Miten kuivajäätä valmistetaan?

Oppaat

Huolimatta siitä, että kuivajää on aluksi ollut pelkkä ammoniakin käsittelyn sivutuote, sillä on lukemattomia käyttötarkoituksia erityisesti elintarviketuotannossa, lääketieteessä, teollisuudessa ja kuljetusalalla. Tässä oppaassa perehdymme yksityiskohtaisesti siihen, miten kuivajäätä valmistetaan, missä eri muodoissa sitä on saatavilla, ja sen teollisiin sovelluksiin. Käsittelemme kuitenkin ensin lyhyen yhteenvedon siitä, mitä kuivajää on. Jos olet enemmän kiinnostunut siitä, kuka voi toimittaa sinulle kuivajäätä, voit tutustua myös oppaaseemme parhaista kuivajään toimittajista, tai voit lukea lisää kuivajääräjäytyksestä aiheeseen liittyvästä oppaastamme.

At a glance:

1. Mitä on kuivajää?
2. Miten kuivajäätä valmistetaan?
3. Kuivajään muodot
4. Kuivajään tuotantokoneet
5. Kuivajään käyttökohteet

Mitä kuivajää on?

Kuivajää on toinen nimitys jäätyneelle hiilidioksidille. Tämä materiaali, joka jäätyy noin -109 asteen lämpötilassa, on suosittu, koska sen kiinteä muoto sublimoituu suoraan kaasuksi normaalissa ilmanpaineessa, eikä jätä jälkeensä kosteutta. Koska kuivajää on pelkkää hiilidioksidia, se on myös myrkytöntä ja pestynä turvallista elintarvikkeiden lähellä. Alhaisen lämpötilansa vuoksi se voi kuitenkin aiheuttaa palovammoja koskettaessaan paljasta ihoa, ja sitä on käsiteltävä hyvin ilmastoidussa tilassa tukehtumisvaaran välttämiseksi.

Miten kuivajäätä valmistetaan?

Kuivajää alkaa elämäänsä sivutuotteena; se kerätään ammoniakin, öljyn tai muiden kemikaalien jalostuksessa. Tämä kaasu otetaan usein ammoniakin tuotantoprosessista, koska se on tehokkain tapa tuottaa hiilidioksidia, mutta Yhdysvalloissa sitä saadaan myös pääasiassa etanolin tuotantoprosessista. Maakaasu poltetaan hiili- ja vetyatomien erottamiseksi toisistaan, ja vety yhdistetään sitten typen kanssa ammoniakiksi. Jäljelle jäänyt hiili voidaan sitten sekoittaa hapen kanssa hiilidioksidiksi.

Keräyksen jälkeen elintarvikkeiden kanssa kosketuksiin tarkoitettu hiilidioksidi pestään, jotta se olisi elintarvikekelpoista. Tämä tapahtuu ajamalla se kammion läpi, jossa on hiilidioksidiadsorbentti. Kun hiilidioksidi adsorboituu, jäljelle jäävät kaasut poistetaan ja hävitetään termisen hapettimen tai soihdun avulla. Kun kammio on tyhjä kaikesta muusta paitsi hiilidioksidilla täytetystä adsorbentista, adsorbentti kuumennetaan, jolloin puhdistettu kaasu vapautuu puhtaasta hiilidioksidista. Tämän jälkeen ylimääräinen hiilidioksidi voidaan poistaa ja lähettää seuraavaan vaiheeseen, jossa se nesteytetään. Tämä tapahtuu puristamalla ja jäähdyttämällä hiilidioksidia noin 870 lbs/in2:n paineessa. Kun se on nesteytetty, se voidaan lähettää tehtaaseen jalostettavaksi lopulliseen kiinteään muotoonsa.

Nesteytetty hiilidioksidi muutetaan kiinteäksi paineistamalla. Hiilidioksidi tulee säiliöön, jossa on normaali ilmakehän paine, paisuntaventtiilin kautta, joka poistaa nesteen paineen, jotta se voi kaasuuntua uudelleen. Kun kaasu laajenee, se laskee lämpötilaa säiliön sisällä, jolloin hieman alle puolet hiilidioksidista jäätyy kiinteäksi ennen kuin se voi muuttua kaasuksi. Tämä 46 prosenttia hiilidioksidista muuttuu lumeksi, joka tiivistyy puristimen ylälevylle, joka sitten puristaa sitä noin viiden minuutin ajan 60 tonnin voimalla lohkareeksi. Kuivajääpellettejä varten lumi puristetaan pelletöintilaitteessa olevien muottien läpi.

Jos lumi puristetaan lohkoksi, kahden jalan levyinen lohko rullaa ulos kammiosta kuljetushihnalla. Pneumaattiset sahat leikkaavat sen sieltä haluttuun kokoon. Kun pelletit tai lohkot on tehty, ne on pakattava tiiviisti eristettyihin pakkauksiin, jotta ne eivät sublimoituisi kaasuksi. Joskus lohkot kääritään myös paperiin tai muihin materiaaleihin lisäsuojan saamiseksi.

Kuivajään muodot

Kuivajäätä myydään useissa eri muodoissa käyttökohteesta riippuen:

• Suuritiheyksinen kuivajää kestää pidempään ja on helpompi käsitellä. Se on paras tyyppi räjäytyspuhdistukseen, koska se on kovempaa kuin tavallinen kuivajää, ja se jäädyttää pinnan, jota se pöllyttää, tehdäkseen siitä hauraamman.
• Pellettejä, jotka sulavat nopeimmin suuren pinta-alansa ansiosta, käytetään pakastetuissa elintarvikkeissa, lihanjalostuksessa, laboratoriokokeissa sekä laboratorionäytteiden ja veriplasman kuljetuksessa. Kuluttajat ja teatteriyritykset käyttävät niitä myös sumutehosteiden luomiseen. Pellettejä on saatavana eri kokoisina. Riisipellettejä, jotka ovat pienintä kokoa, käytetään räjäytykseen.
• Viipaleita tai laattoja käytetään myös elintarvikkeiden ja lääkintätarvikkeiden kylmävarastointiin ja kuljetukseen sekä lentokoneissa ruoan säilyttämiseen. Ne ovat usein kooltaan 10x10x2 tuumaa, mutta niitä voi olla myös räätälöityjä kokoja.
• Lohkot painavat yleensä noin 60 kiloa ja ovat kooltaan 10x10x12 tuumaa. Nämä sulavat hitaimmin, koska niissä on vähiten pinta-alaa ja eniten tilavuutta. Niitä käytetään usein kylmäsuihkupuhalluskoneissa, jotka on sovitettu täysille lohkoille.

Kuivajään tuotantokoneet

Kuivajään tuotantokoneita on saatavana useita eri tyyppejä, mutta pohjimmiltaan ne toimivat samalla perusperiaatteella, joka kuvattiin edellä – nimittäin tuomalla hiilidioksidiin faasimuutos ottamalla se nestemäiseen muotoon ja kuljettamalla se paisuntaventtiilin läpi ja sallimalla siten sen laajentua ilmanpaineessa, muotoutua kaasuksi ja synnyttää kuivajääksi lunta (jäädytettyä hiilidioksidia). Faasimuutoksesta aiheutuva höyrystymislämpö aiheuttaa lämpötilan laskun ja mahdollistaa kuivajäälumen syntymisen. Ylimääräinen hiilidioksidikaasu joko otetaan talteen myöhempää käyttöä varten (suuremmissa, kehittyneemmissä tuotantolaitteissa) tai se johdetaan ilmakehään (pienemmissä laitteissa, joissa on yksinkertaisemmat rakenteet ja pienemmät tuotantotehot).

Ensityyppinen kuivajäätä valmistava kone tunnetaan nimellä pelletointilaite (pelletizer), joka tuottaa nimensä mukaisesti kuivajääpellettejä. Pelletointilaitteita on saatavana eri kokoisina niiden tuotantokapasiteetin perusteella, joka mitataan yleensä yksiköissä kg/tunti tai lbs/tunti. Tuotantokapasiteetti voi sisältää myös hiilidioksidin syöttöpaineen määrityksen paineyksikköinä, kuten bar tai psi. Mitä suurempi tuotantokapasiteetti on, sitä suurempi on koneen jalanjälki ja sitä enemmän CO2-nestettä kuluu kuivajään tuotannossa. Käytettävän mallin valinta riippuu olennaisesti tuotantokapasiteetista ja halutusta kuivajäätyylistä, joka riippuu aiotusta käyttökohteesta.

Koneiden toimintaperiaate on melko suoraviivainen. Nestemäinen hiilidioksidi ruiskutetaan pelletointikoneiden kuivajääpuristimeen, jossa se laajenee nopeasti ja haihtuu kaasuksi, joka jäähtyy jäätymispisteeseensä -109oF (-78,3oC). Kun kuivajäälumi on muodostunut, hydraulinen mäntä puristaa kuivajäätä ja pakottaa sen ekstruuderin levyn tai pelletin muotin läpi. Levyjä on saatavana erilaisilla muotin aukon mitoilla, jotka mahdollistavat erikokoisten pellettien, kuten 1/8″, ¼”, 3/8″, 5/8″ tai ¾”, muodostamisen. Pienempiä pellettikokoja voidaan käyttää räjäytyssovelluksiin ja suurempia pellettikokoja jäähdytystarkoituksiin. Pelletit pursotetaan tyypillisesti eristettyihin säiliöihin, joita voidaan käyttää kuivajään varastointiin/kuljetukseen. Joissakin kuivajään tuotantokoneiden malleissa on useita ekstruuderilevyjä, jotka voidaan vaihtaa automaattisesti tarpeen mukaan, kun taas toiset vaativat manuaalista vaihtoa. Erikoistuneet reformerikoneet pystyvät ottamaan kuivajääpellettejä ja tuottamaan tiiviitä kuivajäälohkoja puristamalla pelletit muottipesää vasten. On olemassa myös lohkopuristimia, jotka tuottavat kuivajäätä suoraan lohkoina nestemäisestä CO2-syötteestä. Lohkot leikataan usein tietyn kokoisiksi ja myydään asiakkaille heidän erityispiirteidensä perusteella.

Monet kuivajään tuotantokoneet on suunniteltu toimimaan nestemäisellä hiilidioksidilla, joka varastoidaan säiliöihin ja toimitetaan paineistetuissa säiliöissä kuorma-autolla tai junavaunulla. Toisissa tapauksissa kuivajään tuotantolaitokset sijaitsivat öljyn- tai ammoniakinjalostamoiden läheisyydessä, joissa hiilidioksidikaasua tuotetaan etanolin tai ammoniakin tuotannon sivutuotteena. Tämä läheisyys minimoi kustannukset ja etäisyydet, joilta hiilidioksidikaasua voitaisiin hankkia helposti. Näissä tapauksissa putkisto voidaan johtaa suoraan jalostamoista kuivajään tuotantolaitokseen. Joissakin kuivajääkoneiden malleissa on kaksi rinnakkaista redundanssia, jolloin toimintaa voidaan jatkaa koneen toisella puolella, kun toista puolta huolletaan.

Jos hiilidioksidikaasulähdettä ei ole saatavilla, korkealuokkaisemmat järjestelmät, jotka on tarkoitettu laajamittaiseen kuivajään tuotantoon, lisäävät kuivajään tuotantokoneisiin lisäominaisuuksia, joiden avulla niistä voi tulla omavaraisempia ja tehokkaampia tuotantotoiminnassa. Tähän sisältyy CO2-generaattoreiden lisääminen, joiden avulla laitos voi tuottaa hiilidioksidikaasua fossiilisten polttoaineiden, kuten dieselin, petrolin tai maakaasun, suorasta poltosta.

Kuivajään käyttökohteet

CO2:n kyky höyrystyä ilman, että siitä jää lätäköitä, tekee siitä suositun kylmäteknisen työkalun useilla toimialoilla. Kuivajäätä käytetään myös pikajäädyttämiseen kumi- ja elintarviketeollisuudessa, ammoniakkikylmälaitteiden vuotojen puhdistamiseen, räjäyttämiseen, jonka avulla käyttäjä voi räjäyttää hiekkaa tai muita väliaineita hellävaraisemmin joutumatta puhdistamaan yhtä paljon.

• Kuljetus. Tätä materiaalia voidaan käyttää pieniin pakkauksiin tai kuljetussäiliöihin kaikelle, mikä on pidettävä kylmänä, mukaan lukien elävät kasvit, elintarvikkeet, kemikaalit ja lääketarvikkeet. Sitä käytetään jopa asfaltin pitämiseen tasaisessa lämpötilassa tehtaan ja työmaan välillä.
• Elintarvikkeet ja juomat. Kuivajäätä käytetään monenlaisten elintarvikkeiden säilyttämiseen hedelmistä ja vihanneksista viljoihin, lihasta ja kalasta jäätelöön. Juomavalmistajat kysyvät sitä merkittävästi hiilihapollisten juomien, kuten soodan, valmistuksessa. Kuivajäätä käytetään myös bakteerien ja homeen tappamiseen kaupallisissa keittiöissä.
• Lääketiede. Lämpötilansa ja kyvyttömyytensä jättää kosteutta normaalipaineessa kuivajää estää bakteerien ja homeen kasvua. Siksi sitä käytetään elintarvikkeiden lisäksi rokotteiden, lääketieteellisten näytteiden, elinsiirtojen ja lääketieteellisten tarvikkeiden säilytykseen. Sitä käytetään usein myös ihon epätäydellisyyksien, kuten syylien, poistamiseen tai sytostaattipotilaiden kylmämyssyissä hiustenlähdön hidastamiseksi.
• Valmistus. Kuivajäätä käytetään muovin ja kumin valmistuksessa muottiin valettujen osien purkuun, sillä se haurastuttaa vilkkua ja kutistaa osaa. Sen kyky kutistaa materiaaleja johtaa myös siihen, että sitä käytetään laakereiden ja holkkien sisällä olevien kumi- ja metalliliitosten sovittamiseen. Kemianvalmistajat käyttävät tätä materiaalia myös hidastamaan tai pysäyttämään kemiallisia reaktioita suoloissa, dioksaanissa, bentsyylialkoholissa ja asetonissa sekä neutraloimaan emäksiä.
• Muut teolliset käyttötarkoitukset. Jäädytettyä hiilidioksidia käytetään puhdistusaineena öljyteollisuudessa sekä elintarviketeollisuudessa; työntekijät yhdistävät sitä muiden ainesosien kanssa parafiinin ja öljyn erottamiseksi muista säiliöissä olevista saostumista, jotta ne voidaan käsitellä. Sitä käytetään myös syrjäyttämään happea syttyvien säiliöiden sisältä, kun niitä on korjattava, tai pitämään happi poissa syttyvien kemikaalien läheisyydestä, kun niitä käytetään.

Johtopäätökset

Jäädytettyä hiilidioksidia voidaan erottelun, jäädyttämisen ja puristamisen avulla muovata tarvittavaan muotoon niinkin monenlaisiin sovelluksiin kuin elintarvikkeiden säilöntään, ihonhoitoon ja muovien valmistukseen. Kun olet tutustunut siihen, miten kuivajäätä tuotetaan ja käytetään, toivomme, että käytät tätä tietoa hankkiaksesi tehokkaammin sitä, mitä yrityksesi tarvitsee. Jos olet valmis aloittamaan kuivajääkoneiden tai -toimittajien hankinnan, pyydämme sinua tutustumaan Supplier Discovery -sivuumme, jossa on tietoja yli 500 000 laite- ja materiaalitoimittajasta Yhdysvalloissa ja Kanadassa.

Lähteet:

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
13. https://www.wbur.org/commonhealth/2020/09/04/covid-vaccine-dry-ice-shortage
14. https://www.ascoco2.com/us/dry-ice-production/dry-ice-production
15. Kuivajään huipputoimittajat
16. Kuivajääräjäytyksestä