Sfeに冷却循環システムまたはチラーが必要なのはなぜですか？ガスロックを防ぎ、高圧フローを確保する

冷却循環システムは、超臨界流体抽出（SFE）における高圧ポンプの重要な保護装置として機能します。 これは、CO2をポンピング段階に入る前に積極的に冷却して安定した液体状態に液化することによって行われます。この液化がないと、システムは高圧を発生させるために必要な流体密度を達成できず、機械的故障やプロセス不安定につながります。

核心的な洞察：高圧ポンプは一般的にガスを効率的にポンプで送ることができません。チラーの唯一の目的は、CO2を液体に変換して「ガスロック」を防ぎ、それによってポンプが抽出容器内で最終的に超臨界状態に達するために必要な極端な圧力を構築できるようにすることです。

CO2供給の仕組み

相変化の必要性

CO2は通常、多くの場合ガスまたは気液混合物として貯蔵タンクからシステムに入ります。しかし、SFEで使用される高圧ポンプは、圧縮可能なガスではなく、非圧縮性の液体を移動するように設計されています。

ガスロックの防止

CO2がガスとしてポンプヘッドに入ると、ポンプピストンはガスを前方に移動させることなく、単にガスを圧縮および伸張します。

この現象は「ガスロック」として知られています。これによりフローがゼロになり、ポンプがどれだけ懸命に作動してもシステムが圧力を構築できないことを意味します。

供給効率の確保

チラーはCO2を冷却して液体にすることで、流体が均一で高密度であることを保証します。

これにより、ポンプはストロークごとに特定の量の流体を「掴む」ことができ、システムへの安定した測定可能な流量を保証します。

超臨界状態の確立

高圧の基盤

抽出プロセスでは、抽出容器内でCO2が最終的に超臨界状態（高圧および特定の温度）に達する必要があります。

チラーは、ポンプが効果的に加圧できる安定した液体ストリームを供給することにより、これに必要な基盤を提供します。

熱調節と安定性

容器は超臨界状態を達成するために加熱されますが、吸気は低温に保つ必要があります。

冷却システムは熱バリアを作成し、ポンプの摩擦熱や下流のプロセス熱が逆流して吸入CO2を気化させるのを防ぎます。

運用上のリスクとトレードオフ

キャビテーションのリスク

冷却能力が不十分な場合、液体のCO2がポンプヘッド内で沸騰または気泡に「フラッシュ」する可能性があります。

これらの気泡の急速な崩壊（キャビテーション）は衝撃波を引き起こし、金属表面をピッティングし、ポンプシールを破壊して、高額な修理につながる可能性があります。

抽出収率のばらつき

温度が変動するチラーは、ポンプに入るCO2の密度に変動を引き起こします。

これにより質量流量が変動し、抽出パラメータを再現したり、バッチ間で一貫した収率を達成したりすることが不可能になります。

目標に合わせた適切な選択

SFEプロセスを最適化するには、ポンプヘッドでの温度の特定の役割に焦点を当ててください。

主な焦点が機器の寿命である場合：キャビテーションによるポンプシールの損傷を防ぐために、チラーがCO2の沸点よりはるかに低い過冷却を維持するのに十分な強力であることを確認してください。
主な焦点がプロセスの再現性である場合：CO2密度を一定に保ち、各実行で質量流量が同一であることを保証するために、正確な熱安定性を持つチラーを優先してください。

安定した液体供給は、超臨界抽出を成功させるための譲れない前提条件です。

概要表：

特徴	SFEプロセスにおける機能	チラー欠如の影響
相変化	気体CO2を非圧縮性液体に変換する	ポンプがガスを移動できず、フローがゼロになる
圧力安定性	ポンプが超臨界圧力を構築できるようにする	システムが必要な抽出密度に達しない
キャビテーション防止	液体を過冷却して気泡の形成を防ぐ	衝撃波がポンプピストンとシールを損傷する
フローの一貫性	質量流量のために一定のCO2密度を維持する	抽出収率の変動と再現性の低下