Jak jest produkowany suchy lód?

Poradniki

Pomimo że zaczynał jako po prostu produkt uboczny przetwarzania amoniaku, suchy lód ma niezliczoną ilość zastosowań, zwłaszcza w produkcji żywności, medycynie, przemyśle i transporcie. W tym przewodniku omówimy szczegółowo sposób wytwarzania suchego lodu, jego różne formy i zastosowania przemysłowe. Najpierw jednak przedstawimy krótkie podsumowanie tego, czym jest suchy lód. Jeśli jesteś bardziej zainteresowany tym, kto może dostarczyć Ci suchy lód, możesz również sprawdzić nasz przewodnik po najlepszych dostawcach suchego lodu lub dowiedzieć się więcej o wydmuchiwaniu suchego lodu w naszym przewodniku na ten temat.

W skrócie:

1. Co to jest suchy lód?
2. Jak powstaje suchy lód?
3. Formy suchego lodu
4. Maszyny do produkcji suchego lodu
5. Zastosowanie suchego lodu

Co to jest suchy lód?

Suchy lód to inna nazwa zamrożonego dwutlenku węgla. Ten materiał, który zamarza w temperaturze około -109 stopni F, jest popularny, ponieważ jego stała postać sublimuje bezpośrednio do gazu pod normalnym ciśnieniem atmosferycznym, nie pozostawiając za sobą wilgoci. Ponieważ suchy lód to po prostu dwutlenek węgla, jest on również nietoksyczny, a po oczyszczeniu jest bezpieczny w pobliżu żywności. Jednak ze względu na niską temperaturę może powodować oparzenia, gdy dotyka gołej skóry, i powinien być używany w dobrze wentylowanych pomieszczeniach, aby uniknąć niebezpieczeństwa uduszenia.

Jak powstaje suchy lód?

Suchy lód zaczyna życie jako produkt uboczny; jest pozyskiwany z rafinacji amoniaku, ropy naftowej lub innych chemikaliów. Gaz ten jest często pobierany z procesu produkcji amoniaku, ponieważ jest to najbardziej wydajny sposób produkcji dwutlenku węgla, ale w Stanach Zjednoczonych jest on również głównie dostarczany z procesu produkcji etanolu. Gaz ziemny jest spalany w celu oddzielenia atomów węgla i wodoru, a następnie wodór jest łączony z azotem w celu wytworzenia amoniaku. Resztki węgla mogą być następnie zmieszane z tlenem w celu wytworzenia dwutlenku węgla.

Po zebraniu dwutlenek węgla przeznaczony do kontaktu z żywnością jest oczyszczany, aby nadać mu właściwości spożywcze. Dokonuje się tego poprzez przepuszczenie go przez komorę z adsorbentem CO2. W miarę jak dwutlenek węgla jest adsorbowany, pozostałe gazy są odprowadzane na zewnątrz i usuwane za pomocą utleniacza termicznego lub pochodni. Gdy komora zostanie opróżniona ze wszystkiego poza adsorbentem wypełnionym dwutlenkiem węgla, adsorbent jest podgrzewany w celu uwolnienia oczyszczonego gazu z podmuchem czystego CO2. Dodatkowy dwutlenek węgla może zostać usunięty i przesłany do następnego etapu, gdzie zostanie skroplony. Odbywa się to poprzez sprężanie i chłodzenie CO2 pod ciśnieniem około 870 lbs/in2. Po skropleniu może być wysłany do fabryki, gdzie zostanie przetworzony do ostatecznej postaci stałej.

Płynny dwutlenek węgla jest zamieniany w ciało stałe poprzez obniżenie ciśnienia. CO2 wchodzi do zbiornika o normalnym ciśnieniu atmosferycznym przez zawór rozprężny, który usuwa ciśnienie cieczy, aby umożliwić jej ponowne zgazowanie. W miarę jak gaz się rozpręża, spada temperatura wewnątrz zbiornika, zamrażając nieco mniej niż połowę dwutlenku węgla w ciało stałe, zanim stanie się on gazem. Te 46% dwutlenku węgla staje się śniegiem, skraplającym się na górnej płycie prasy, która następnie ściska go przez około pięć minut z siłą 60 ton, tworząc blok. W przypadku granulek suchego lodu śnieg jest wytłaczany przez matryce w peleciarce.

Jeśli śnieg zostanie sprasowany do postaci bloku, blok o szerokości dwóch stóp wyjeżdża z komory na przenośnik taśmowy. Stamtąd piły pneumatyczne tną go do wymaganego rozmiaru. Po wyprodukowaniu granulek lub bloków, muszą one zostać szczelnie zapakowane w izolowane opakowania, aby uniknąć sublimacji do gazu. Czasami bloki są także owijane papierem lub innymi materiałami w celu zapewnienia dodatkowej ochrony.

Formy suchego lodu

Suchy lód jest sprzedawany w kilku rodzajach kształtów w zależności od zastosowania:

• Suchy lód o dużej gęstości wystarcza na dłużej i jest łatwiejszy w obsłudze. Jest to najlepszy typ do czyszczenia strumieniowego, ponieważ jest twardszy niż zwykły suchy lód i zamraża powierzchnię, którą obrzuca, czyniąc ją bardziej kruchą.
• Granulki, które topią się najszybciej dzięki dużej powierzchni, są używane do zamrażania żywności, przetwarzania mięsa, eksperymentów laboratoryjnych oraz transportu próbek laboratoryjnych i osocza krwi. Są one również używane przez konsumentów i teatry do tworzenia efektów mgły. Pelety występują w różnych rozmiarach. Granulki ryżu, które są najmniejsze, są używane do wysadzania.
• Plastry lub płyty są również używane do przechowywania w chłodni i transportu żywności i materiałów medycznych, jak również w samolotach do konserwacji żywności. Są one często 10x10x2 cale, ale mogą również pochodzić w niestandardowych rozmiarach.
• Bloki zazwyczaj ważą około 60 funtów i występują w rozmiarach 10x10x12 cali. Te topią się najwolniej, ponieważ mają najmniejszą powierzchnię i największą objętość. Są one często używane w maszynach do wydmuchiwania zimnego strumienia, które są przystosowane do pełnych bloków.

Maszyny do produkcji suchego lodu

Maszyny do produkcji suchego lodu są dostępne w kilku różnych typach, ale zasadniczo działają na tej samej podstawowej zasadzie, która została opisana powyżej – mianowicie wprowadzają zmianę fazową w dwutlenku węgla, przyjmując postać ciekłą i przepuszczając ją przez zawór rozprężny, co pozwala jej rozszerzyć się pod ciśnieniem atmosferycznym, przekształcić się w gaz i utworzyć śnieg z suchego lodu (zamrożony dwutlenek węgla). Ciepło parowania powstałe w wyniku przemiany fazowej powoduje spadek temperatury i pozwala na wytworzenie śniegu lodowego. Nadmiar gazu CO2 jest odzyskiwany do późniejszego wykorzystania (w większych, bardziej zaawansowanych urządzeniach produkcyjnych) lub odprowadzany do atmosfery (w mniejszych urządzeniach o prostszej konstrukcji i niższej wydajności produkcji).

Jeden typ maszyny do produkcji suchego lodu jest znany jako granulator, który wytwarza, jak sama nazwa wskazuje, granulki suchego lodu. Pelletizatory są dostępne w różnych rozmiarach w zależności od ich wydajności produkcyjnej, która jest zwykle mierzona w jednostkach kg/godzinę lub funtów/godzinę. Wydajność produkcyjna może również zawierać specyfikację ciśnienia wejściowego CO2 w jednostkach ciśnienia, takich jak bar lub psi. Im większa wydajność produkcyjna, tym większa powierzchnia podstawy maszyny i tym więcej CO2 będzie zużywane do produkcji suchego lodu. Wybór modelu do użytku zależy zasadniczo od wydajności produkcji i pożądanego stylu suchego lodu, który zależy od zamierzonego zastosowania.

Zasada działania tych maszyn jest dość prosta. Ciekły CO2 jest wstrzykiwany do prasy do suchego lodu w maszynach do granulowania, gdzie szybko się rozszerza i odparowuje w gaz, który ochładza się do temperatury zamarzania -109oF (-78,3oC). Po uformowaniu się śniegu suchego lodu, tłok hydrauliczny jest wykorzystywany do sprężania suchego lodu i wtłaczania go przez płytę wytłaczarki lub matrycę peletu. Płyty są dostępne z różnymi wymiarami otworu matrycy, co pozwala na formowanie różnych rozmiarów granulek, takich jak 1/8″, ¼”, 3/8″, 5/8″ lub ¾”. Mniejsze rozmiary granulek mogą być używane do zastosowań związanych ze śrutowaniem, a większe do celów chłodzenia. Granulki są zwykle wyrzucane do izolowanych pojemników, które mogą być używane do przechowywania/wysyłania suchego lodu. Niektóre modele maszyn do produkcji suchego lodu są wyposażone w wiele płyt wytłaczarek, które mogą być automatycznie zmieniane na żądanie, podczas gdy inne wymagają ręcznej zmiany. Specjalistyczne maszyny do reformowania mogą przyjmować granulki suchego lodu i wytwarzać gęste bloki suchego lodu przez ściskanie granulek w formie. Istnieją także prasy blokowe, które bezpośrednio produkują suchy lód w postaci bloków z płynnego CO2. Bloki są często cięte do określonych rozmiarów i sprzedawane klientom na podstawie ich konkretnych specyfikacji.

Wiele maszyn do produkcji suchego lodu jest zaprojektowanych do pracy z wykorzystaniem ciekłego dwutlenku węgla, który jest przechowywany w zbiornikach i dostarczany w zbiornikach pod ciśnieniem ciężarówkami lub wagonami kolejowymi. W innych przypadkach instalacje do produkcji suchego lodu są zlokalizowane w pobliżu rafinerii ropy naftowej lub amoniaku, gdzie dwutlenek węgla jest wytwarzany jako produkt uboczny przy produkcji etanolu lub amoniaku. Taka bliskość minimalizuje koszty i odległości, z których można łatwo uzyskać dostawy gazu CO2. W takich przypadkach rurociąg może być poprowadzony bezpośrednio z rafinerii do instalacji do produkcji suchego lodu. Niektóre modele maszyn do produkcji suchego lodu są projektowane z podwójną redundancją równoległą, co pozwala na kontynuowanie pracy po jednej stronie maszyny, podczas gdy druga jest serwisowana.

Gdy dostęp do źródła gazu CO2 nie jest niedostępny, wysokiej klasy systemy do produkcji suchego lodu na dużą skalę wzbogacają maszyny do produkcji suchego lodu o dodatkowe możliwości, które pozwalają im stać się bardziej samowystarczalnymi i wydajnymi w swoich działaniach produkcyjnych. Obejmuje to dodanie generatorów CO2, które umożliwiają zakładowi produkcję dwutlenku węgla z bezpośredniego spalania paliw kopalnych, takich jak olej napędowy, nafta lub gaz ziemny.

Zastosowania suchego lodu

Zdolność CO2 do odparowywania bez pozostawiania kałuż sprawia, że jest on popularnym narzędziem chłodniczym w wielu branżach. Suchy lód jest również używany do błyskawicznego zamrażania w produkcji gumy i żywności, do czyszczenia wycieków z amoniaku w chłodnictwie, do wydmuchiwania, co pozwala użytkownikowi wydmuchiwać go delikatniej niż piasek lub inne środki, bez konieczności tak częstego czyszczenia.

• Transport. Materiał ten może być stosowany do małych pakietów lub pojemników transportowych dla wszystkiego, co musi być utrzymywane w chłodzie, w tym żywych roślin, żywności, chemikaliów i materiałów medycznych. Jest on nawet używany do utrzymywania asfaltu w stałej temperaturze między zakładem a miejscem pracy.
• Żywność i napoje. Suchy lód jest używany do konserwowania wielu rodzajów żywności, od owoców i warzyw, przez zboża, mięso i ryby, po lody. Jest znacznie pożądany przez producentów napojów do produkcji napojów gazowanych, takich jak soda. Suchy lód jest również używany do zabijania bakterii i pleśni w kuchniach komercyjnych.
• Medyczny. Dzięki swojej temperaturze i niemożności pozostawienia wilgoci przy normalnym ciśnieniu, suchy lód zniechęca do rozwoju bakterii i pleśni. Dlatego oprócz żywności jest on używany do przechowywania szczepionek, próbek medycznych, przeszczepów organów i materiałów medycznych. Jest również często stosowany do usuwania niedoskonałości skóry, takich jak brodawki lub w zimnych czepkach dla pacjentów poddawanych chemioterapii w celu spowolnienia utraty włosów.
• Wytwarzanie. Suchy lód jest używany w produkcji tworzyw sztucznych i gumy do usuwania pęcherzyków powietrza z części formowanych, ponieważ sprawia, że pęcherzyki stają się kruche i kurczą się. Jego zdolność do kurczenia się materiałów prowadzi również do jego zastosowania w montażu gumowych i metalowych elementów złącznych wewnątrz łożysk i tulei. Producenci chemikaliów również używają tego materiału do spowolnienia lub zatrzymania reakcji chemicznych w solach, dioksanie, alkoholu benzylowym i acetonie, jak również do neutralizacji alkaliów.
• Inne zastosowania przemysłowe. Zamrożony dwutlenek węgla jest używany jako środek czyszczący w przemyśle naftowym, a także w przemyśle spożywczym; pracownicy łączą go z innymi składnikami, aby oddzielić parafinę i olej od reszty osadów wewnątrz zbiorników, aby można je było przetworzyć. Używa się go również do wypychania tlenu z łatwopalnych zbiorników, gdy wymagają one naprawy, lub do utrzymywania tlenu z dala od łatwopalnych chemikaliów, gdy są używane.

Wniosek

Poprzez separację, zamrażanie i ściskanie, zamrożony dwutlenek węgla może być kształtowany w formy niezbędne do tak różnych zastosowań, jak konserwacja żywności, leczenie skóry i produkcja tworzyw sztucznych. Mamy nadzieję, że po zapoznaniu się z metodami produkcji i stosowania suchego lodu wykorzystasz tę wiedzę, aby skuteczniej wyszukiwać produkty potrzebne Twojej firmie. Jeśli jesteś gotowy do rozpoczęcia poszukiwań maszyn do produkcji suchego lodu lub dostawców, zapraszamy do zapoznania się z naszą stroną Wyszukiwanie dostawców, która zawiera informacje o ponad 500 000 dostawców sprzętu i materiałów w USA i Kanadzie.

Źródła:

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 Suppliers of Dry Ice
• All About Dry Ice Blasting

.