Pourquoi un système de circulation de refroidissement ou un refroidisseur est-il nécessaire pour la SFE ? Empêcher le blocage de gaz et assurer un débit à haute pression

Un système de circulation de refroidissement agit comme une protection essentielle pour la pompe à haute pression dans l'extraction par fluide supercritique (SFE) en refroidissant activement le dioxyde de carbone (CO2) pour le transformer en un état liquide stable avant qu'il n'entre dans l'étape de pompage. Sans cette liquéfaction, le système ne peut pas atteindre la densité de fluide requise pour générer des hautes pressions, ce qui entraîne une défaillance mécanique et une instabilité du processus.

L'idée principale : Les pompes à haute pression ne peuvent généralement pas pomper efficacement de gaz. Le seul but du refroidisseur est de convertir le CO2 en liquide pour éviter le "blocage de gaz", permettant ainsi à la pompe de générer les pressions extrêmes nécessaires pour atteindre finalement un état supercritique dans la cuve d'extraction.

La mécanique de la distribution du CO2

La nécessité d'un changement de phase

Le CO2 entre généralement dans le système à partir d'un réservoir de stockage, souvent sous forme de gaz ou de mélange gaz-liquide. Cependant, les pompes à haute pression utilisées dans la SFE sont conçues pour déplacer des liquides incompressibles, et non des gaz compressibles.

Prévention du blocage de gaz

Si le CO2 entre dans la tête de pompe sous forme de gaz, les pistons de la pompe comprimeront et décomprimeront simplement le gaz sans le déplacer vers l'avant.

Ce phénomène est connu sous le nom de "blocage de gaz". Il entraîne un débit nul, ce qui signifie que le système ne peut pas augmenter la pression, quelle que soit l'intensité du travail de la pompe.

Assurer l'efficacité de la distribution

En refroidissant le CO2 pour le transformer en liquide, le refroidisseur garantit que le fluide a une densité constante et élevée.

Cela permet à la pompe de "saisir" un volume spécifique de fluide à chaque course, assurant un débit constant et mesurable dans le système.

Établir les conditions supercritiques

La base de la haute pression

Le processus d'extraction nécessite que le CO2 atteigne éventuellement un état supercritique (haute pression et température spécifique) à l'intérieur de la cuve d'extraction.

Le refroidisseur fournit la base nécessaire à cela en délivrant un flux liquide stable que la pompe peut pressuriser efficacement.

Régulation thermique et stabilité

Bien que la cuve soit chauffée pour atteindre la supercriticalité, l'admission doit rester froide.

Le système de refroidissement crée une barrière thermique, garantissant que la chaleur due au frottement de la pompe ou au processus en aval ne remonte pas et ne vaporise pas le CO2 entrant.

Risques opérationnels et compromis

Le risque de cavitation

Si la capacité de refroidissement est insuffisante, le CO2 liquide peut bouillir ou se transformer en bulles de gaz ("flash") à l'intérieur de la tête de pompe.

L'effondrement rapide de ces bulles (cavitation) provoque des ondes de choc qui peuvent piquer les surfaces métalliques et détruire les joints de la pompe, entraînant des réparations coûteuses.

Rendements d'extraction incohérents

Un refroidisseur dont la température fluctue entraînera des fluctuations de la densité du CO2 entrant dans la pompe.

Cela entraîne des débits massiques variables, rendant impossible la reproduction des paramètres d'extraction ou l'obtention de rendements constants d'un lot à l'autre.

Faire le bon choix pour votre objectif

Pour optimiser votre processus SFE, concentrez-vous sur le rôle spécifique de la température à la tête de pompe :

• Si votre objectif principal est la longévité de l'équipement : Assurez-vous que votre refroidisseur est suffisamment puissant pour maintenir un sous-refroidissement bien en dessous du point d'ébullition du CO2 afin d'éviter les dommages dus à la cavitation sur les joints de la pompe.
• Si votre objectif principal est la reproductibilité du processus : Privilégiez un refroidisseur avec une stabilité thermique précise pour maintenir une densité de CO2 constante, garantissant que le débit massique reste identique à chaque course.

Une alimentation liquide stable est le prérequis non négociable pour une extraction supercritique réussie.

Tableau récapitulatif :

Fonctionnalité	Rôle dans le processus SFE	Impact de l'absence de refroidisseur
Changement de phase	Convertit le CO2 gazeux en liquide incompressible	La pompe ne peut pas déplacer le gaz, entraînant un débit nul
Stabilité de la pression	Permet à la pompe de générer des pressions supercritiques	Le système ne parvient pas à atteindre la densité d'extraction requise
Prévention de la cavitation	Sous-refroidit le liquide pour éviter la formation de bulles de vapeur	Les ondes de choc endommagent les pistons et les joints de la pompe
Consistance du débit	Maintient une densité de CO2 constante pour le débit massique	Fluctuations des rendements d'extraction et faible reproductibilité

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