硝化反应作为一种重点监管的危险化工工艺，存在显著的安全隐患。硝化剂是强氧化剂，在反应过程中容易产生大量热量，若控制不当可能导致爆炸事故。此外，硝化产物大多易燃且不稳定，进一步增加了操作风险。根据《淘汰落后危险化学品安全生产工艺技术设备目录》等政策文件的要求，到2024年底前需完成硝化工艺全流程自动化改造，并禁止使用间歇或半间歇釜式硝化工艺。目前，微通道反应器的应用较为广泛，但环形离心萃取机(Annular Centrifugal Extractor, ACE)作为一种新型的工艺强化设备，也开始受到关注。
环形离心萃取机(ACE)是一种包含混合区和分离区的装置，适用于反应萃取过程。它已被广泛应用于聚合物、制药和核燃料等领域。
一、环形离心萃取机(ACE)实验
1. 实验设计与条件
目前，ACE装置被用作反应器和在线分离器。实验在不同的物质比(1:1 ~ 1:3.5)、相比(10:90 - 90:10)、转速和通量(2 - 20 ml/min)下进行，并与管流式反应器和常规间歇式反应器的结果进行了比较。实验旨在讨论所选择的放热硝化反应的经济和安全意义。
2. 流体力学参数测定
首先，利用模型流体水和二氯乙烯(EDC)确定了不同通量和相比下ACE的流体力学参数，包括压降、停留时间分布、传热系数和传质系数。EDC在反应中也用作溶剂。在上述选定的参数范围内测定了萃取效率。以优化后的工艺条件进行反应，在一定的萃取量下萃取效率较高。
3. 结果分析
实验结果显示，环形离心萃取机(ACE)在混合区产生了很高的剪切力和良好的分离效率，使其成为一个理想的反应器和分离器。对于两相反应，需要在特别高的通量下进行有效的混合，环形离心萃取机(ACE)能够更好地满足这一需求。高放热、多相硝化反应需要非常好的混合才能获得良好的产率，而ACE的分离效率高，可用于反应后两相的分离，无需额外使用分离器。
二、环形离心萃取机(ACE)应用前景
1. 混合与分离性能
环形离心萃取机(ACE)在混合区产生的高剪切力和优良的分离效率，使其成为一种高效的反应器和分离器。对于两相反应，特别是那些需要在高通量下进行有效混合的反应，ACE表现出色。这使得它在处理高放热、多相硝化反应时具有明显优势。
2. 安全性与经济效益
由于硝化反应的高风险性，采用环形离心萃取机(ACE)可以显著提高反应的安全性。其高效分离功能减少了后续分离步骤的需求，降低了操作复杂性和成本。同时，ACE的连续化操作模式提高了生产效率，降低了能耗和废液排放，具有显著的经济和环保效益。
3. 市场潜力
环形离心萃取机(ACE)在两相反应中的优异表现为其在工业领域的广泛应用提供了坚实基础。特别是在处理高放热、多相硝化反应方面，ACE不仅可以提高反应产率，还能确保操作的安全性和稳定性。因此，ACE具有广阔的市场潜力，值得进一步研究和推广。
参考文献：
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