Сухой лед

<час />

Фон

Сухой лед - это название, данное диоксиду углерода, когда он находится в твердом состоянии. Двуокись углерода содержится в атмосфере Земли; это газ, который люди выдыхают, а растения используют для фотосинтеза. Это химическое соединение не имеет цвета, запаха, вкуса и примерно в 1,5 раза плотнее воздуха. Двуокись углерода превращается из газа в непрозрачное белое твердое вещество под давлением и при низких температурах, превращаясь в твердое вещество при -109 ° F (178,5 ° C). Сухой лед производится в основном в двух формах:либо в виде блока сухого льда, который весит более 50 фунтов (22,7 кг), либо в виде небольших кусочков, размер которых варьируется от размера рисового зерна до более крупной гранулы. Сухой лед не тает, вместо этого он сублимируется, то есть твердое вещество превращается непосредственно в газ (минуя жидкое состояние), когда температура повышается, и твердое вещество начинает рассеиваться. Эта необычная особенность приводит к эффекту копчения, и кажется, что сухой лед дымится при сублимации. Таким образом, сухой лед часто используется для имитации тумана или дыма.

Сам по себе сухой лед не ядовит, но его поверхность настолько холодная, что к нему нельзя прикасаться без перчаток. Кроме того, хотя газ стабилен и инертен, он тяжелее воздуха и может концентрироваться в низких помещениях или закрытых помещениях. Когда концентрация углекислого газа в воздухе превышает 5%, углекислый газ становится токсичным. Таким образом, любое пространство, в котором используется сухой лед, должно хорошо вентилироваться.

Превратить диоксид углерода из газа в твердое вещество относительно просто. В Соединенных Штатах существует множество производителей сухого льда, и сухой лед отправляется во все части страны для различных целей. Это важный хладагент для охлаждения продуктов и предотвращения роста бактерий во время транспортировки. Сухой лед, используемый для охлаждения или замораживания продуктов, должен быть очень чистым и считаться «пищевым», чтобы гарантировать, что продукты, к которым он может прикоснуться, не будут загрязнены. Поскольку твердое вещество сублимируется, а не тает, большие количества сухого льда можно помещать в транспортные контейнеры без учета объема талой воды, которая накапливается при использовании льда в качестве хладагента. Использование в пищевой промышленности является обширным и включает быстрое замораживание продуктов для использования в будущем на предприятиях пищевой промышленности, замедление роста активных дрожжей в пекарнях и хранение продуктов в охлажденном состоянии для обеспечения питания в авиационной отрасли.

Другие применения включают:замедление роста цветочных бутонов в питомниках, чтобы растения оставались свежими для потребителей, мгновенное замораживание в резиновой промышленности во время производства, поглощение утечек аммиака при охлаждении и создание дыма для театральных постановок. Наиболее значительным недавним применением сухого льда является струйная очистка (или очистка) сухого льда, при которой гранулы сухого льда с высокой скоростью бросаются на очищаемую поверхность. Гранулы очищают поверхность от загрязняющих веществ, сублимируют в атмосферу и не оставляют токсичных газов. Единственный остаток - это грязь или краска, оставленные для утилизации.

История

Сухой лед не был изобретен, а свойства твердого углекислого газа были открыты в начале двадцатого века. Впервые он был коммерчески произведен в 1920-х годах в Соединенных Штатах. Коммерческое предприятие зарегистрировало товарный знак сухой лед . в 1925 году, и с тех пор твердый диоксид углерода называют сухим льдом. До недавнего времени сухой лед часто назывался горячим льдом ссылка на тот факт, что при прикосновении к холодной поверхности чувствовалось, что рука обжигается.

Похоже, что компания Perst-Air Devices из Лонг-Айленда, штат Нью-Йорк, впервые успешно произвела сухой лед в 1925 году. Также в том же году компания Schrafft из Нью-Йорка впервые применила этот продукт, чтобы не дать своему знаменитому мороженому таять в своей гостиной. Сухой лед гораздо более широко использовался для охлаждения и замораживания пищевых продуктов в середине двадцатого века, чем сегодня. Практически каждое кафе-мороженое в мире использовало сухой лед для хранения мороженого в замороженном состоянии вплоть до окончания Второй мировой войны, когда электрическое охлаждение стало доступным и эффективным. Производство сухого льда не претерпело существенных изменений за многие десятилетия и представляет собой относительно простой процесс создания давления и охлаждения газообразного диоксида углерода. Использование сухого льда несколько уменьшилось с появлением лучшего электрического охлаждения. Некоторые недавние разработки по его использованию включают использование гранул при струйной очистке или очистке, а также его все более широкое использование при транспортировке медицинских образцов, включая сердца, конечности и ткани, для повторного прикрепления и трансплантации.

Сырье

Единственное сырье, используемое при производстве сухого льда, - это углекислый газ. Это сырье является побочным продуктом очистки газов, выделяемых при производстве или очистке других продуктов. Большая часть углекислого газа, используемого в производстве сухого льда в Соединенных Штатах, образуется в результате очистки газов, выделяемых при очистке нефти и аммиака. Углекислый газ, выделяемый во время этих процессов, отсасывается и «очищается» для удаления примесей для углекислого газа пищевого качества, который в конечном итоге станет сухим льдом.

Производственный
процесс

1. Двуокись углерода сжижается путем сжатия и охлаждения, сжижается под давлением примерно 870 фунтов / дюйм ² . (395 кг / см ² ) при комнатной температуре. Жидкий диоксид углерода перекачивается по трубопроводу в огромные резервуары для хранения, так что производители сухого льда могут удалить необходимую жидкость.
2. Жидкая двуокись углерода поставляется в огромных количествах, иногда весом в несколько тонн. Таким образом, большинство производителей сухого льда предпочитают размещать свои заводы рядом с заводами по переработке нефти или аммиака, чтобы транспортные расходы были доступными. Охлажденный жидкий диоксид углерода под давлением подается по трубопроводу непосредственно в резервуар под давлением или железнодорожный вагон, принадлежащий производителю сухого льда, и направляется на завод.
3. Багажник подъезжает к фабрике и сбрасывает жидкий углекислый газ в огромные резервуары на территории. Эти резервуары удерживают жидкость под давлением, сохраняя ее охлажденной, чтобы она оставалась в жидком состоянии. Эти резервуары расположены рядом с заводской стенкой, и по трубопроводу жидкость подается непосредственно внутрь, когда это необходимо для производства.
4. Жидкий углекислый газ поступает снова по трубопроводу из соседних резервуаров через заводские стены и попадает в пресс для сухого льда. Когда жидкость движется из среды с высоким давлением до атмосферного, она расширяется и испаряется с высокой скоростью, в результате чего жидкость охлаждается до точки замерзания, которая составляет -109 ° F (-78,3 ° C). Сопло подает жидкость в верхний блок пресса для сухого льда, высота которого составляет примерно 16 футов (4,9 м). Этот пресс включает в себя большой блок вверху, который может оказывать сильное давление на загружаемый в него продукт. Когда жидкий углекислый газ попадает на блок пресса для сухого льда, он немедленно затвердевает, поскольку теперь имеет комнатную температуру. Углекислый газ теперь напоминает снег.
5. Этот снег, который теперь находится в верхней части пресса, нужно сжать в глыбу сухого льда. Таким образом, эта верхняя часть пресса поднимается и опускается с необычайным давлением (около 60 тонн), превращая снег в твердую глыбу сухого льда. Это примерно пятиминутный процесс. Когда блок сплошной, он обычно имеет ширину около 2 футов (61 см) и высоту 10 дюймов (25 см), а его вес составляет около 220 фунтов (100 кг).
6. Этот кусок непрозрачного белого сухого льда выталкивается из пресса на ролик. Пневматическая пила разрезает блок пополам, и блоки проталкиваются к другой пиле, которая снова разрезает блоки меньшего размера. Таким образом, единый блок, изготовленный в прессе для сухого льда, теперь состоит из четырех частей, каждая из которых весит около 55 фунтов (25 кг).
7. Меньшие блоки помещаются в контейнеры, в которых блоки остаются холодными, поэтому сублимация сведена к минимуму. При отправке в неупакованном виде они должны быть плотно упакованы в контейнер. Образование сухого льда - это серия химических реакций. обычно включает четыре блока, с очень малым количеством воздуха внутри, чтобы уменьшить сублимацию. Если один блок будет удален во время транспортировки, другие блоки начнут быстро рассеиваться. Многие производители сухого льда заворачивают блоки в бумагу с помощью машин (разумно не прикасаться к очень холодной поверхности) и отправляют его дистрибьюторам или оптовикам.

Контроль качества

Вопросы контроля качества в первую очередь связаны с качеством диоксида углерода, используемого при производстве пищевого сухого льда. Недавно федеральное правительство установило довольно строгие стандарты чистоты диоксида углерода, используемого при производстве сухого льда, что заставило производителей сертифицировать и тестировать используемый жидкий диоксид углерода, а также чистоту производимого продукта.

Другие вопросы контроля качества включают обеспечение точной работы резервуаров и оборудования. Если давление не поддерживается должным образом, производство продукта невозможно. Очень важно быстро и эффективно перемещать продукт от нарезки к хранению, поскольку сухой лед быстро сублимируется при комнатной температуре, что снижает вес и цену продаваемого продукта. При транспортировке блоки должны быть плотно упакованы, чтобы уменьшить сублимацию при транспортировке.

Побочные продукты / отходы

При производстве сухого льда не создается никаких значительных химикатов. Поскольку продукт состоит только из углекислого газа, при сублимации продукта газы выбрасываются в атмосферу. Единственные обнаруживаемые отходы - это сублимация продукта в блочной форме, которая сведена к минимуму.

Будущее

Хотя использование сухого льда в холодильных установках и хранении пищевых продуктов может сокращаться, его использование в других областях является многообещающим. Как упоминалось выше, уборщики домов и операторы машин заинтересованы в небольших гранулах сухого льда из-за их способности бомбардировать дом или машину под высоким давлением, удалять грязь или другие загрязнения, а затем рассеиваться в атмосфере. Недавно телефонная компания использовала гранулы сухого льда для безопасной очистки чувствительного электронного испытательного оборудования без использования опасных растворителей. Мастерские по ремонту кузовов автомобилей обнаружили, что нанесение сухого льда на вмятины на кузове иногда может устранить уродство. Кроме того, тесты на блоках сухого льда рекомендуют бросать его в норы суслика, чтобы уничтожить вредителей, или размещать на заднем дворе, чтобы привлекать комаров и держать их подальше от людей.

Где узнать больше

Книги

Рассел, Аллан С. Энциклопедия науки и технологий МакГроу-Хилла. Vol. 5. Нью-Йорк:1997.

Полезная научная книга ответов. Второе изд. Детройт:1997.

Другое

"Сухой лед." Веб-страница About.com. Август 2001 г. .

Домашняя страница dryicelnfo.com. Июль 2001 г. .

Интервью с Чаком Хайнсом. Владелец компании Arctic Dry Ice. Балтимор. 31 июля 2001 г.

Нэнси EV Брык