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萃取過程安全控制

  
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  (1)兩相界面高度要維持穩定? 因參與萃取的兩液相的相對密度相差不大,在萃取塔的分層段中兩液相的相界面容易產生上下位移。造成相界面位移的因素有:①振動、往復或脈沖頻率及幅度發生變化;②流量發生變化,即若相界面不斷上移到輕相出口,則分層段不起作用,重相就會從輕相出口處流出;若相界面不斷下移至萃取段,就會降低萃取段的高度,使得萃取效率降低。

  當相界面不斷上移時,要降低升降管的高度或增加連續相的出口流量,使兩相界面下降到規定的高度處。反之當相界面不斷下移時,要升高升降管的高度或減小連續相的出口流量。

  (2)防止液泛? 液泛是萃取塔操作時容易發生的一種不正常的操作現象。所謂液泛是指逆流操作中,隨著兩相(或一相)流速的加大,流體流動的阻力也隨之加大,當流速超過某一數值時,一相會因流體阻力加大而被另一相夾帶由出口端流出塔外;有時在設備中表現為某段分散相,把連續相隔斷。

  產生液泛的因素較多,它不僅與兩相流體的物性(如黏度、密度、表面張力等)有關,而且與塔的類型、內部結構有關。不同的萃取塔其泛點速度也隨之不同。當對某種萃取塔操作時,所選的兩相流體確定后,液泛的產生是由流速(流量)或振動、脈沖頻率和幅度的變化而引起,因此流速過大或振動頻率過快易造成液泛。

  (3)減小返混? 萃取塔內部分液體的流動滯后于主體流動,或者產生不規則的旋渦運動,這些現象稱為軸向混合或返混。萃取塔中理想的流動情況是兩液相均呈活塞流,即在整個塔截面上兩液相的流速相等。這時傳質推動力最大,萃取效率高。但是在實際塔內,流體的流動并不呈活塞流,因為流體與塔壁之間的摩擦阻力大,連續相靠近塔壁或其他構件處的流速比中心處慢,中心區的液體以較快速度通過塔內,停留時間短,而近壁區的液體速度較低,在塔內停留時間長,這種停留時間的不均勻是造成液體返混的主要原因之一。分散相的液滴大小不一,大液滴以較大的速度通過塔內,停留時間短;小液滴速度小,在塔內停留時間長;更小的液滴甚至還可被連續相夾帶,產生反方向的運動。此外,塔內的液體還會產生旋渦而造成局部軸向混合。上述種種現象均使兩液相偏離,統稱為軸向混合。液相的返混使兩液相各自沿軸向的濃度梯度減小,從而使塔內各截面上兩相液體間的濃度差(傳質推動力)降低。據文獻報道,在大型工業塔中,有多達60%一90%的塔高是用來補償軸向?昆合的。軸向混合不僅影響傳質推動力和塔高,還影響塔的通過能力,因此,在萃取塔的設計和操作中,應該仔細考慮軸向返混。與氣液傳質設備比較,液—液萃取設備中,兩相的密度差小,黏度大,兩相間的相對速度小,返混現象嚴重,對傳質的影響更為突出。返混隨塔徑增加而增強,所以萃取塔的放大效應比氣液傳質設備大得多,放大更為困難。目前萃取塔的設計還很少直接通過計算進行工業裝置設計,一般需要通過中間試驗,中試條件應盡量接近生產設備的實際操作條件。

  在萃取塔的操作中,連續相和分散相都存在返混現象。連續相的軸向返混隨塔的自由截面的增大而增大,也隨連續相流速的增大而增大。對于振動篩板塔或脈沖塔,當振動、脈沖頻率或幅度增強時都會造成連續相的軸向返混。

  造成分散相軸向返混的原因有:由于分散相液滴大小是不均勻的,在連續相中上升或下降的速度也不一樣,產生軸向返混,這在無攪拌機械振動的萃取塔如填料塔、篩板塔或攪拌不激烈的萃取塔中起主要作用;對有攪拌、振動的萃取塔,液滴尺寸變小,湍流強度也高,液滴易被連續相渦流所夾帶,造成軸向返混;在體系與塔結構已定的情況下,兩相的流速及振動、脈沖頻率或幅度的增大將會使軸向返混嚴重,導致萃取效率的下降。

  萃取塔在維修、清洗時或工藝要求下需要停車。對連續相為重相的,停車時首先應關閉連續相的進出口閥,再關閉輕相的進口閥,讓輕重兩相在塔內靜置分層。分層后慢慢打開連續相的進口閥,讓輕相流出塔外,并注意兩相的界面,當兩相界面上升至輕相全部從塔頂排出時,關閉重相進口閥,讓重相全部從塔底排出。

  對于連續相為輕相的,相界面在塔底,停車時首先應關閉重相進出口閥,然后再關閉輕相進出口閥,讓輕重兩相在塔中靜置分層。分層后打開塔頂旁路閥,塔內。接通大氣,然后慢慢打開重相出口閥,讓重相排出塔外。當相界面下移至塔底旁路閥的高度處,關閉重相出口閥,打開旁路閥,讓輕相流出塔外。
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