數位壓力錶 × 超臨界 CO₂ 萃取：高壓萃取設備的儀表選錯，問題不只是讀值不準

第 1 章：超臨界 CO₂ 萃取系統架構與數位壓力錶的 10 個量測位置

要把數位壓力錶選對，第一步不是看型錄，而是先看設備。一套典型的超臨界 CO₂ 萃取系統，可以拆成六個功能區：CO₂ 供應區、增壓與溫控區、萃取區、減壓與分離區、共溶劑區，以及回收區。每個功能區的壓力等級、溫度條件與介質狀態都不同，所以數位壓力錶在每個位置要解決的問題也不同。

1.1 CO₂ 的狀態與為什麼壓力量測這麼關鍵

CO₂ 在儲槽裡通常以液態存放，壓力約在 50 至 60 bar 左右（隨環境溫度變化）。液態 CO₂ 經冷卻、加壓後進入高壓泵，再經預熱器升溫，進入萃取槽時就達到超臨界狀態。穿過萃取槽、帶走目標成分的 CO₂，經過減壓閥降壓，在分離槽中因為溶解力下降，萃出物析出，CO₂ 則回到氣態，經冷凝後再回收使用。

在這個循環裡，壓力就是調整溶解力的主要旋鈕。同樣是 40°C，壓力從 100 bar 提高到 300 bar，CO₂ 的密度可以提高數倍，溶解能力隨之大幅改變。這也是為什麼許多萃取配方會寫成「300 bar、50°C、流量多少、時間多久」的形式，每一個數字都是配方的一部分。如果數位壓力錶本身有偏差，整個配方的再現性就失去基礎。

1.2 十個量測位置與數位壓力錶的角色

表 1-1：超臨界 CO₂ 萃取系統的數位壓力錶量測位置（一般性配置參考）

從這張表可以看到一個重要現象：同一套設備裡，壓力橫跨兩個等級，低壓端約 50 bar 上下，高壓端可達 500 bar。如果全部都採用同一種量程的數位壓力錶，不是高壓端勉強夠用、低壓端解析度不足，就是低壓端合適、高壓端有超壓風險。比較合理的作法是「雙量程策略」：高壓段（P4~P8）採用高量程數位壓力錶，低壓段（P1~P3、P9、P10）採用較小量程的數位壓力錶，讓每個位置都落在量程的合理使用區間。

1.2.1 為什麼 P6 與 P7 一定要成對配置

萃取槽入口與出口之間的壓差，是判斷萃取床層狀況的重要指標。物料粒徑過細、含水率偏高或填裝過緊時，CO₂ 流過床層的阻力會增加，入口與出口的壓差就會變大；反過來，如果床層出現溝流（channeling），壓差則會異常偏小。這兩個位置如果只裝一支數位壓力錶，就失去了判斷依據。更關鍵的是，兩支數位壓力錶必須採用相同規格、相同量程、相同校正日期，這樣兩者的讀值差才是製程的真實訊號，而不是儀表自己的偏差。

1.3 一個容易被忽略的位置：洩壓路徑

除了上述十個正常製程位置，還有一個在安全上極為重要的位置：洩壓路徑與槽體殘壓確認。許多設備在槽體上只安裝了一支壓力錶，製程結束洩壓後，操作員就靠這支錶判斷槽內是否還有壓力。但如果這支錶剛好是讀值停在死區、或被結冰堵塞的狀態，顯示為零並不代表真的是零。比較謹慎的設計，是在槽體上設置獨立的「殘壓確認」專用數位壓力錶，並搭配機械式的洩壓排放閥與開蓋連鎖，雙重確認後才能開蓋。這類設計屬於設備安全設計，應與設備製造商共同評估。

1.4 CO₂ 的特殊性質對儀表的影響

與水、空氣相比，高壓 CO₂ 對儀表有幾個值得特別注意的特性：

• 節流冷卻：高壓 CO₂ 經過閥門或孔口降壓時，會因節流效應急劇降溫，甚至在局部形成乾冰，導致管路或感壓孔堵塞。
• 密度與壓力的強耦合：封閉容器中，溫度上升會讓壓力明顯攀升，讀值會隨加熱或環境溫度緩慢漂移，這是物理現象，不一定是儀表故障。
• 滲透性：CO₂ 分子小，容易滲入部分彈性體（橡膠 O 型環）與填充液，在快速洩壓時，滲入的氣體膨脹，可能造成密封件起泡、龜裂，也就是常說的「爆炸性減壓」損傷。
• 共溶劑影響：若添加乙醇等共溶劑，需同時考慮材質相容性與防爆需求。

第 3 章：高壓萃取用數位壓力錶的六步驟選型法

前兩章講的是「設備長什麼樣子」與「儀表會怎麼壞」。這一章把這些內容整理成一套可以直接照著做的六步驟選型法。每一步都要回答一個具體問題，答完六步，數位壓力錶的規格就基本確定了。

步驟 1：先定義量測位置與壓力等級

把設備圖面上每一個需要壓力指示的位置標上編號（可以直接沿用表 1-1 的 P1~P10），並寫出每個位置的最高操作壓力、安全洩壓設定值與正常工作壓力。如果設備圖面上沒有這些資料，就請設備製造商補齊。這一步看似基本，卻是最多專案出問題的地方：很多現場只知道「這台是 500 bar 的設備」，卻不清楚各位置的實際壓力範圍，結果所有位置都套用同一規格。

步驟 2：決定量程，而且要同時考慮上限與解析度

量程選擇是一個「兩頭夾」的問題：量程太小，超壓風險高；量程太大，日常操作區間的解析度不足。以下是根據一般工程經驗整理的對照表，實際可選量程請依昶特提供的規格確認。

表 3-1：不同最高操作壓力的量程選擇參考（穩定壓力 vs 有脈動）

這張表的使用方式要特別說明：它是「通則」，不是「保證」。昶特產品目錄上的數位壓力錶有多個系列，量程範圍各不相同，高壓段需要的量程是否有對應型號，需要由業務依你的實際壓力需求確認。如果某個位置的壓力需求超出任何標準型號的量程，也可以討論客製化或改用壓力傳送器搭配顯示表的方案。

步驟 3：精度與解析度要分開看

精度與解析度是兩個不同的概念。精度（例如 ±0.5% F.S.）描述的是「讀值與真實值的最大偏差」，解析度描述的是「顯示最小可以分辨多少」。一支量程 1,000 bar、精度 ±0.5% F.S. 的數位壓力錶，其最大誤差約為 ±5 bar；在 300 bar 的操作點，相對誤差約 1.7%。如果你的萃取配方對壓力窗口要求在 ±2 bar 內，這樣的規格就不夠，需要更高精度等級，或縮小量程。

另一個常被忽略的觀念是「%F.S. 與 %RD 的差別」：%F.S. 是以滿量程為基準，不論讀值大小，最大誤差固定；%RD 是以讀值為基準，讀值小時誤差也小。目前產品規格多半以 %F.S. 標示，因此在低壓區使用高量程數位壓力錶，相對誤差會被放大。這也是前面主張「低壓段與高壓段採用不同量程」的原因。

表 3-2：精度等級與實際誤差換算（以 %F.S. 計）

步驟 4：確認接口、材質與介質相容性

高壓管路的接口與一般工業螺紋不同，常見的是高壓錐面密封接頭或專用高壓配件。數位壓力錶的接口螺紋必須與設備取壓口一致，必要時透過轉接頭轉換。螺紋規格的辨識與對照，可以參考 re-atlantis.tw 上的螺紋規格相關文章。材質方面，與介質接觸的部分（感壓膜片、接液本體）一般採不銹鋼系列；若使用乙醇等共溶劑，還需確認密封材質與整體相容性。這一步請務必提供介質資訊給製造商：「高壓 CO₂，含 / 不含共溶劑，最高壓力，最高溫度」。

步驟 5：決定安裝方式，讓數位壓力錶遠離熱源與衝擊

安裝方式對數位壓力錶的壽命與準確度影響之大，常常超過型號本身的差異。建議的安裝原則如下：

• 加裝隔離閥：每支數位壓力錶的取壓點都配置截止閥，便於在不停機的情況下更換、校正或檢修。
• 熱源隔離：靠近加熱套、預熱器的取壓點，使用散熱虹吸管或導壓管拉開距離。
• 脈動隔離：泵浦出口使用阻尼器或針閥，必要時搭配緩衝管。
• 方向與固定：顯示面朝向操作員視線，並避免受管路震動；必要時使用固定支架。
• 排氣與洩放：取壓管路應有洩放路徑，避免死腔殘壓。

步驟 6：選擇顯示與輸出，讓製程能自動化與可追溯

現代萃取設備大多具備 PLC 與觸控螢幕，數位壓力錶的角色可分為兩類：「就地顯示」與「訊號傳送」。就地顯示型的數位壓力錶用於現場快速判讀與獨立安全確認，是殘壓確認的好幫手；訊號傳送型（4-20 mA、0-10 V、RS-485、HART 等）則將壓力數據送進 PLC，用於製程控制、警報與紀錄。理想的配置是兩者並用：就地顯示表提供「獨立於 PLC 的第二視角」，傳送器負責控制與紀錄。這樣當 PLC 顯示與現場錶不一致時，就能第一時間發現問題，而不是等到出事才知道。

表 3-3：就地顯示型與訊號傳送型的角色分工

關於數位式與指針式壓力錶各自的優缺點，可參考 re-atlantis.tw 的「數位壓力錶 vs 指針壓力錶完整比較」一文。需要快速縮小型號範圍，也可以使用網站上的「數位壓力表選型精靈」。

第 5 章：安裝、試壓、校正與日常維護 SOP，並附三個情境推演

數位壓力錶選對了，只是成功的一半。另一半在於安裝是否正確、驗收是否確實、校正是否按時，以及日常有沒有人在看。這一章整理成可以直接改寫成公司 SOP 的清單與表格。

5.1 安裝前檢查清單

• 核對銘牌：量程、單位（bar、MPa、psi）、壓力類型（表壓）、接口螺紋、材質與設備圖面一致。
• 確認取壓點位置：避開節流下游低溫區、避開高溫熱源、避開強烈震動。
• 確認隔離閥、洩放路徑與必要的虹吸管、阻尼元件已到位。
• 確認密封件與接頭材質適用高壓 CO₂（含共溶劑時一併確認）。
• 確認接頭潔淨：食品與保健食品用途的設備，管路與接頭必須避免油污與異物殘留。
• 確認顯示方向與可視性，操作員在正常站位可以直接判讀。
• 確認電源或電池狀態（若為電池供電），並記錄更換日期。

5.2 試壓與驗收

高壓設備的耐壓試驗與氣密測試，應依設備製造商的程序與適用法規，由合格人員執行。數位壓力錶在驗收階段的任務，是協助確認以下幾項：

1. 零點確認：在完全洩壓、與大氣相通的狀態下，記錄所有數位壓力錶的零點讀值。
2. 升壓過程讀值確認：分階段升壓，依設備製造商程序在各階段停留，確認各位置的讀值與 PLC 顯示值一致、無異常跳動。
3. 保壓測試：在規定壓力下保壓，觀察讀值是否穩定下降，作為洩漏的判斷依據之一。需要注意溫度變化也會讓壓力漂移，所以要同時記錄溫度。
4. 冷機與熱機比對：在冷機與升溫後各記錄一次，確認溫度漂移在可接受範圍。
5. 讀值凍結檢查：在製程中輕微調整壓力，確認各數位壓力錶的讀值確實跟著變動。

5.3 校正：週期、方法與高壓設備的特殊考量

校正週期一般會依據使用頻率、重要性與製程風險決定。一般工業常見是每年一次；對於製程關鍵、影響品質稽核或安全判斷的位置，會縮短到半年。可以參考 re-atlantis.tw 的「壓力錶多久校正一次？各產業校正週期完整指南」。校正時的基本原則如下：

• 標準器的準確度至少要比被校儀表高出數倍（常見做法是四倍以上）。
• 校正點建議涵蓋 0%、25%、50%、75%、100% 量程，並包含上升與下降行程，以便觀察遲滯。
• 校正前後都要記錄，保留校正報告，作為稽核與追溯依據。
• 高壓段的校正可使用高壓校正泵與標準器進行，但要特別注意清潔與污染：若使用油性校正介質，校正後的數位壓力錶接液部分可能殘留油污，食品與保健食品用途的設備，應確認清潔程序與可接受的介質，必要時改在專用位置校正後再清潔裝回。

在現場校正（不拆表的比對）方面，可參考「壓力錶現場校正完整指南」一文。對於萃取設備，我們建議把「現場比對」與「定期離線校正」搭配使用：平時用就地校正表快速比對，每年或每半年進行離線校正。

5.4 日常巡檢表

表 5-1：數位壓力錶日常巡檢項目（可直接改寫成點檢表）

5.5 常見異常與處置對照

表 5-2：數位壓力錶異常現象與初步判斷

5.6 三個情境推演（說明用，非實際客戶案例）

以下三個情境是為了說明選型邏輯而設計的推演，數字為示意，不代表任何真實客戶的實績。我們刻意不寫金額與回收期，因為萃取設備的規模、原料價值與停機損失差異極大，必須依個案評估。

情境 A：大學實驗室的 5 L 級小型萃取設備

設備最高壓力約 400 bar，主要用於配方研發，每週運轉數次。原本只有設備附帶的一支機械式壓力錶，研究生常常在升壓時看不清讀值，也無法重現同一組條件。改善重點：在萃取槽入口增設一支高精度就地顯示數位壓力錶，作為配方紀錄的主要讀值；分離槽增設一支較小量程的數位壓力錶；所有取壓點加裝隔離閥。結果是配方條件可以用數字記錄、方便比對，並在每次洩壓後有第二支錶輔助確認殘壓。

情境 B：保健食品原料廠的 20 L × 2 量產設備

設備最高壓力 500 bar，連續批次運轉，品保要求每批保留製程紀錄。原本 PLC 顯示值與現場錶有數 bar 的差異，每次稽核都需要解釋。改善重點：P4 與 P6 增設壓力傳送器進 PLC，P6、P7 採同規格成對數位壓力錶作為就地比對，P4 加裝阻尼器；制定每半年一次的離線校正與每週巡檢，並保留校正報告。結果是 PLC 與現場讀值的差異有了明確責任歸屬（儀表、設定或製程），稽核時有完整紀錄可以回答。

情境 C：多機台工廠的殘壓安全改善

工廠有多台萃取設備，過去只靠槽體上單一壓力錶判斷是否可開蓋。一次洩壓後，數位壓力錶因取壓孔被萃取物堵塞，顯示偏低，所幸操作員在開蓋時聽到異常的氣流聲而停止。事後檢討，將殘壓確認改為多重程序：就地顯示表、獨立第二支壓力錶、洩壓排氣確認與開蓋連鎖，並把「讀值凍結檢查」納入每次開機前的項目。此情境說明，單一儀表的失效在高壓場合可以透過設計與 SOP 被吸收。

表 5-3：三個情境的改善重點對照（定性比較）