Come viene prodotto il ghiaccio secco?

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Nonostante abbia iniziato come semplice sottoprodotto della lavorazione dell’ammoniaca, il ghiaccio secco ha una miriade di usi, specialmente nei campi della produzione alimentare, medico, industriale e dei trasporti. In questa guida, ci addentreremo nei dettagli su come viene prodotto il ghiaccio secco, le diverse forme in cui è disponibile e le sue applicazioni industriali. Prima, però, faremo un breve riassunto di ciò che è il ghiaccio secco. Se sei più interessato a chi può fornirti il ghiaccio secco, puoi anche controllare la nostra guida sui migliori fornitori di ghiaccio secco, o puoi scoprire di più sulla sabbiatura con ghiaccio secco nella nostra guida sull’argomento.

In sintesi:

1. Cos’è il ghiaccio secco?
2. Come si fa il ghiaccio secco?
3. Forme di ghiaccio secco
4. Macchine per la produzione di ghiaccio secco
5. Applicazioni del ghiaccio secco

Che cos’è il ghiaccio secco? Questo materiale, che congela intorno ai -109 gradi F, è popolare perché la sua forma solida sublima direttamente in gas sotto la normale pressione atmosferica, senza lasciare umidità. Poiché il ghiaccio secco è semplicemente anidride carbonica, è anche non tossico e, quando viene pulito, è sicuro intorno al cibo. Tuttavia, a causa della sua bassa temperatura, può causare ustioni quando tocca la pelle nuda, e dovrebbe essere maneggiato in aree ben ventilate per evitare il pericolo di soffocamento.

Come viene fatto il ghiaccio secco?

Il ghiaccio secco inizia la sua vita come un sottoprodotto; viene raccolto dalla raffinazione dell’ammoniaca, del petrolio o di altri prodotti chimici. Questo gas è spesso preso dal processo di produzione dell’ammoniaca, poiché è il modo più efficiente per produrre anidride carbonica, ma negli Stati Uniti è anche principalmente fornito dal processo di produzione dell’etanolo. Il gas naturale viene bruciato per separare gli atomi di carbonio e idrogeno, e l’idrogeno viene poi combinato con l’azoto per produrre ammoniaca. Il carbonio rimanente può essere mescolato con l’ossigeno per produrre anidride carbonica.

Una volta raccolta, l’anidride carbonica destinata al contatto con il cibo viene ripulita per renderla di qualità alimentare. Questo avviene facendola passare attraverso una camera con un adsorbente di CO2. Mentre l’anidride carbonica viene adsorbita, i gas rimanenti vengono espulsi per essere smaltiti tramite ossidatore termico o torcia. Una volta che la camera è vuota di tutto tranne che dell’adsorbente pieno di biossido di carbonio, l’adsorbente viene riscaldato per rilasciare il gas pulito con un’esplosione di CO2 pulita. L’anidride carbonica extra può quindi essere rimossa e inviata alla fase successiva, dove sarà liquefatta. Questo avviene comprimendo e raffreddando la CO2 a una pressione di circa 870 lbs/in2. Dopo che è stata liquefatta, può essere mandata in una fabbrica per essere trasformata nella sua forma solida finale.

L’anidride carbonica liquida viene trasformata in un solido attraverso la depressurizzazione. La CO2 entra in un serbatoio con la normale pressione atmosferica attraverso una valvola di espansione, che rimuove la pressione del liquido per permettergli di gassificare di nuovo. Mentre il gas si espande, abbassa la temperatura all’interno del serbatoio, congelando un po’ meno della metà dell’anidride carbonica in un solido prima che possa diventare un gas. Questo 46% dell’anidride carbonica diventa neve, condensandosi sulla piastra superiore di una pressa, che poi la comprime per circa cinque minuti sotto 60 tonnellate di forza per creare un blocco. Per i pellet di ghiaccio secco, la neve viene estrusa attraverso stampi in una pellettizzatrice.

Se la neve viene compressa in forma di blocco, un blocco largo due piedi rotola fuori dalla camera su un nastro trasportatore. Da lì le seghe pneumatiche lo tagliano alla dimensione richiesta. Una volta che i pellet o i blocchi sono fatti, devono essere imballati strettamente in un imballaggio isolato per evitare di sublimare in gas. A volte i blocchi sono anche avvolti in carta o altri materiali per una maggiore protezione.

Forme di ghiaccio secco

Il ghiaccio secco è venduto in diversi tipi di forme a seconda dell’applicazione:

• Il ghiaccio secco ad alta densità dura di più ed è più facile da maneggiare. È il tipo migliore per la pulizia a getto perché è più duro del ghiaccio secco normale, e congela la superficie che sta pelando per renderla più fragile.
• I pellet, che si sciolgono più rapidamente grazie alla loro alta superficie, sono usati per il cibo congelato, la lavorazione della carne, gli esperimenti di laboratorio e il trasporto di campioni di laboratorio e di plasma sanguigno. Sono anche usati dai consumatori e dalle compagnie teatrali per creare effetti di nebbia. I pellet sono disponibili in una gamma di dimensioni. I pellet di riso, che sono la dimensione più piccola, sono usati per la sabbiatura.
• Le fette o le lastre sono anche usate per la conservazione e il trasporto a freddo di cibo e forniture mediche, così come negli aerei per la conservazione del cibo. Sono spesso 10x10x2 pollici, ma possono anche venire in dimensioni personalizzate.
• I blocchi di solito pesano circa 60 libbre e sono disponibili in dimensioni 10x10x12 pollici. Questi si sciolgono più lentamente poiché hanno la minore superficie e il maggiore volume. Sono spesso usati per i macchinari di sabbiatura a getto freddo che sono attrezzati per i blocchi pieni.

Macchine per la produzione di ghiaccio secco

Le macchine per il ghiaccio secco sono disponibili in diversi tipi, ma fondamentalmente, operano sullo stesso principio di base che è stato descritto sopra – cioè introdurre un cambiamento di fase nell’anidride carbonica prendendo la forma liquida e facendola passare attraverso una valvola di espansione permettendo così di espandersi sotto pressione atmosferica, formarsi in gas e creare neve di ghiaccio secco (anidride carbonica congelata). Il calore di vaporizzazione del cambiamento di fase fa scendere la temperatura e permette la generazione della neve di ghiaccio secco. Il gas CO2 in eccesso viene recuperato per un uso successivo (in apparecchiature di produzione più grandi e sofisticate) o viene scaricato nell’atmosfera (in unità più piccole con design più semplici e produzioni inferiori).

Un tipo di macchina per la produzione di ghiaccio secco è noto come pellettizzatore, che produce, come suggerisce il nome, pellet di ghiaccio secco. I pellettizzatori sono disponibili in diverse dimensioni in base alla loro capacità di produzione che è tipicamente misurata in unità di kg/ora o lbs/ora. La capacità di produzione può anche contenere una specifica per la pressione di ingresso della CO2 in unità di pressione come bar o psi. Maggiore è la capacità di produzione, più grande sarà l’ingombro della macchina, e più CO2 liquida sarà consumata nella produzione di ghiaccio secco. La scelta di un modello da utilizzare dipende essenzialmente dalla capacità di produzione e dallo stile desiderato di ghiaccio secco, che dipende dall’applicazione prevista.

Il principio di funzionamento di queste macchine è abbastanza semplice. La CO2 liquida viene iniettata in una pressa per ghiaccio secco nelle macchine pellettizzatrici dove si espande rapidamente ed evapora in un gas che si raffredda al suo punto di congelamento di -109oF (-78.3oC). Una volta che la neve di ghiaccio secco si è formata, un pistone idraulico viene utilizzato per comprimere il ghiaccio secco e forzarlo attraverso una piastra di estrusione o una matrice di pellet. Le piastre sono disponibili con diverse dimensioni di apertura della filiera che permettono la formazione di pellet di diverse dimensioni come 1/8″, ¼”, 3/8″, 5/8″, o ¾”. I pellet di dimensioni più piccole possono essere utilizzati per applicazioni di sabbiatura, e i pellet più grandi per scopi di raffreddamento. I pellet sono tipicamente espulsi in contenitori isolati che possono essere usati per lo stoccaggio/spedizione del ghiaccio secco. Alcuni modelli di macchine per la produzione di ghiaccio secco sono dotati di piastre di estrusione multiple che possono essere cambiate automaticamente su richiesta, mentre altri richiedono un cambio manuale. Macchine reformer specializzate sono in grado di prendere pellet di ghiaccio secco e produrre blocchi di ghiaccio secco densi comprimendo i pellet contro una cavità dello stampo. Esistono anche macchine per la pressatura dei blocchi, che producono direttamente ghiaccio secco in forma di blocchi dall’alimentazione di CO2 liquida. I blocchi sono spesso tagliati in dimensioni specifiche e venduti ai clienti in base alle loro specifiche particolari.

Molte macchine per la produzione di ghiaccio secco sono progettate per funzionare usando anidride carbonica liquida che è immagazzinata in serbatoi e consegnata in serbatoi pressurizzati da camion o vagoni ferroviari. In altri casi, gli impianti di produzione del ghiaccio secco sono stati situati in prossimità delle raffinerie di petrolio o di ammoniaca dove il gas di anidride carbonica è prodotto come sottoprodotto della produzione di etanolo o di ammoniaca. Questa vicinanza minimizza i costi e le distanze da cui una fornitura di gas CO2 potrebbe essere facilmente ottenuta. In questi casi, una conduttura può essere fatta passare direttamente dalle raffinerie all’impianto di produzione del ghiaccio secco. Alcuni modelli di macchine per il ghiaccio secco sono progettati con una doppia ridondanza parallela, permettendo alle operazioni di continuare su un lato della macchina mentre l’altro è in manutenzione.

Quando l’accesso a una fonte di gas CO2 non è disponibile, i sistemi di fascia alta per la produzione su larga scala di ghiaccio secco aggiungono capacità aggiuntive alle macchine di produzione del ghiaccio secco, permettendo loro di diventare più autosufficienti ed efficienti nelle loro operazioni di produzione. Questo include l’aggiunta di generatori di CO2 che permettono all’impianto di produrre gas di anidride carbonica dalla combustione diretta di combustibili fossili come diesel, cherosene o gas naturale.

Applicazioni del ghiaccio secco

La capacità del CO2 di evaporare senza lasciare pozzanghere lo rende uno strumento di refrigerazione popolare in diversi settori. Il ghiaccio secco è anche usato per il congelamento istantaneo nella produzione di gomma e cibo, la pulizia di perdite di refrigerazione di ammoniaca, la sabbiatura, che permette all’utente di sabbiare più delicatamente della sabbia o altri mezzi senza avere tanta pulizia.

• Trasporto. Questo materiale può essere usato per piccoli pacchi o contenitori di spedizione per qualsiasi cosa che deve essere mantenuta fredda, comprese piante vive, cibo, prodotti chimici e forniture mediche. Viene anche usato per mantenere l’asfalto a una temperatura costante tra l’impianto e il cantiere.
• Cibo e bevande. Il ghiaccio secco è usato per conservare una serie di alimenti, dalla frutta e verdura ai cereali, alla carne e al pesce, al gelato. È significativamente richiesto dai produttori di bevande per la produzione di bevande gassate come la soda. Il ghiaccio secco è anche usato per uccidere i batteri e la muffa nelle cucine commerciali.
• Medico. Tra la sua temperatura e la sua incapacità di lasciare umidità alla pressione normale, il ghiaccio secco scoraggia la crescita di batteri e muffe. Ecco perché, oltre che per gli alimenti, è usato per conservare vaccini, campioni medici, trapianti di organi e forniture mediche. È anche spesso usato per rimuovere le imperfezioni della pelle come le verruche o nei cappucci freddi per i pazienti in chemioterapia per rallentare la perdita dei capelli.
• Produzione. Il ghiaccio secco è usato nella produzione di plastica e gomma per sbavare le parti stampate, in quanto rende la sbavatura fragile e restringe la parte. La sua capacità di restringere i materiali porta anche al suo uso nel montaggio di raccordi in gomma e metallo all’interno di cuscinetti e manicotti. I produttori chimici usano anche questo materiale per rallentare o fermare le reazioni chimiche in sali, diossano, alcol benzilico e acetone, così come per neutralizzare le alcaline.
• Altri usi industriali. L’anidride carbonica congelata è usata come pulitore nell’industria petrolifera così come nell’industria alimentare; i lavoratori la combinano con altri ingredienti per separare la paraffina e il petrolio dal resto dei depositi all’interno dei serbatoi in modo che possano essere lavorati. Viene anche usato per spingere fuori l’ossigeno all’interno di serbatoi di contenimento infiammabili quando hanno bisogno di riparazioni, o per tenere l’ossigeno lontano dai prodotti chimici infiammabili quando sono in uso.

Conclusione

Attraverso la separazione, il congelamento e la compressione, l’anidride carbonica congelata può essere modellata nelle forme necessarie per applicazioni diverse come la conservazione degli alimenti, il trattamento della pelle e la produzione di plastica. Dopo questa esplorazione di come viene prodotto e utilizzato il ghiaccio secco, ci auguriamo che userai queste conoscenze per procurarti in modo più efficace ciò di cui la tua azienda ha bisogno. Se sei pronto a iniziare a cercare macchinari o fornitori di ghiaccio secco, ti invitiamo a controllare la nostra pagina Supplier Discovery, che contiene informazioni su oltre 500.000 fornitori di attrezzature e materiali negli Stati Uniti e in Canada.

Fonti:

1. https://www.swtc.edu/Ag_Power/air_conditioning/lecture/expansion_valve.htm
2. https://www.cryonomic.com/en/dry-ice-process
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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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