Hoe wordt droogijs gemaakt?

Brittany Henneberry

Ondanks dat het eenvoudig begon als een bijproduct van ammoniakverwerking, heeft droogijs een ontelbaar aantal toepassingen, vooral in de voedselproductie, medische, industriële en transportgebieden. In deze gids gaan we dieper in op de fabricage van droogijs, de verschillende vormen waarin het beschikbaar is en de industriële toepassingen. Maar eerst geven we een korte samenvatting van wat droogijs is. Als u meer geïnteresseerd bent in wie u droogijs kan leveren, kunt u ook onze gids over de beste leveranciers van droogijs bekijken, of u kunt meer te weten komen over droogijsstralen in onze gids over dit onderwerp.

In vogelvlucht:

1. Wat is droogijs?
2. Hoe wordt droogijs gemaakt?
3. Vormen van droogijs
4. Dry Ice Production Machines
5. Dry Ice Applications

Wat is droogijs?

Dry ijs is een andere naam voor bevroren kooldioxide. Dit materiaal, dat rond -109 graden F bevriest, is populair omdat zijn vaste vorm direct in gas onder normale atmosferische druk sublimeert, achterlatend geen vochtigheid. Aangezien droogijs gewoon kooldioxide is, is het ook niet giftig en, wanneer het wordt schoongemaakt, veilig in de buurt van voedsel. Vanwege de lage temperatuur kan het echter brandwonden veroorzaken wanneer het in aanraking komt met de blote huid, en het moet worden gehanteerd in goed geventileerde ruimten om verstikkingsgevaar te voorkomen.

Hoe wordt droogijs gemaakt?

Droogijs begint zijn leven als bijproduct; het wordt geoogst bij de raffinage van ammoniak, petroleum of andere chemicaliën. Dit gas is vaak afkomstig van het ammoniakproductieproces, omdat dat de meest efficiënte manier is om kooldioxide te produceren, maar in de V.S. wordt het ook in belangrijke mate geleverd door het ethanolproductieproces. Aardgas wordt verbrand om koolstof- en waterstofatomen te scheiden, en de waterstof wordt dan gecombineerd met stikstof om ammoniak te maken. De overblijvende koolstof kan dan met zuurstof worden gemengd om kooldioxide te produceren.

Eenmaal geoogst, wordt kooldioxide dat bestemd is om in contact te komen met voedsel, gewassen om het geschikt te maken voor voedsel. Dit wordt bereikt door het door een kamer met een CO2-adsorbens te laten lopen. Terwijl het kooldioxide wordt geadsorbeerd, worden de resterende gassen naar buiten afgevoerd om te worden verwijderd via een thermische oxidator of fakkel. Zodra de kamer leeg is, behalve de met kooldioxide gevulde adsorberende stof, wordt de adsorberende stof verhit, zodat het gereinigde gas vrijkomt met een grote explosie van schoon CO2. Het extra kooldioxide kan dan worden verwijderd en naar de volgende stap worden gestuurd, waar het vloeibaar wordt gemaakt. Dit wordt bereikt door het CO2 samen te persen en af te koelen bij een druk van ongeveer 870 lbs/in2. Nadat het vloeibaar is gemaakt, kan het naar een fabriek worden gestuurd om te worden verwerkt tot zijn uiteindelijke vaste vorm.

Het vloeibare kooldioxide wordt in een vaste stof omgezet door middel van drukverlaging. CO2 komt in een tank met normale atmosferische druk via een expansieventiel, dat de druk van de vloeistof wegneemt, zodat deze weer kan vergassen. Terwijl het gas uitzet, daalt de temperatuur in de tank, waardoor iets minder dan de helft van het kooldioxide bevriest tot een vaste stof voordat het een gas kan worden. Deze 46% van het kooldioxide wordt sneeuw, dat condenseert op de bovenste plaat van een pers, die het vervolgens gedurende ongeveer vijf minuten onder 60 ton kracht samenperst tot een blok. Voor droogijspellets wordt de sneeuw geëxtrudeerd door matrijzen in een pelletiseermachine.

Als de sneeuw in blokvorm wordt samengeperst, rolt een blok van twee voet breed vervolgens uit de kamer op een transportband. Pneumatische zagen snijden het vanaf daar op de vereiste grootte. Zodra de pellets of blokken zijn gemaakt, moeten zij strak worden verpakt in geïsoleerde verpakkingen om te voorkomen dat zij in gas sublimeren. Soms worden blokken ook in papier of andere materialen gewikkeld voor extra bescherming.

Vormen van droogijs

Droogijs wordt verkocht in verschillende soorten vormen, afhankelijk van de toepassing:

• Droogijs met hoge dichtheid gaat langer mee en is gemakkelijker te hanteren. Het is het beste type voor explosieve reiniging omdat het harder is dan gewoon droogijs, en het bevriest het oppervlak dat het bekogelt om het brozer te maken.
• Pellets, die het snelst smelten dankzij hun grote oppervlak, worden gebruikt voor bevroren voedsel, vleesverwerking, laboratoriumexperimenten, en het vervoer van laboratoriummonsters en bloedplasma. Ze worden ook gebruikt door consumenten en theatergezelschappen om misteffecten te creëren. Pellets zijn er in verschillende maten. Rijstkorrels, die de kleinste maat hebben, worden gebruikt om te stralen.
• Plakken of slabs worden ook gebruikt voor koelopslag en transport voor voedsel en medische benodigdheden, en in vliegtuigen voor het conserveren van voedsel. Ze zijn vaak 10x10x2 inch, maar ze kunnen ook komen in aangepaste maten.
• Blokken wegen meestal ongeveer 60 pond en komen in 10x10x12 inch maten. Deze smelten het langzaamst aangezien zij de minste oppervlakte en het meeste volume hebben. Ze worden vaak gebruikt voor koude straal machines die zijn uitgerust voor volledige blocks.

Dry Ice Production Machines

Dry ijs machines zijn verkrijgbaar in verschillende types, maar fundamenteel, ze werken op hetzelfde basisprincipe dat hierboven werd beschreven – namelijk de invoering van een faseverandering in kooldioxide door het nemen van de vloeibare vorm en het passeren van het door een expansieventiel waardoor het uit te breiden onder atmosferische druk, vormen in gas en droog ijs sneeuw (bevroren kooldioxide) te creëren. De verdampingswarmte van de faseverandering doet de temperatuur dalen en maakt het ontstaan van droogijssneeuw mogelijk. Het overtollige CO2-gas wordt teruggewonnen voor later gebruik (in grotere, meer geavanceerde productieapparatuur) of wordt afgevoerd naar de atmosfeer (in kleinere eenheden met een eenvoudiger ontwerp en een lagere productie).

Een type droogijsproductiemachine staat bekend als een pelletiseermachine, die, zoals de naam al aangeeft, droogijspellets produceert. Pelletiseermachines zijn verkrijgbaar in verschillende maten op basis van hun productiecapaciteit, die meestal wordt gemeten in eenheden van kg/uur of lbs/uur. De productiecapaciteit kan ook een specificatie bevatten voor de inlaatdruk van het CO2 in drukeenheden zoals bar of psi. Hoe groter de productiecapaciteit, hoe groter de voetafdruk van de machine zal zijn, en hoe meer CO2-vloeistof zal worden verbruikt bij de productie van droogijs. De keuze van een model voor gebruik is in wezen afhankelijk van de productiecapaciteit en de gewenste stijl van droogijs, die afhangt van de beoogde toepassing.

Het werkingsprincipe voor deze machines is tamelijk rechtlijnig. Vloeibaar CO2 wordt geïnjecteerd in een droogijspers in de pelletiseermachines, waar het snel expandeert en verdampt tot een gas dat afkoelt tot het vriespunt van -109oF (-78,3oC). Zodra de droogijssneeuw zich heeft gevormd, wordt een hydraulische zuiger gebruikt om het droogijs samen te persen en door een extruderplaat of pelletmatrijs te persen. Er zijn platen verkrijgbaar met verschillende afmetingen van de matrijsopening, waardoor verschillende pelletformaten kunnen worden gevormd, zoals 1/8″, ¼”, 3/8″, 5/8″, of ¾”. Kleinere korrels kunnen worden gebruikt voor straaltoepassingen en grotere korrels voor koeldoeleinden. De pellets worden meestal in geïsoleerde containers gestort die kunnen worden gebruikt voor opslag/verzending van het droogijs. Sommige modellen van droogijsproductiemachines zijn uitgerust met meerdere extruderplaten die automatisch op verzoek kunnen worden gewisseld, terwijl andere een handmatige wisseling vereisen. Gespecialiseerde reformermachines kunnen droogijspellets nemen en dichte droogijsblokken produceren door de pellets samen te persen tegen een vormholte. Er bestaan ook blokpersmachines, die rechtstreeks droogijs in blokvorm produceren uit de vloeibare CO2-input. De blokken worden vaak in specifieke afmetingen gesneden en aan klanten verkocht op basis van hun specifieke specificaties.

Veel droogijsproduktiemachines zijn ontworpen om te werken met vloeibaar kooldioxide dat in tanks wordt opgeslagen en per vrachtwagen of spoorwagon in tanks onder druk wordt geleverd. In andere gevallen zijn de produktiefaciliteiten voor droogijs gevestigd in de nabijheid van aardolie- of ammoniakraffinaderijen waar het kooldioxidegas wordt geproduceerd als bijprodukt van de produktie van ethanol of ammoniak. Deze nabijheid minimaliseert de kosten en de afstanden vanwaar een aanvoer van CO2-gas gemakkelijk kan worden verkregen. In dergelijke gevallen kan een pijpleiding rechtstreeks van de raffinaderijen naar de droogijsproduktiefaciliteit worden gelegd. Sommige modellen droogijsmachines zijn ontworpen met dubbele parallelle redundantie, waardoor de bewerkingen aan één kant van de machine kunnen worden voortgezet terwijl de andere wordt onderhouden.

Wanneer de toegang tot een bron van CO2-gas niet beschikbaar is, voegen de duurdere systemen voor de grootschalige produktie van droogijs extra mogelijkheden toe aan de droogijsproduktiemachines, waardoor deze meer zelfvoorzienend en efficiënter kunnen worden in hun produktieactiviteiten. Dit omvat de toevoeging van CO2-generatoren waarmee de installatie kooldioxidegas kan produceren uit de directe verbranding van fossiele brandstoffen zoals diesel, kerosine of aardgas.

Toepassingen van droogijs

Het vermogen van CO2 om te verdampen zonder plassen achter te laten, maakt het tot een populair koelmiddel in verschillende industrieën. Droogijs wordt ook gebruikt voor flash freezing in rubber en voedsel productie, het schoonmaken van ammoniak koeling lekken, stralen, die de gebruiker in staat stelt om zachter dan zand of andere media stralen zonder dat er zo veel cleanup.

• Transport. Dit materiaal kan worden gebruikt voor kleine pakketten of verzendcontainers voor alles wat koud moet worden gehouden, met inbegrip van levende planten, voedsel, chemicaliën en medische benodigdheden. Het wordt zelfs gebruikt om asfalt op een constante temperatuur te houden tussen de fabriek en de bouwplaats.
• Voedsel en drank. Droogijs wordt gebruikt voor het conserveren van een scala aan voedingsmiddelen, van fruit en groenten tot granen, vlees en vis tot ijs. Het wordt veel gebruikt door drankenfabrikanten voor de productie van koolzuurhoudende dranken zoals frisdrank. Droogijs wordt ook gebruikt om bacteriën en schimmels te doden in commerciële keukens.
• Medisch. Door de temperatuur en het onvermogen om vocht achter te laten bij normale druk, ontmoedigt droogijs de groei van bacteriën en schimmels. Daarom wordt het behalve voor levensmiddelen ook gebruikt voor de opslag van vaccins, medische monsters, orgaantransplantaties en medische voorraden. Het wordt ook vaak gebruikt om huidonvolkomenheden zoals wratten te verwijderen of in koude kapjes voor chemotherapie-patiënten om hun haaruitval te vertragen.
• Productie. Droogijs wordt gebruikt bij de fabricage van plastic en rubber om gegoten onderdelen te ontdooien, omdat het ijs het gietstuk broos maakt en het onderdeel doet krimpen. Het vermogen om materialen te laten krimpen leidt ook tot het gebruik ervan bij de montage van rubber en metalen fittingen in lagers en moffen. Chemische fabrikanten gebruiken dit materiaal ook om chemische reacties in zouten, dioxaan, benzylalcohol en aceton te vertragen of te stoppen, en ook om alkalines te neutraliseren.
• Ander Industrieel Gebruik. Bevroren kooldioxide wordt gebruikt als een reiniger in de olie-industrie en de voedingsmiddelenindustrie; werknemers combineren het met andere ingrediënten om paraffine en olie te scheiden van de rest van de afzettingen in tanks, zodat ze kunnen worden verwerkt. Het wordt ook gebruikt om de zuurstof binnen ontvlambare insluitingstanks naar buiten te duwen wanneer ze moeten worden gerepareerd, of om zuurstof weg te houden van ontvlambare chemicaliën wanneer ze in gebruik zijn.

Conclusie

Door scheiding, bevriezing en compressie kan bevroren kooldioxide in de nodige vormen worden gebracht voor uiteenlopende toepassingen zoals voedselconservering, huidbehandeling en plasticproductie. Na deze verkenning van de productie en het gebruik van droogijs hopen wij dat u deze kennis zult gebruiken om efficiënter in te kopen wat uw bedrijf nodig heeft. Als u op zoek wilt gaan naar droogijsmachines of -leveranciers, nodigen wij u uit om onze pagina “Supplier Discovery” te bekijken, die informatie bevat over meer dan 500.000 leveranciers van apparatuur en materialen in de VS en Canada.

Bronnen:

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 Leveranciers van Droog Ijs
• Alles over Droog Ijs Stralen