Wie wird Trockeneis hergestellt?

Trockeneis entsteht als Nebenprodukt; es wird bei der Raffination von Ammoniak, Erdöl oder anderen Chemikalien gewonnen. Dieses Gas wird oft aus der Ammoniakproduktion entnommen, da dies die effizienteste Art ist, Kohlendioxid zu erzeugen, aber in den USA wird es auch hauptsächlich aus der Ethanolproduktion geliefert. Erdgas wird verbrannt, um Kohlenstoff- und Wasserstoffatome zu trennen, und der Wasserstoff wird dann mit Stickstoff zu Ammoniak kombiniert. Der verbleibende Kohlenstoff kann dann mit Sauerstoff gemischt werden, um Kohlendioxid zu erzeugen.

Nach der Gewinnung wird Kohlendioxid, das für den Kontakt mit Lebensmitteln bestimmt ist, gereinigt, um es lebensmitteltauglich zu machen. Zu diesem Zweck wird es durch eine Kammer mit einem CO2-Adsorptionsmittel geleitet. Während das Kohlendioxid adsorbiert wird, werden die verbleibenden Gase zur Entsorgung über eine thermische Oxidationsanlage oder eine Fackel abgeleitet. Sobald die Kammer bis auf das mit Kohlendioxid gefüllte Adsorptionsmittel leer ist, wird das Adsorptionsmittel erhitzt, um das gereinigte Gas mit einem Schwall sauberen CO2 freizusetzen. Das überschüssige Kohlendioxid kann dann entfernt und zum nächsten Schritt weitergeleitet werden, wo es verflüssigt wird. Dazu wird das CO2 bei einem Druck von etwa 870 lbs/in2 komprimiert und abgekühlt. Nach der Verflüssigung kann es in einer Fabrik zu seiner endgültigen festen Form weiterverarbeitet werden.

Das flüssige Kohlendioxid wird durch Druckentlastung in einen Feststoff umgewandelt. Das CO2 gelangt über ein Expansionsventil in einen Tank mit normalem Atmosphärendruck, der den Druck der Flüssigkeit abbaut, damit sie wieder vergasen kann. Während sich das Gas ausdehnt, sinkt die Temperatur im Tank, wodurch etwas weniger als die Hälfte des Kohlendioxids zu einem Feststoff gefriert, bevor es zu einem Gas werden kann. Diese 46 % des Kohlendioxids werden zu Schnee und kondensieren auf der oberen Platte einer Presse, die sie dann etwa fünf Minuten lang mit einer Kraft von 60 Tonnen zu einem Block komprimiert. Für Trockeneis-Pellets wird der Schnee durch Düsen in einem Pelletizer extrudiert.

Wird der Schnee zu Blöcken gepresst, rollt ein 1,5 m breiter Block auf einem Förderband aus der Kammer. Pneumatische Sägen schneiden ihn von dort aus auf die gewünschte Größe zu. Sobald die Pellets oder Blöcke hergestellt sind, müssen sie fest in eine isolierte Verpackung gepackt werden, damit sie nicht zu Gas sublimieren. Manchmal werden die Blöcke auch in Papier oder andere Materialien eingewickelt, um sie zusätzlich zu schützen.

Formen von Trockeneis

Trockeneis wird je nach Anwendung in verschiedenen Formen verkauft:

Trockeneis mit hoher Dichte hält länger und ist leichter zu handhaben. Es eignet sich am besten zum Strahlen, da es härter ist als normales Trockeneis und die Oberfläche, auf die es prasselt, gefriert und dadurch brüchiger wird.
Pellets, die dank ihrer großen Oberfläche am schnellsten schmelzen, werden für Tiefkühlkost, Fleischverarbeitung, Laborexperimente und den Transport von Laborproben und Blutplasma verwendet. Sie werden auch von Verbrauchern und Theatergruppen zur Erzeugung von Nebeleffekten verwendet. Pellets gibt es in verschiedenen Größen. Reispellets, die kleinste Größe, werden zum Sprengen verwendet.
Scheiben oder Platten werden auch für die Kühllagerung und den Transport von Lebensmitteln und medizinischen Gütern sowie in Flugzeugen zur Lebensmittelkonservierung verwendet. Sie sind oft 10x10x2 Zoll groß, können aber auch in Sondergrößen geliefert werden.
Blöcke wiegen in der Regel etwa 60 Pfund und sind 10x10x12 Zoll groß. Sie schmelzen am langsamsten, da sie die geringste Oberfläche und das größte Volumen haben. Sie werden oft für Kaltstrahlmaschinen verwendet, die für volle Blöcke ausgelegt sind.

Trockeneisproduktionsmaschinen

Trockeneisgeräte gibt es in verschiedenen Ausführungen, aber im Grunde funktionieren sie nach dem gleichen Grundprinzip wie oben beschrieben – nämlich der Einleitung eines Phasenwechsels bei Kohlendioxid, indem die flüssige Form durch ein Expansionsventil geleitet wird, so dass sie sich unter atmosphärischem Druck ausdehnt, zu Gas wird und Trockeneisschnee (gefrorenes Kohlendioxid) erzeugt. Die Verdampfungswärme aus dem Phasenwechsel führt zu einem Temperaturabfall und ermöglicht die Erzeugung von Trockeneisschnee. Das überschüssige CO2-Gas wird entweder für eine spätere Verwendung zurückgewonnen (in größeren, anspruchsvolleren Produktionsanlagen) oder in die Atmosphäre abgeleitet (in kleineren Anlagen mit einfacheren Konstruktionen und geringerer Produktionsleistung).

Eine Art von Trockeneisproduktionsmaschine ist als Pelletizer bekannt, der, wie der Name schon sagt, Trockeneis-Pellets produziert. Pelletizer sind in verschiedenen Größen erhältlich, je nach ihrer Produktionskapazität, die in der Regel in kg/Stunde oder lbs/Stunde gemessen wird. Die Produktionskapazität kann auch eine Angabe für den CO2-Eingangsdruck in Druckeinheiten wie bar oder psi enthalten. Je größer die Produktionskapazität ist, desto größer ist die Stellfläche der Maschine und desto mehr CO2-Flüssigkeit wird bei der Produktion von Trockeneis verbraucht. Die Wahl des richtigen Modells hängt im Wesentlichen von der Produktionskapazität und der gewünschten Art des Trockeneises ab, die von der beabsichtigten Anwendung abhängt.

Das Funktionsprinzip dieser Maschinen ist recht einfach. Flüssiges CO2 wird in eine Trockeneispresse in den Pelletiermaschinen eingespritzt, wo es sich schnell ausdehnt und zu einem Gas verdampft, das auf seinen Gefrierpunkt von -78,3 °C abkühlt. Sobald sich der Trockeneisschnee gebildet hat, wird das Trockeneis mit Hilfe eines Hydraulikkolbens komprimiert und durch eine Extruderplatte oder eine Pelletdüse gepresst. Die Platten sind mit verschiedenen Öffnungsgrößen erhältlich, die die Bildung verschiedener Pelletgrößen ermöglichen, z. B. 1/8″, ¼“, 3/8″, 5/8″ oder ¾“. Kleinere Pellets können für Strahlanwendungen und größere Pellets für Kühlzwecke verwendet werden. Die Pellets werden in der Regel in isolierte Behälter ausgestoßen, die zur Lagerung/Versand des Trockeneises verwendet werden können. Einige Modelle von Trockeneisproduktionsmaschinen verfügen über mehrere Extruderplatten, die bei Bedarf automatisch gewechselt werden können, während andere manuell umgestellt werden müssen. Spezialisierte Reformer sind in der Lage, Trockeneis-Pellets aufzunehmen und dichte Trockeneisblöcke herzustellen, indem sie die Pellets gegen einen Formhohlraum pressen. Es gibt auch Blockpressen, die Trockeneis direkt in Blockform aus dem flüssigen CO2-Zulauf herstellen. Die Blöcke werden oft auf bestimmte Größen zugeschnitten und an Kunden auf der Grundlage ihrer besonderen Spezifikationen verkauft.

Viele Trockeneisproduktionsmaschinen sind für den Betrieb mit flüssigem Kohlendioxid ausgelegt, das in Tanks gelagert und in Drucktanks per LKW oder Eisenbahnwagen angeliefert wird. In anderen Fällen wurden die Produktionsanlagen für Trockeneis in unmittelbarer Nähe von Erdöl- oder Ammoniakraffinerien angesiedelt, wo das Kohlendioxidgas als Nebenprodukt der Ethanol- oder Ammoniakproduktion anfällt. Diese Nähe minimiert die Kosten und die Entfernungen, über die eine Versorgung mit CO2-Gas problemlos möglich ist. In diesen Fällen kann eine Pipeline direkt von den Raffinerien zur Trockeneisproduktionsanlage verlegt werden. Einige Modelle von Trockeneismaschinen sind mit einer doppelten parallelen Redundanz ausgestattet, so dass der Betrieb auf einer Seite der Maschine fortgesetzt werden kann, während die andere Seite gewartet wird.

Wenn der Zugang zu einer CO2-Gasquelle nicht möglich ist, fügen hochwertigere Systeme für die Produktion von Trockeneis in großem Maßstab den Trockeneisproduktionsmaschinen zusätzliche Fähigkeiten hinzu, die sie in die Lage versetzen, in ihren Produktionsabläufen autarker und effizienter zu werden. Dazu gehören CO2-Generatoren, die es der Anlage ermöglichen, Kohlendioxidgas aus der direkten Verbrennung fossiler Brennstoffe wie Diesel, Kerosin oder Erdgas zu erzeugen.

Trockeneisanwendungen

Die Fähigkeit von CO2, zu verdampfen, ohne Pfützen zu hinterlassen, macht es zu einem beliebten Kühlmittel in verschiedenen Branchen. Trockeneis wird auch zum Schockfrosten in der Gummi- und Lebensmittelherstellung, zum Reinigen von Lecks in Ammoniakkühlanlagen und zum Strahlen verwendet, das sanfter als Sand oder andere Medien ist, ohne so viel Reinigungsaufwand zu verursachen.

Transport. Dieses Material kann für kleine Pakete oder Versandbehälter für alles verwendet werden, was kühl gehalten werden muss, einschließlich lebender Pflanzen, Lebensmittel, Chemikalien und medizinischer Güter. Es wird sogar verwendet, um Asphalt zwischen dem Werk und der Baustelle auf einer konstanten Temperatur zu halten.
Lebensmittel und Getränke. Trockeneis wird für die Konservierung einer Reihe von Lebensmitteln verwendet, von Obst und Gemüse über Getreide, Fleisch und Fisch bis hin zu Speiseeis. Besonders gefragt ist es bei Getränkeherstellern für die Produktion von kohlensäurehaltigen Getränken wie Limonade. Trockeneis wird auch zur Abtötung von Bakterien und Schimmel in Großküchen verwendet.
Medizinisch. Aufgrund seiner Temperatur und der Tatsache, dass es bei normalem Druck keine Feuchtigkeit hinterlässt, verhindert Trockeneis das Wachstum von Bakterien und Schimmelpilzen. Deshalb wird es nicht nur für Lebensmittel, sondern auch für die Lagerung von Impfstoffen, medizinischen Proben, Organtransplantaten und medizinischem Material verwendet. Es wird auch häufig verwendet, um Hautunreinheiten wie Warzen zu entfernen oder in Kühlkappen für Chemotherapie-Patienten, um deren Haarausfall zu verlangsamen.
Herstellung. Trockeneis wird in der Kunststoff- und Gummifertigung verwendet, um Formteile zu entgraten, da es die Grate spröde macht und das Teil schrumpft. Seine Fähigkeit, Materialien zu schrumpfen, führt auch dazu, dass es für die Montage von Gummi- und Metallbeschlägen in Lagern und Hülsen verwendet wird. Chemische Hersteller verwenden dieses Material auch, um chemische Reaktionen in Salzen, Dioxan, Benzylalkohol und Aceton zu verlangsamen oder zu stoppen, sowie um Alkalien zu neutralisieren.
Andere industrielle Verwendungen. Gefrorenes Kohlendioxid wird als Reinigungsmittel in der Ölindustrie und in der Lebensmittelindustrie verwendet; Arbeiter kombinieren es mit anderen Zutaten, um Paraffin und Öl von den restlichen Ablagerungen in Tanks zu trennen, damit sie verarbeitet werden können. Es wird auch verwendet, um den Sauerstoff aus brennbaren Behältern zu verdrängen, wenn diese repariert werden müssen, oder um Sauerstoff von brennbaren Chemikalien fernzuhalten, wenn diese in Gebrauch sind.

Abschluss

Durch Trennung, Gefrieren und Komprimieren kann gefrorenes Kohlendioxid in die notwendigen Formen für so unterschiedliche Anwendungen wie Lebensmittelkonservierung, Hautbehandlung und Kunststoffherstellung gebracht werden. Wir hoffen, dass Sie nach dieser Erkundung der Herstellung und Verwendung von Trockeneis dieses Wissen nutzen werden, um die Anforderungen Ihres Unternehmens besser zu erfüllen. Wenn Sie mit der Suche nach Trockeneis-Maschinen oder -Lieferanten beginnen möchten, laden wir Sie ein, unsere Seite Supplier Discovery zu besuchen, auf der Sie Informationen über mehr als 500.000 Ausrüstungs- und Materiallieferanten in den USA und Kanada finden.

Quellen:

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

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Was ist Trockeneis?