間歇式反應器的結果進行了比較。實驗旨在討論所選擇的放熱硝化反應的經濟和安全意義。
2. 流體力學參數測定
首先，利用模型流體水和二氯乙烯(EDC)確定了不同通量和相比下ACE的流體力學參數，包括壓降、停留時間分布、傳熱系數和傳質系數。EDC在反應中也用作溶劑。在上述選定的參數范圍內測定了萃取效率。以優化后的工藝條件進行反應，在一定的萃取量下萃取效率較高。
3. 結果分析
實驗結果顯示，環形離心萃取機(ACE)在混合區產生了很高的剪切力和良好的分離效率，使其成為一個理想的反應器和分離器。對于兩相反應，需要在特別高的通量下進行有效的混合，環形離心萃取機(ACE)能夠更好地滿足這一需求。高放熱、多相硝化反應需要非常好的混合才能獲得良好的產率，而ACE的分離效率高，可用于反應后兩相的分離，無需額外使用分離器。
二、環形離心萃取機(ACE)應用前景
1. 混合與分離性能
環形離心萃取機(ACE)在混合區產生的高剪切力和優良的分離效率，使其成為一種高效的反應器和分離器。對于兩相反應，特別是那些需要在高通量下進行有效混合的反應，ACE表現出色。這使得它在處理高放熱、多相硝化反應時具有明顯優勢。
2. 安全性與經濟效益
由于硝化反應的高風險性，采用環形離心萃取機(ACE)可以顯著提高反應的安全性。其高效分離功能減少了后續分離步驟的需求，降低了操作復雜性和成本。同時，ACE的連續化操作模式提高了生產效率，降低了能耗和廢液排放，具有顯著的經濟和環保效益。
3. 市場潛力
環形離心萃取機(ACE)在兩相反應中的優異表現為其在工業領域的廣泛應用提供了堅實基礎。特別是在處理高放熱、多相硝化反應方面，ACE不僅可以提高反應產率，還能確保操作的安全性和穩定性。因此，ACE具有廣闊的市場潛力，值得進一步研究和推廣。
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參考文獻：
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