Como é fabricado o gelo seco?

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Embora comece como um simples subproduto do processamento de amoníaco, o gelo seco tem uma miríade de usos, especialmente na produção de alimentos, na área médica, industrial e de transporte. Neste guia, vamos aprofundar em detalhes sobre como o gelo seco é fabricado, as diferentes formas em que está disponível e as suas aplicações industriais. Primeiro, no entanto, vamos abordar um breve resumo do que é o gelo seco. Se estiver mais interessado em quem lhe pode fornecer gelo seco, também pode consultar o nosso guia sobre os principais fornecedores de gelo seco, ou pode saber mais sobre a produção de gelo seco no nosso guia sobre o assunto.

Num relance:

1. O que é o gelo seco?
2. Como é feito o gelo seco?
3. Forms of Dry Ice
4. Dry Ice Production Machines
5. Dry Ice Applications

What is Dry Ice?

Dry Ice is another name for frozen carbon dioxide. Este material, que congela em torno de -109 graus F, é popular porque sua forma sólida sublima-se diretamente no gás sob pressão atmosférica normal, não deixando para trás nenhuma umidade. Como o gelo seco é simplesmente dióxido de carbono, é também não tóxico e, quando esfregado, é seguro em torno dos alimentos. No entanto, devido à sua baixa temperatura, pode causar queimaduras quando toca a pele nua, e deve ser manuseado em áreas bem ventiladas para evitar o perigo de asfixia.

Como é feito o gelo seco?

Gelo seco começa a vida como subproduto; é colhido a partir da refinação do amoníaco, petróleo ou outros produtos químicos. Este gás é frequentemente retirado do processo de produção de amônia, pois é a maneira mais eficiente de produzir dióxido de carbono, mas nos Estados Unidos também é maioritariamente fornecido pelo processo de produção de etanol. O gás natural é queimado para separar átomos de carbono e hidrogênio, e o hidrogênio é então combinado com nitrogênio para produzir amoníaco. O carbono restante pode então ser misturado com oxigênio para produzir dióxido de carbono.

Após a colheita, o dióxido de carbono destinado ao contato com os alimentos é esfregado para torná-lo grau alimentício. Isto é conseguido fazendo-o passar por uma câmara com um adsorvente de CO2. À medida que o dióxido de carbono é adsorvido, os gases restantes são expelidos para serem eliminados através de oxidante térmico ou flare. Quando a câmara está vazia de tudo menos do adsorvente cheio de dióxido de carbono, o adsorvente é aquecido para liberar o gás limpo com uma jateada de CO2 limpo. O dióxido de carbono extra pode então ser removido e enviado para o próximo passo, onde será liquefeito. Isto é conseguido comprimindo e resfriando o CO2 a uma pressão de cerca de 870 lbs/in2. Após ser liquidificado, ele pode ser enviado para uma fábrica para ser processado em sua forma sólida final.

O dióxido de carbono líquido é transformado em sólido através da despressurização. O CO2 entra em um tanque com pressão atmosférica normal através de uma válvula de expansão, que remove a pressão do líquido para permitir que ele se gaseifique novamente. À medida que o gás se expande, ele baixa a temperatura dentro do tanque, congelando um pouco menos da metade do dióxido de carbono em um sólido antes que ele possa se tornar um gás. Este 46% do dióxido de carbono se transforma em neve, condensando na placa superior de uma prensa, que depois o comprime por cerca de cinco minutos abaixo de 60 toneladas de força para criar um bloco. Para granulados de gelo seco, a neve é extrudida através de matrizes em um peletizador.

Se a neve for comprimida em forma de bloco, um bloco de dois pés de largura então rola para fora da câmara em uma esteira transportadora. A partir daí, as serras pneumáticas cortam-na ao tamanho desejado. Uma vez feitos os pellets ou blocos, eles devem ser embalados firmemente em embalagens isoladas para evitar a sublimação em gás. Às vezes os blocos também são embalados em papel ou outros materiais para maior proteção.

Formas de gelo seco

Gelo seco é vendido em vários tipos de formas dependendo da aplicação:

• Gelo seco de alta densidade dura mais tempo e é mais fácil de manusear. É o melhor tipo para limpeza com jacto, uma vez que é mais duro que o gelo seco normal, e congela a superfície que está a pelar para a tornar mais frágil.
• Pellets, que derretem mais rapidamente graças à sua elevada superfície, são utilizados para alimentos congelados, processamento de carne, experiências laboratoriais e transporte de amostras de laboratório e plasma sanguíneo. Também são usados por consumidores e companhias de teatro para criar efeitos de nevoeiro. Os pellets vêm em uma variedade de tamanhos. Pellets de arroz, que são o menor tamanho, são usados para jateamento.
• As fatias ou placas também são usadas para armazenamento a frio e transporte de alimentos e suprimentos médicos, bem como em aviões para a conservação de alimentos. São frequentemente 10x10x2 polegadas, mas também podem vir em tamanhos personalizados.
• Blocos geralmente pesam cerca de 60 lbs e vêm em tamanhos de 10x10x12 polegadas. Estes derretem mais lentamente, uma vez que têm a menor área de superfície e o maior volume. Eles são frequentemente usados para máquinas de jateamento a jato frio que são instaladas para blocos cheios.

Máquinas de Produção de Gelo Seco

Máquinas de produção de gelo seco estão disponíveis em vários tipos diferentes, mas fundamentalmente, elas operam com o mesmo princípio básico que foi descrito acima – a saber, introduzir uma mudança de fase no dióxido de carbono tomando a forma líquida e passando-a através de uma válvula de expansão, permitindo assim que ela se expanda sob pressão atmosférica, se forme em gás e crie neve seca de gelo (dióxido de carbono congelado). O calor da vaporização da mudança de fase provoca a queda da temperatura e permite a geração da neve seca de gelo. O excesso de gás CO2 é recuperado para uso posterior (em equipamentos de produção maiores e mais sofisticados) ou é ventilado para a atmosfera (em unidades menores com desenhos mais simples e menores produções).

Um tipo de máquina de produção de gelo seco é conhecido como peletizador, que produz, como o próprio nome sugere, pellets de gelo seco. Os peletizadores estão disponíveis em diferentes tamanhos com base na sua capacidade de produção que é tipicamente medida em unidades de kg/hora ou lbs/hora. A capacidade de produção também pode conter uma especificação para a pressão de entrada do CO2 em unidades de pressão, como bar ou psi. Quanto maior a capacidade de produção, maior será a pegada da máquina, e mais CO2 líquido será consumido na produção de gelo seco. A seleção de um modelo para uso depende essencialmente da capacidade de produção e do estilo desejado de gelo seco, que depende da aplicação pretendida.

O princípio de funcionamento destas máquinas é bastante simples. O CO2 líquido é injetado em uma prensa de gelo seco nas máquinas de pelotização, onde se expande rapidamente e evapora em um gás que esfria até seu ponto de congelamento de -109oF (-78,3oC). Uma vez formada a neve de gelo seco, um pistão hidráulico é utilizado para comprimir o gelo seco e forçá-lo através de uma placa extrusora ou molde de pelota. As placas estão disponíveis com diferentes dimensões de abertura da matriz que permitem a formação de diferentes tamanhos de pelotas, tais como 1/8″, ¼”, 3/8″, 5/8″ ou ¾”. Podem ser usados granulados de tamanhos menores para aplicações de jateamento, e granulados maiores para fins de resfriamento. As pelotas são normalmente expelidas em recipientes isolados que podem ser utilizados para armazenamento/expedição do gelo seco. Alguns modelos de máquinas de produção de gelo seco possuem múltiplas placas extrusoras que podem ser trocadas automaticamente sob demanda, onde outros requerem troca manual. Máquinas reformadoras especializadas são capazes de tomar pelotas de gelo seco e produzir blocos densos de gelo seco, comprimindo as pelotas contra uma cavidade do molde. Também existem máquinas de prensa de blocos, que produzem diretamente gelo seco em forma de bloco a partir da alimentação de CO2 líquido. Os blocos são frequentemente cortados em tamanhos específicos e vendidos aos clientes com base em suas especificações particulares.

Muitas máquinas de produção de gelo seco são projetadas para operar usando dióxido de carbono líquido que é armazenado em tanques e entregue em tanques pressurizados por caminhão ou vagão ferroviário. Em outros casos, instalações de produção de gelo seco foram localizadas nas proximidades de refinarias de petróleo ou amônia, onde o gás carbônico é produzido como subproduto da produção de etanol ou amônia. Essa proximidade minimiza os custos e as distâncias a partir das quais um suprimento de gás carbônico poderia ser prontamente obtido. Nesses casos, um gasoduto pode ser operado diretamente das refinarias para a instalação de produção de gelo seco. Alguns modelos de máquinas de gelo seco são projetados com redundância paralela dupla, permitindo que as operações continuem de um lado da máquina enquanto o outro está sendo mantido.

Quando o acesso a uma fonte de gás CO2 não está indisponível, sistemas mais sofisticados para produção em larga escala de gelo seco adicionam capacidades adicionais às máquinas de produção de gelo seco, permitindo que elas se tornem mais auto-suficientes e eficientes em suas operações de produção. Isto inclui a adição de geradores de CO2 que permitem à planta produzir gás de dióxido de carbono a partir da combustão direta de combustíveis fósseis, como diesel, querosene ou gás natural.

Dry Ice Applications

CO2 a capacidade de evaporar sem deixar poças torna-o uma ferramenta de refrigeração popular em várias indústrias. O gelo seco também é utilizado para o congelamento com flash na fabricação de borracha e alimentos, limpeza de vazamentos de amônia de refrigeração, jateamento, o que permite que o usuário jateie mais suavemente do que areia ou outros meios sem ter tanta limpeza.

• Transporte. Este material pode ser utilizado para pequenas embalagens ou contentores de transporte para qualquer coisa que precise de ser mantida fria, incluindo plantas vivas, alimentos, produtos químicos e suprimentos médicos. É até usado para manter o asfalto a uma temperatura constante entre a planta e o canteiro de obras.
• Alimentos e Bebidas. O gelo seco é usado na conservação de uma série de alimentos, desde frutas e vegetais a grãos, carne e peixe a sorvetes. É muito procurado pelos fabricantes de bebidas para a produção de bebidas carbonatadas, como o refrigerante. O gelo seco também é usado para matar bactérias e mofo em cozinhas comerciais.
• Médico. Entre a sua temperatura e a sua incapacidade de deixar a humidade à pressão normal, o gelo seco desencoraja o crescimento de bactérias e o míldio. É por isso que, além dos alimentos, é usado para armazenar vacinas, amostras médicas, transplantes de órgãos e suprimentos médicos. Também é usado frequentemente para remover imperfeições da pele como verrugas ou em bonés frios para pacientes de quimioterapia para retardar a queda do cabelo.
• Fabricação. O gelo seco é usado na fabricação de plástico e borracha para deflagrar peças moldadas, pois torna o flashing quebradiço e encolhe a peça. Sua capacidade de encolher materiais também leva à sua utilização na montagem de acessórios de borracha e metal dentro de rolamentos e mangas. Os fabricantes de produtos químicos também utilizam este material para retardar ou parar reações químicas em sais, dioxano, álcool benzílico e acetona, assim como para neutralizar alcalinos.
• Outros usos industriais. O dióxido de carbono congelado é utilizado como limpador na indústria petrolífera, bem como na indústria alimentar; os trabalhadores combinam-no com outros ingredientes para separar a parafina e o óleo do resto dos depósitos dentro dos tanques para que possam ser processados. Também é usado para expulsar o oxigênio dentro de tanques de contenção inflamáveis quando precisam de reparo, ou para manter o oxigênio longe de produtos químicos inflamáveis quando em uso.

Conclusão

Por meio da separação, congelamento e compressão, o dióxido de carbono congelado pode ser moldado nas formas necessárias para aplicações tão variadas como preservação de alimentos, tratamento da pele e fabricação de plásticos. Após esta exploração de como o gelo seco é produzido e utilizado, esperamos que você use este conhecimento para obter mais efetivamente o que sua empresa precisa. Se você está pronto para começar a procurar por máquinas ou fornecedores de gelo seco, convidamos você a verificar nossa página de Descoberta de Fornecedores, que tem informações sobre mais de 500.000 fornecedores de equipamentos e materiais nos Estados Unidos e Canadá.

Fontes:

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

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