Jak se vyrábí suchý led?

Návody

Přestože suchý led začínal jako pouhý vedlejší produkt při zpracování čpavku, má nesčetné využití, zejména v potravinářství, zdravotnictví, průmyslu a dopravě. V tomto průvodci se budeme podrobně zabývat tím, jak se suchý led vyrábí, v jakých různých formách je k dispozici a jaké jsou jeho průmyslové aplikace. Nejprve se však budeme zabývat stručným shrnutím toho, co je suchý led. Pokud vás více zajímá, kdo vám může suchý led dodat, můžete se také podívat na našeho průvodce o nejlepších dodavatelích suchého ledu nebo se můžete dozvědět více o tryskání suchým ledem v našem průvodci na toto téma.

Přehledně:

1. Co je suchý led?
2. Jak se suchý led vyrábí
3. Formy suchého ledu
4. Stroje na výrobu suchého ledu
5. Použití suchého ledu

Co je suchý led?

Suchý led je jiný název pro zmrzlý oxid uhličitý. Tento materiál, který mrzne při teplotě kolem -109 °C, je oblíbený, protože jeho pevná forma sublimuje za normálního atmosférického tlaku přímo na plyn a nezanechává za sebou žádnou vlhkost. Vzhledem k tomu, že suchý led je jednoduše oxid uhličitý, je také netoxický a po umytí je bezpečný v blízkosti potravin. Vzhledem ke své nízké teplotě však může při dotyku s holou kůží způsobit popáleniny a mělo by se s ním manipulovat v dobře větraných prostorách, aby se předešlo nebezpečí udušení.

Jak se suchý led vyrábí?

Suchý led začíná svůj život jako vedlejší produkt; získává se při rafinaci čpavku, ropy nebo jiných chemikálií. Tento plyn se často odebírá z procesu výroby čpavku, protože to je nejefektivnější způsob výroby oxidu uhličitého, ale v USA je také z velké části dodáván z procesu výroby etanolu. Zemní plyn se spaluje, aby se oddělily atomy uhlíku a vodíku, a vodík se pak spojí s dusíkem a vznikne čpavek. Zbylý uhlík pak může být smíchán s kyslíkem a vznikne oxid uhličitý.

Po sklizni se oxid uhličitý určený pro styk s potravinami čistí, aby byl vhodný pro potraviny. Toho se dosáhne tak, že projde komorou s adsorbentem CO2. Při adsorpci oxidu uhličitého se zbývající plyny vypouštějí ven a likvidují se pomocí tepelného oxidátoru nebo fléry. Jakmile je komora prázdná od všeho kromě adsorbentu naplněného oxidem uhličitým, adsorbent se zahřeje a vyčištěný plyn se uvolní vymetením čistého CO2. Přebytečný oxid uhličitý pak může být odstraněn a poslán do dalšího kroku, kde bude zkapalněn. Toho se dosáhne stlačením a ochlazením CO2 při tlaku přibližně 870 lbs/in2. Po zkapalnění může být odeslán do továrny, kde se zpracuje do konečné pevné formy.

Kapalný oxid uhličitý se přemění na pevnou látku pomocí odtlakování. CO2 vstupuje do nádrže s normálním atmosférickým tlakem přes expanzní ventil, který odstraní tlak kapaliny a umožní její opětovné zplynování. Při expanzi plynu klesá teplota uvnitř nádrže a o něco méně než polovina oxidu uhličitého zmrzne na pevnou látku dříve, než se z něj stane plyn. Těchto 46 % oxidu uhličitého se změní ve sníh, který zkondenzuje na horní desce lisu, jenž jej pak asi pět minut stlačuje silou 60 tun a vytvoří blok. Pro výrobu pelet ze suchého ledu se sníh protlačuje přes lisovací formy v peletizéru.

Pokud je sníh stlačen do formy bloku, vyjíždí pak z komory na dopravníkovém pásu blok široký dva metry. Odtud jej pneumatické pily rozřežou na požadovanou velikost. Jakmile jsou pelety nebo bloky vyrobeny, musí být pevně zabaleny do izolovaných obalů, aby nedošlo k jejich sublimaci do plynu. Někdy se bloky také balí do papíru nebo jiných materiálů pro větší ochranu.

Formy suchého ledu

Suchý led se prodává v několika typech tvarů v závislosti na použití:

• Suchý led s vysokou hustotou vydrží déle a lépe se s ním manipuluje. Je to nejlepší typ pro tryskové čištění, protože je tvrdší než běžný suchý led a zmrazuje povrch, který obrušuje, aby byl křehčí.
• Pelety, které díky velkému povrchu nejrychleji tají, se používají pro zmrazování potravin, zpracování masa, laboratorní pokusy a přepravu laboratorních vzorků a krevní plazmy. Používají je také spotřebitelé a divadelní společnosti k vytváření mlžných efektů. Pelety se dodávají v různých velikostech. Rýžové pelety, které mají nejmenší velikost, se používají k tryskání.
• Plátky nebo desky se také používají k chladírenskému skladování a přepravě potravin a zdravotnického materiálu a také v letadlech ke konzervaci potravin. Často mají rozměry 10x10x2 palce, ale mohou být i v nestandardních rozměrech.
• Bloky obvykle váží kolem 60 liber a dodávají se ve velikosti 10x10x12 palců. Ty se taví nejpomaleji, protože mají nejmenší povrch a největší objem. Často se používají u strojů na tryskání studeným proudem, které jsou uzpůsobeny pro plné bloky.

Stroje na výrobu suchého ledu

Stroje na výrobu suchého ledu jsou k dispozici v několika různých typech, ale v zásadě fungují na stejném základním principu, který byl popsán výše – a to zavedení fázové změny v oxidu uhličitém tím, že se vezme kapalná forma a projde expanzním ventilem, čímž se pod atmosférickým tlakem rozpíná, formuje do plynu a vytváří suchý ledový sníh (zmrzlý oxid uhličitý). Teplo vypařování z fázové změny způsobí pokles teploty a umožní vznik suchého ledového sněhu. Přebytečný plynný CO2 se buď rekuperuje pro další použití (ve větších, sofistikovanějších výrobních zařízeních), nebo se vypouští do atmosféry (v menších zařízeních s jednodušší konstrukcí a nižším výrobním výkonem).

Jeden typ zařízení na výrobu suchého ledu je známý jako peletizér, který vyrábí, jak jeho název napovídá, pelety suchého ledu. Peletizéry jsou k dispozici v různých velikostech podle jejich výrobní kapacity, která se obvykle měří v jednotkách kg/hod nebo lbs/hod. Výrobní kapacita může také obsahovat specifikaci vstupního tlaku CO2 v jednotkách tlaku, jako je bar nebo psi. Čím větší je výrobní kapacita, tím větší je plocha stroje a tím více kapalného CO2 se při výrobě suchého ledu spotřebuje. Výběr modelu pro použití v podstatě závisí na výrobní kapacitě a požadovaném stylu suchého ledu, který závisí na zamýšleném použití.

Princip činnosti těchto strojů je poměrně jednoduchý. Kapalný CO2 se vstřikuje do lisu na suchý led v peletovacích strojích, kde se rychle rozpíná a odpařuje na plyn, který se ochladí na bod mrazu -109oF (-78,3oC). Jakmile se vytvoří sníh suchého ledu, hydraulickým pístem se suchý led stlačí a protlačí přes vytlačovací desku nebo peletovací formu. Desky jsou k dispozici s různými rozměry otvoru matrice, které umožňují tvorbu různých velikostí pelet, například 1/8″, ¼“, 3/8″, 5/8″ nebo ¾“. Menší velikosti pelet lze použít pro tryskací aplikace a větší pelety pro účely chlazení. Pelety se obvykle vypouštějí do izolovaných nádob, které lze použít pro skladování/přepravu suchého ledu. Některé modely strojů na výrobu suchého ledu jsou vybaveny více vytlačovacími deskami, které lze na požádání automaticky vyměnit, zatímco jiné vyžadují ruční výměnu. Specializované reformovací stroje jsou schopny přijímat pelety suchého ledu a vyrábět husté bloky suchého ledu stlačováním pelet proti dutině formy. Existují také stroje na lisování bloků, které přímo vyrábějí suchý led ve formě bloků z kapalného přívodu CO2. Bloky jsou často řezány na specifické rozměry a prodávány zákazníkům na základě jejich konkrétních specifikací.

Mnoho strojů na výrobu suchého ledu je navrženo pro provoz s použitím kapalného oxidu uhličitého, který je skladován v nádržích a dodáván v tlakových cisternách nákladními automobily nebo železničními vozy. V jiných případech byla výrobní zařízení na suchý led umístěna v těsné blízkosti ropných nebo čpavkových rafinérií, kde se plynný oxid uhličitý vyrábí jako vedlejší produkt při výrobě etanolu nebo čpavku. Tato blízkost minimalizuje náklady a vzdálenosti, z nichž by bylo možné snadno získat dodávky plynu CO2. V těchto případech může být potrubí vedeno přímo z rafinerií do zařízení na výrobu suchého ledu. Některé modely strojů na výrobu suchého ledu jsou navrženy s dvojitou paralelní redundancí, která umožňuje pokračovat v provozu na jedné straně stroje, zatímco na druhé straně probíhá servis.

Když není přístup ke zdroji plynu CO2 nedostupný, systémy vyšší třídy pro velkovýrobu suchého ledu doplňují stroje na výrobu suchého ledu o další možnosti, které jim umožňují zvýšit soběstačnost a efektivitu výrobních operací. To zahrnuje přidání generátorů CO2, které umožňují zařízení vyrábět plynný oxid uhličitý z přímého spalování fosilních paliv, jako je nafta, petrolej nebo zemní plyn.

Použití suchého ledu

Schopnost CO2 odpařovat se bez zanechávání louží z něj činí oblíbený chladicí nástroj v několika průmyslových odvětvích. Suchý led se také používá k bleskovému zmrazování v gumárenské a potravinářské výrobě, k čištění netěsností čpavkového chlazení, k tryskání, které umožňuje uživateli tryskat šetrněji než písek nebo jiná média, aniž by musel tolik čistit.

• Doprava. Tento materiál lze použít pro malé balíčky nebo přepravní kontejnery pro cokoli, co je třeba uchovávat v chladu, včetně živých rostlin, potravin, chemikálií a zdravotnického materiálu. Používá se dokonce i k udržování stálé teploty asfaltu mezi závodem a pracovištěm.
• Potraviny a nápoje. Suchý led se používá při uchovávání celé řady potravin, od ovoce a zeleniny přes obiloviny, maso a ryby až po zmrzlinu. Je výrazně žádaný výrobci nápojů pro výrobu sycených nápojů, jako jsou limonády. Suchý led se také používá k ničení bakterií a plísní v komerčních kuchyních.
• Zdravotnictví. Díky své teplotě a neschopnosti zanechávat vlhkost při běžném tlaku suchý led odrazuje od růstu bakterií a plísní. Proto se kromě potravin používá ke skladování vakcín, lékařských vzorků, transplantátů orgánů a zdravotnického materiálu. Často se také používá k odstraňování kožních nedokonalostí, jako jsou bradavice, nebo ve studených čepicích pro pacienty po chemoterapii ke zpomalení vypadávání vlasů.
• Výroba. Suchý led se používá ve výrobě plastů a pryže k odfrézování výlisků, protože způsobuje křehnutí výlisků a smršťování dílů. Jeho schopnost smršťovat materiály vede také k jeho použití při montáži pryžových a kovových tvarovek uvnitř ložisek a pouzder. Výrobci chemikálií tento materiál používají také ke zpomalení nebo zastavení chemických reakcí v solích, dioxanu, benzylalkoholu a acetonu a také k neutralizaci alkálií.
• Další průmyslové využití. Zmrazený oxid uhličitý se používá jako čisticí prostředek v ropném i potravinářském průmyslu; pracovníci jej kombinují s dalšími složkami, aby oddělili parafín a olej od ostatních usazenin uvnitř nádrží a mohli je zpracovat. Používá se také k vytlačení kyslíku uvnitř hořlavých ochranných nádrží, když je třeba je opravit, nebo k udržení kyslíku mimo hořlavé chemikálie, když se používají.

Závěr

Separací, zmrazením a stlačením lze zmrazený oxid uhličitý tvarovat do potřebných forem pro nejrůznější aplikace, jako je konzervace potravin, ošetření kůže a výroba plastů. Doufáme, že po tomto průzkumu, jak se suchý led vyrábí a používá, využijete tyto znalosti k efektivnějšímu získávání toho, co vaše společnost potřebuje. Pokud jste připraveni začít shánět stroje nebo dodavatele suchého ledu, zveme vás, abyste si prohlédli naši stránku Supplier Discovery, která obsahuje informace o více než 500 000 dodavatelích zařízení a materiálů v USA a Kanadě.

Zdroje:

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

• Top dodavatelé suchého ledu
• Vše o tryskání suchým ledem