Comment est fabriquée la glace sèche ?

Brittany Henneberry

Malgré le fait qu’elle ait commencé comme un simple sous-produit du traitement de l’ammoniac, la glace sèche a une myriade d’utilisations, notamment dans les domaines de la production alimentaire, de la médecine, de l’industrie et du transport. Dans ce guide, nous allons détailler la fabrication de la glace carbonique, les différentes formes sous lesquelles elle est disponible et ses applications industrielles. Toutefois, nous allons d’abord vous donner un bref aperçu de ce qu’est la glace sèche. Si vous êtes plus intéressé par les personnes qui peuvent vous fournir de la glace sèche, vous pouvez également consulter notre guide sur les principaux fournisseurs de glace sèche, ou vous pouvez en savoir plus sur la projection de glace sèche dans notre guide sur le sujet.

D’un coup d’œil:

1. Qu’est-ce que la glace sèche ?
2. Comment fabrique-t-on la glace sèche ?
3. Formes de glace sèche
4. Machines de production de glace sèche
5. Applications de la glace sèche

Qu’est-ce que la glace sèche ?

La glace sèche est un autre nom pour le dioxyde de carbone gelé. Ce matériau, qui gèle autour de -109 degrés F, est populaire parce que sa forme solide se sublime directement en gaz sous la pression atmosphérique normale, ne laissant derrière elle aucune humidité. Comme la glace sèche n’est que du dioxyde de carbone, elle n’est pas toxique et, lorsqu’elle est nettoyée, elle ne présente aucun danger pour les aliments. Cependant, en raison de sa basse température, elle peut causer des brûlures lorsqu’elle touche la peau nue, et elle doit être manipulée dans des zones bien ventilées pour éviter le danger de suffocation.

Comment fabrique-t-on la glace sèche ?

La glace sèche commence sa vie comme un sous-produit ; elle est récoltée lors du raffinage de l’ammoniac, du pétrole ou d’autres produits chimiques. Ce gaz provient souvent du processus de production de l’ammoniac, car c’est le moyen le plus efficace de produire du dioxyde de carbone, mais aux États-Unis, il provient aussi en grande partie du processus de production de l’éthanol. Le gaz naturel est brûlé pour séparer les atomes de carbone et d’hydrogène, et l’hydrogène est ensuite combiné à l’azote pour produire de l’ammoniac. Le carbone restant peut alors être mélangé à l’oxygène pour produire du dioxyde de carbone.

Une fois récolté, le dioxyde de carbone destiné à entrer en contact avec les aliments est épuré pour le rendre de qualité alimentaire. Cela se fait en le faisant passer dans une chambre avec un adsorbant de CO2. Au fur et à mesure que le dioxyde de carbone est adsorbé, les gaz restants sont évacués pour être éliminés par un oxydateur thermique ou une torche. Une fois que la chambre est vide de tout sauf de l’adsorbant rempli de dioxyde de carbone, l’adsorbant est chauffé pour libérer le gaz nettoyé avec un souffle de CO2 propre. Le dioxyde de carbone supplémentaire peut alors être retiré et envoyé à l’étape suivante, où il sera liquéfié. Pour ce faire, le CO2 est comprimé et refroidi à une pression d’environ 870 lb/in2. Après avoir été liquéfié, il peut être envoyé dans une usine pour être transformé en sa forme solide finale.

Le dioxyde de carbone liquide est transformé en solide par dépressurisation. Le CO2 entre dans un réservoir à pression atmosphérique normale par une soupape d’expansion, qui supprime la pression du liquide pour lui permettre de se gazéifier à nouveau. En se dilatant, le gaz fait baisser la température à l’intérieur du réservoir, transformant un peu moins de la moitié du dioxyde de carbone en solide avant qu’il ne puisse devenir un gaz. Ces 46 % de dioxyde de carbone se transforment en neige, se condensant sur la plaque supérieure d’une presse, qui la comprime ensuite pendant environ cinq minutes sous 60 tonnes de force pour créer un bloc. Pour les pellets de glace sèche, la neige est extrudée à travers des filières dans un pelletiseur.

Si la neige est comprimée sous forme de bloc, un bloc de deux pieds de large sort alors de la chambre sur une bande transporteuse. De là, des scies pneumatiques le découpent à la taille requise. Une fois les granulés ou les blocs fabriqués, ils doivent être emballés hermétiquement dans des emballages isolés pour éviter qu’ils ne se subliment en gaz. Parfois, les blocs sont également enveloppés dans du papier ou d’autres matériaux pour une protection supplémentaire.

Formes de glace sèche

La glace sèche est vendue sous plusieurs types de formes en fonction de l’application :

• La glace sèche haute densité dure plus longtemps et est plus facile à manipuler. C’est le meilleur type pour le nettoyage par soufflage car elle est plus dure que la glace sèche ordinaire et elle gèle la surface qu’elle écrase pour la rendre plus fragile.
• Les pellets, qui fondent le plus rapidement grâce à leur surface élevée, sont utilisés pour les aliments congelés, le traitement de la viande, les expériences de laboratoire et le transport d’échantillons de laboratoire et de plasma sanguin. Elles sont également utilisées par les consommateurs et les compagnies théâtrales pour créer des effets de brouillard. Les granulés existent en différentes tailles. Les boulettes de riz, qui sont la plus petite taille, sont utilisées pour le dynamitage.
• Les tranches ou les plaques sont également utilisées pour le stockage et le transport frigorifiques des aliments et des fournitures médicales, ainsi que dans les avions pour la conservation des aliments. Ils sont souvent de 10x10x2 pouces, mais ils peuvent aussi venir dans des tailles personnalisées.
• Les blocs pèsent généralement environ 60 livres et viennent dans des tailles de 10x10x12 pouces. Ce sont ceux qui fondent le plus lentement car ils ont le moins de surface et le plus de volume. Ils sont souvent utilisés pour les machines de projection à jet froid qui sont adaptées aux blocs complets.

Machines de production de glace sèche

Les machines à glace sèche sont disponibles en plusieurs types différents, mais fondamentalement, elles fonctionnent sur le même principe de base qui a été décrit ci-dessus – à savoir l’introduction d’un changement de phase dans le dioxyde de carbone en prenant la forme liquide et en la faisant passer par une soupape d’expansion lui permettant ainsi de se dilater sous la pression atmosphérique, de se transformer en gaz et de créer de la neige carbonique (dioxyde de carbone gelé). La chaleur de la vaporisation due au changement de phase fait baisser la température et permet la formation de neige carbonique. L’excès de gaz CO2 est soit récupéré pour une utilisation ultérieure (dans des équipements de production plus grands et plus sophistiqués), soit évacué dans l’atmosphère (dans des unités plus petites aux conceptions plus simples et aux rendements de production plus faibles).

Un type de machine de production de glace sèche est connu sous le nom de pelletiseur, qui produit, comme son nom l’indique, des pellets de glace sèche. Les pelletiseurs sont disponibles en différentes tailles en fonction de leur capacité de production qui est généralement mesurée en unités de kg/heure ou de lb/heure. La capacité de production peut également contenir une spécification pour la pression d’entrée du CO2 en unités de pression telles que bar ou psi. Plus la capacité de production est grande, plus l’empreinte de la machine sera importante et plus la quantité de CO2 liquide consommée pour la production de glace carbonique sera élevée. Le choix d’un modèle à utiliser dépend essentiellement de la capacité de production et du style de glace sèche souhaité, qui dépend de l’application prévue.

Le principe de fonctionnement de ces machines est assez simple. Le CO2 liquide est injecté dans une presse à glace sèche dans les machines de pelletisation où il se dilate rapidement et s’évapore en un gaz qui se refroidit jusqu’à son point de congélation de -109oF (-78,3oC). Une fois la neige carbonique formée, un piston hydraulique est utilisé pour comprimer la glace carbonique et la forcer à passer à travers une plaque d’extrusion ou une filière de granulation. Les plaques sont disponibles avec différentes dimensions d’ouverture de filière qui permettent la formation de différentes tailles de pellets telles que 1/8″, ¼ », 3/8″, 5/8″, ou ¾ ». Les granulés de petite taille peuvent être utilisés pour des applications de sablage, et les granulés de plus grande taille utilisés à des fins de refroidissement. Les pellets sont généralement expulsés dans des conteneurs isolés qui peuvent être utilisés pour le stockage/expédition de la glace sèche. Certains modèles de machines de production de glace carbonique comportent plusieurs plaques d’extrusion qui peuvent être changées automatiquement à la demande, alors que d’autres nécessitent un changement manuel. Des machines de reformage spécialisées sont capables de prendre des pellets de glace sèche et de produire des blocs de glace sèche denses en comprimant les pellets contre la cavité d’un moule. Il existe également des presses à blocs, qui produisent directement de la glace sèche sous forme de blocs à partir de l’alimentation en CO2 liquide. Les blocs sont souvent coupés à des tailles spécifiques et vendus aux clients sur la base de leurs spécifications particulières.

De nombreuses machines de production de glace sèche sont conçues pour fonctionner en utilisant du dioxyde de carbone liquide qui est stocké dans des réservoirs et livré dans des réservoirs pressurisés par camion ou wagon. Dans d’autres cas, les installations de production de glace sèche étaient situées à proximité des raffineries de pétrole ou d’ammoniac où le gaz carbonique est produit comme sous-produit de la production d’éthanol ou d’ammoniac. Cette proximité minimise les coûts et les distances à partir desquelles un approvisionnement en gaz CO2 peut être facilement obtenu. Dans ce cas, un pipeline peut être installé directement entre les raffineries et l’installation de production de glace sèche. Certains modèles de machines à glace sèche sont conçus avec une double redondance parallèle, permettant aux opérations de se poursuivre d’un côté de la machine pendant que l’autre est en cours d’entretien.

Lorsque l’accès à une source de gaz CO2 n’est pas indisponible, les systèmes plus haut de gamme pour la production à grande échelle de glace sèche ajoutent des capacités supplémentaires aux machines de production de glace sèche, leur permettant de devenir plus autonomes et efficaces dans leurs opérations de production. Cela inclut l’ajout de générateurs de CO2 qui permettent à l’usine de produire du gaz carbonique à partir de la combustion directe de combustibles fossiles tels que le diesel, le kérosène ou le gaz naturel.

Applications de la glace sèche

La capacité du CO2 à s’évaporer sans laisser de flaques en fait un outil de réfrigération populaire dans plusieurs industries. La glace sèche est également utilisée pour la congélation rapide dans la fabrication du caoutchouc et des aliments, le nettoyage des fuites de réfrigération à l’ammoniac, le dynamitage, qui permet à l’utilisateur de dynamiter plus doucement que le sable ou d’autres médias sans avoir autant de nettoyage.

• Transport. Ce matériau peut être utilisé pour les petits paquets ou les conteneurs d’expédition pour tout ce qui doit être maintenu au froid, y compris les plantes vivantes, la nourriture, les produits chimiques et les fournitures médicales. Il est même utilisé pour maintenir l’asphalte à une température constante entre l’usine et le chantier.
• Aliments et boissons. La glace sèche est utilisée pour conserver toute une série d’aliments, des fruits et légumes aux céréales, en passant par la viande et le poisson et la crème glacée. Elle est très demandée par les fabricants de boissons pour la production de boissons gazeuses comme les sodas. La glace sèche est également utilisée pour tuer les bactéries et les moisissures dans les cuisines commerciales.
• Médical. Entre sa température et son incapacité à laisser de l’humidité à une pression normale, la glace sèche décourage le développement des bactéries et des moisissures. C’est pourquoi, en plus des aliments, elle est utilisée pour stocker les vaccins, les échantillons médicaux, les transplantations d’organes et les fournitures médicales. Elle est également souvent utilisée pour éliminer les imperfections de la peau comme les verrues ou dans les capsules froides pour les patients en chimiothérapie afin de ralentir leur perte de cheveux.
• Fabrication. La glace carbonique est utilisée dans la fabrication de plastique et de caoutchouc pour déflater les pièces moulées, car elle rend le solin cassant et rétrécit la pièce. Sa capacité à rétracter les matériaux conduit également à son utilisation pour ajuster les raccords en caoutchouc et en métal à l’intérieur des roulements et des manchons. Les fabricants de produits chimiques utilisent également ce matériau pour ralentir ou arrêter les réactions chimiques dans les sels, le dioxane, l’alcool benzylique et l’acétone, ainsi que pour neutraliser les alcalins.
• Autres utilisations industrielles. Le dioxyde de carbone congelé est utilisé comme nettoyant dans l’industrie pétrolière ainsi que dans l’industrie alimentaire ; les travailleurs le combinent avec d’autres ingrédients pour séparer la paraffine et le pétrole du reste des dépôts à l’intérieur des réservoirs afin qu’ils puissent être traités. Elle est également utilisée pour repousser l’oxygène à l’intérieur des réservoirs de confinement inflammables lorsqu’ils doivent être réparés, ou pour éloigner l’oxygène des produits chimiques inflammables lorsqu’ils sont utilisés.

Conclusion

Par la séparation, la congélation et la compression, le dioxyde de carbone congelé peut être façonné dans les formes nécessaires pour des applications aussi variées que la conservation des aliments, le traitement de la peau et la fabrication de plastiques. Après cette exploration de la façon dont la glace sèche est produite et utilisée, nous espérons que vous utiliserez ces connaissances pour vous approvisionner plus efficacement en fonction des besoins de votre entreprise. Si vous êtes prêt à commencer à rechercher des machines ou des fournisseurs de glace sèche, nous vous invitons à consulter notre page de découverte des fournisseurs, qui contient des informations sur plus de 500 000 fournisseurs d’équipements et de matériaux aux États-Unis et au Canada.

Sources :

1. https://www.swtc.edu/Ag_Power/air_conditioning/lecture/expansion_valve.htm
2. https://www.cryonomic.com/en/dry-ice-process
3. https://dryiceinfo.com/mfn.htm
4. https://www.continentalcarbonic.com/how-is-dry-ice-made.html
5. http://www.madehow.com/Volume-7/Dry-Ice.html
6. https://www.verdict.co.uk/how-is-co2-produced-commercially-shortage/
7. https://sulfatrap.com/applications/carbon-dioxide-purification/food-grade-carbon-dioxide/
8. https://www.pacificdryice.com/the-different-forms-of-dry-ice-and-their-common-uses/
9. https://crystalicela.com/4-common-commercial-and-industrial-uses-for-dry-ice/
10. https://emergencyice.com/alternative-uses-for-ice/
11. https://www.wbur.org/commonhealth/2020/09/04/covid-vaccine-dry-ice-shortage
12. https://www.ascoco2.com/us/dry-ice-production/dry-ice-production

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