Supercritical CO₂ (scCO₂) extraction vessels operate at pressures of 100–500 bar and temperatures of 40–100°C. PFA is not suitable for this service. The primary failure mechanism is not chemical attack-scCO₂ is relatively benign to fluoropolymers-but pressure-induced collapse and creep. PFA has low mechanical strength: at 100 bar (10 MPa), the hoop stress on a 25 mm OD, 2 mm wall PFA tube is σ = P × D / (2 × t) = 10 × 25 / 4 = 62.5 MPa. The tensile strength of PFA at 40°C is 25–30 MPa. The stress exceeds the strength by a factor of 2. Even at 50 bar, stress = 31 MPa-above yield. PFA heaters cannot withstand the pressures required for scCO₂ extraction. For vessels operating below 20 bar, PFA may be acceptable, but scCO₂ extraction typically requires >Yechish quvvati uchun 80 bar. ScCO₂ idishlarni isitishning muqobil usullari orasida tashqi ko'ylagi, ichki metall isitgichlar (zanglamaydigan po'lat, Inconel) yoki termovellardagi kartrijli isitgichlar mavjud. PFA tavsiya etilmaydi.
CO₂ xizmatida PFA bosim chegaralari
PFA trubkasi uchun ruxsat etilgan maksimal ish bosimi (MAWP) P_max=2 × s_max × t / D. s_max=12 MPa uchun (40 daraja xavfsizlik omili bilan dizayn kuchlanishi ), t=2 mm, D=25 mm, P_max=2 × 12 × 2} / {{a 2} / MP (19,2 bar). Bu qisqa muddatli operatsiya uchun mutlaq maksimal-. Uzluksiz xizmat ko'rsatish uchun 50% pasaytirish: P_max_continuous=0.5 × 1.9=0.95 MPa (9,5 bar). 80–500 bar (8–50 MPa) da scCO₂ qazib olish PFA imkoniyatlaridan 8× dan 50× gacha oshadi.
Agar PFA trubkasi nazariy jihatdan stressga bardosh bera olsa ham, oxirgi muhrlar (isitgich idishga kirgan joyda) oqadi. PFA gardishlari va siqish armaturalari maksimal 5-10 bar uchun baholanadi. 100 bar CO₂ xizmatiga sotiladigan PFA moslamalari baholanmagan.
scCO₂ da nosozlik rejimlari
| Bosim (bar) | 25×2 mm (MPa) da halqa kuchlanishi | PFA kuchi (MPa) | Muvaffaqiyatsizlik rejimi | Muvaffaqiyatsizlik vaqti |
|---|---|---|---|---|
| 10 | 6.3 | 25 | Yo'q (xavfsiz) | >10 000 soat |
| 20 | 12.5 | 25 | Marginal (o'rmalanish) | 1000-5000 soat |
| 30 | 18.8 | 25 | Suyak yorilishi | 100-500 soat |
| 50 | 31.3 | 25 | Darhol hosil | Soat |
| 80 | 50 | 25 | Portlash | Daqiqalar |
| 100 | 62.5 | 25 | Bir zumda muvaffaqiyatsizlik | soniyalar |
80 barda PFA trubkasi havoga chiqadi va yorilib ketadi. Nosozlik to'satdan va halokatli bo'ladi: PFA qobig'i yorilib ketadi, scCO₂ isitgich yadrosi orqali chiqadi (agar ichi bo'sh bo'lsa) yoki yadro ochiladi. Muhrlangan idishda portlash isitgichi gazni chiqarish uchun yo'l yaratadi, ammo idishning o'zi buzilmagan holda qoladi. Biroq, qazib olish jarayoni buziladi va isitgichni almashtirish kerak.
scCO₂ da o'tkazuvchanlik va shishish
80 bardan yuqori bosimlarda scCO₂ PFA orqali sezilarli darajada o'tadi. 40 daraja va 100 barda PFAdagi CO₂ o'tkazuvchanlik koeffitsienti plastiklashuv tufayli 10 barga nisbatan taxminan 10-50 marta yuqori. CO₂ molekulalari amorf hududlarga tarqalib, polimerni 2-5% ga shishiradi. Shishish mexanik kuchni yanada pasaytiradi (20-30% ga). Shishgan PFA yumshoqroq bo'ladi va sudralma tezlashadi. Agar PFA isitgichi 100 barga bardosh beradigan bo'lsa ham, o'tkazuvchanlik ichki halqali bo'shliqni CO₂ bilan bosimga olib keladi. Depressurizatsiya qilinganda, tutilgan CO₂ kengayadi, pufakchalar hosil qiladi yoki PFAni parchalaydi (93-moddaga qarang). Bosimlash/depressurizatsiya sikli (partiyali ekstraktsiyalarda odatiy) ayniqsa zarar keltiradi.
scCO₂ uchun muqobil isitish usullari
PFA isitgichlari scCO₂ ekstraktsiyasi uchun yaroqsiz bo'lganligi sababli, quyidagi usullardan birini qo'llang:
| Isitish usuli | Oddiy bosim ko'rsatkichi | Afzalliklar | Kamchiliklari |
|---|---|---|---|
| Tashqi ko'ylagi bilan qoplangan idish | To'liq kema reytingi (300 bar) | Kirish yo'q; bir xil isitish | Sekin javob; yuqori narx |
| Ichki metall isitgich (Inconel 625) | To'liq kema reytingi | Tez javob; ixcham | Metall reaktsiyalarni katalizlashi mumkin |
| Termoveldagi kartrijli isitgich (metall) | To'liq kema reytingi | Idishni ochmasdan almashtirilishi mumkin | Past issiqlik uzatish samaradorligi |
| Idishning tashqi qismidagi tarmoqli isitgichlar | To'liq kema reytingi | Oddiy; kema modifikatsiyasi yo'q | Faqat kichik kemalar uchun |
| Tashqi issiqlik almashtirgichli aylanma aylana | To'liq kema reytingi | Ajoyib nazorat; kengaytiriladigan | Nasosni talab qiladi; murakkab |
Ichki isitishni talab qiladigan idishlar uchun (masalan, o'lik zonalardan qochish uchun) idishdagi to'liq bosim uchun baholangan metall isitgichdan (Inconel 625 yoki Hastelloy C-276) foydalaning. Bu qotishmalar scCO₂ va ekstraksiyada ishlatiladigan har qanday ko-erituvchilarga (etanol, metanol) chidamli. Isitgich elementi odatda metall qobiq ichidagi mineral izolyatsiyalangan (MgO) kabeldir. Metall qobiq izolyatsiyani emas, balki bosim yukini ko'taradi.
Xulosa: scCO₂ ekstraktsiyasida PFA isitgichlaridan foydalanmang
PFA isitgichlari o'ta kritik CO₂ qazib olish uchun zarur bo'lgan bosimlarga bardosh bera olmaydi (80–500 bar). Halqa kuchlanishi PFA ning valentlik kuchidan 2–50× ga oshadi, bu esa tez siljish, havo sharlari, yorilish yoki portlashga olib keladi. Hatto 20-30 bargacha past bosimlarda ham, PFA chegaraviy bo'lib, yuzlab soatlar ichida siqilish tufayli ishlamay qoladi. 10 bardan yuqori ishlaydigan har qanday scCO₂ idishi uchun metall isitgichlarni (Inconel, Hastelloy) yoki tashqi ko'ylagi isitishini belgilang. PFA isitgichlarini ularning nominal bosimidan (odatda 5–10 bar) pastroq ishlatishga urinmang va scCO₂ ishlashini kuting. Materiallar buning uchun mo'ljallanmagan, armatura buning uchun baholanmagan va buzilish oqibatlari (jarayonning uzilishi, idishning ifloslanishi, xavfsizlik xavfi) urinishlarga loyiq emas. PFA atmosferaga yoki past bosimga{15}}kimyoviy qarshilik uchun moʻljallangan. scCO₂ yuqori bosimli{17}}texnologik uskunadir. Materialni bosimga moslang. PFA va scCO₂ aralashmaydi. Metalldan foydalaning, tashqi issiqlikdan foydalaning, lekin PFA dan foydalanmang. Kema g'alaba qozonadi. Isitgich yo'qotadi. Donolik bilan tanlang.
