Cum se fabrică gheața carbonică?

Ghiduri

În ciuda faptului că a început ca un simplu produs secundar al prelucrării amoniacului, gheața carbonică are o multitudine de utilizări, în special în domeniul producției alimentare, medical, industrial și al transporturilor. În acest ghid, vom intra în detalii despre cum se fabrică gheața carbonică, diferitele forme în care este disponibilă și aplicațiile sale industriale. Mai întâi, însă, vom acoperi un scurt rezumat a ceea ce este gheața carbonică. Dacă vă interesează mai mult cine vă poate furniza gheață carbonică, puteți consulta și ghidul nostru cu privire la principalii furnizori de gheață carbonică sau puteți afla mai multe despre sablarea cu gheață carbonică în ghidul nostru pe această temă.

Dintr-o privire:

1. Ce este gheața carbonică?
2. Cum se produce gheața uscată?
3. Forme de gheață uscată
4. Mașini de producere a gheții uscate
5. Aplicații ale gheții uscate

Ce este gheața uscată?

Gheața uscată este un alt nume pentru dioxidul de carbon înghețat. Acest material, care îngheață în jurul valorii de -109 grade F, este popular pentru că forma sa solidă se sublimează direct în gaz la presiunea atmosferică normală, fără a lăsa în urmă umezeală. Deoarece gheața carbonică este pur și simplu dioxid de carbon, este, de asemenea, non-toxică și, atunci când este curățată, este sigură în apropierea alimentelor. Cu toate acestea, datorită temperaturii sale scăzute, poate provoca arsuri atunci când atinge pielea goală și trebuie manipulată în zone bine ventilate pentru a evita pericolul de sufocare.

Cum se fabrică gheața carbonică?

Gheața carbonică își începe viața ca un produs secundar; este recoltată din rafinarea amoniacului, a petrolului sau a altor substanțe chimice. Acest gaz este adesea preluat din procesul de producție a amoniacului, deoarece acesta este cel mai eficient mod de a produce dioxid de carbon, dar în SUA este, de asemenea, furnizat în mare parte din procesul de producție a etanolului. Gazul natural este ars pentru a separa atomii de carbon și hidrogen, iar hidrogenul este apoi combinat cu azotul pentru a produce amoniac. Carbonul rămas poate fi apoi amestecat cu oxigenul pentru a produce dioxid de carbon.

După ce este recoltat, dioxidul de carbon destinat contactului cu alimentele este epurat pentru a-l face de calitate alimentară. Acest lucru se realizează trecându-l printr-o cameră cu un adsorbant de CO2. Pe măsură ce dioxidul de carbon este adsorbit, gazele rămase sunt evacuate pentru a fi eliminate prin intermediul unui oxidator termic sau al unei flacără. Odată ce camera este golită de tot, cu excepția adsorbantului umplut cu dioxid de carbon, adsorbantul este încălzit pentru a elibera gazul curățat cu o rafală de CO2 curat. Dioxidul de carbon suplimentar poate fi apoi îndepărtat și trimis în etapa următoare, unde va fi lichefiat. Acest lucru se realizează prin comprimarea și răcirea CO2 la o presiune de aproximativ 870 lbs/in2. După ce a fost lichefiat, poate fi trimis la o fabrică pentru a fi transformat în forma sa solidă finală.

Dioxidul de carbon lichid este transformat în solid prin depresurizare. CO2 intră într-un rezervor cu presiune atmosferică normală printr-o supapă de expansiune, care elimină presiunea lichidului pentru a-i permite să se gazifice din nou. Pe măsură ce gazul se dilată, scade temperatura din interiorul rezervorului, înghețând puțin mai puțin de jumătate din dioxidul de carbon în solid înainte de a se transforma în gaz. Acești 46% din dioxidul de carbon se transformă în zăpadă, condensându-se pe placa superioară a unei prese, care o comprimă apoi timp de aproximativ cinci minute sub 60 de tone de forță pentru a crea un bloc. Pentru pelete de gheață uscată, zăpada este extrudată prin matrițe într-un granulator.

Dacă zăpada este comprimată sub formă de bloc, un bloc de un metru și jumătate lățime se rostogolește apoi din cameră pe o bandă transportoare. De acolo, ferăstraiele pneumatice îl taie la dimensiunea necesară. Odată ce peletele sau blocurile sunt făcute, acestea trebuie ambalate strâns în ambalaje izolate pentru a evita sublimarea în gaz. Uneori, blocurile sunt, de asemenea, învelite în hârtie sau alte materiale pentru o protecție suplimentară.

Forme de gheață uscată

Gheața uscată este vândută în mai multe tipuri de forme, în funcție de aplicație:

• Gheața uscată de înaltă densitate durează mai mult și este mai ușor de manevrat. Este cel mai bun tip pentru curățarea prin sablare, deoarece este mai dură decât gheața carbonică obișnuită și îngheață suprafața pe care o pelează pentru a o face mai fragilă.
• Peletele, care se topesc cel mai repede datorită suprafeței lor mari, sunt folosite pentru alimente congelate, prelucrarea cărnii, experimente de laborator și transportul specimenelor de laborator și al plasmei sanguine. Ele sunt, de asemenea, folosite de consumatori și de companiile de teatru pentru a crea efecte de ceață. Peletele sunt disponibile într-o gamă largă de dimensiuni. Granulele de orez, care au cea mai mică dimensiune, sunt folosite pentru explozie.
• Feliile sau plăcile sunt, de asemenea, folosite pentru depozitarea la rece și transportul alimentelor și al materialelor medicale, precum și în avioane pentru conservarea alimentelor. Ele sunt adesea de 10x10x2 inch, dar pot avea și dimensiuni personalizate.
• Blocurile cântăresc de obicei aproximativ 60 lbs și au dimensiuni de 10x10x12 inch. Acestea se topesc cel mai lent, deoarece au cea mai mică suprafață și cel mai mare volum. Sunt adesea folosite pentru mașinile de sablare cu jet rece care sunt echipate pentru blocuri întregi.

Mașini de producere a gheții uscate

Mașinile de gheață uscată sunt disponibile în mai multe tipuri diferite, dar, în mod fundamental, ele funcționează pe același principiu de bază care a fost descris mai sus – și anume introducerea unei schimbări de fază în dioxidul de carbon luând forma lichidă și trecând-o printr-o supapă de expansiune, permițându-i astfel să se extindă sub presiunea atmosferică, să se formeze în gaz și să creeze zăpadă de gheață uscată (dioxid de carbon înghețat). Căldura de vaporizare rezultată din schimbarea de fază determină scăderea temperaturii și permite generarea zăpezii de gheață uscată. Excesul de gaz CO2 este fie recuperat pentru utilizare ulterioară (în echipamentele de producție mai mari și mai sofisticate), fie este evacuat în atmosferă (în unitățile mai mici, cu un design mai simplu și randamente de producție mai mici).

Un tip de mașină de producere a gheții uscate este cunoscut sub numele de peletizatoare, care produce, după cum sugerează și numele său, peleți de gheață uscată. Peletizatoarele sunt disponibile în diferite dimensiuni, în funcție de capacitatea lor de producție, care se măsoară de obicei în unități de kg/oră sau lb/oră. Capacitatea de producție poate conține, de asemenea, o specificație pentru presiunea de intrare a CO2 în unități de presiune, cum ar fi bar sau psi. Cu cât capacitatea de producție este mai mare, cu atât mai mare va fi amprenta la sol a mașinii și cu atât mai mult CO2 lichid va fi consumat în producția de gheață carbonică. Selectarea unui model pentru utilizare depinde în esență de capacitatea de producție și de stilul dorit de gheață carbonică, care depinde de aplicația dorită.

Principiul de funcționare al acestor mașini este destul de simplu. CO2 lichid este injectat într-o presă de gheață uscată în mașinile de peletizare, unde se dilată rapid și se evaporă într-un gaz care se răcește până la punctul său de îngheț de -109oF (-78,3oC). Odată ce s-a format zăpada de gheață uscată, se folosește un piston hidraulic pentru a comprima gheața uscată și a o forța să treacă printr-o placă de extrudare sau o filieră de peletizare. Plăcile sunt disponibile cu diferite dimensiuni ale deschiderii matriței care permit formarea de peleți de diferite dimensiuni, cum ar fi 1/8″, ¼”, 3/8″, 5/8″ sau ¾”. Granulele de dimensiuni mai mici pot fi utilizate pentru aplicații de sablare, iar cele mai mari pentru răcire. Peletele sunt de obicei expulzate în containere izolate care pot fi utilizate pentru depozitarea/expedierea gheții uscate. Unele modele de mașini de producere a gheții uscate dispun de mai multe plăci de extrudare care pot fi schimbate automat la cerere, în timp ce altele necesită o schimbare manuală. Mașinile specializate de reformare sunt capabile să preia granule de gheață uscată și să producă blocuri dense de gheață uscată prin comprimarea granulelor împotriva unei cavități de turnare. Există, de asemenea, mașini de presare a blocurilor, care produc direct gheață uscată sub formă de blocuri din alimentarea cu CO2 lichid. Blocurile sunt adesea tăiate la dimensiuni specifice și vândute clienților pe baza specificațiilor particulare ale acestora.

Multe mașini de producere a gheții uscate sunt proiectate să funcționeze folosind dioxid de carbon lichid care este stocat în rezervoare și livrat în rezervoare presurizate cu ajutorul unui camion sau vagon de tren. În alte cazuri, instalațiile de producție de gheață carbonică au fost amplasate în imediata apropiere a rafinăriilor de petrol sau amoniac, unde dioxidul de carbon gazos este produs ca un produs secundar al producției de etanol sau amoniac. Această proximitate minimizează costurile și distanțele de la care ar putea fi obținută cu ușurință o sursă de gaz CO2. În aceste cazuri, o conductă poate fi instalată direct de la rafinării la instalația de producere a gheții uscate. Unele modele de mașini de gheață carbonică sunt proiectate cu redundanță paralelă dublă, permițând ca operațiunile să continue pe o parte a mașinii în timp ce cealaltă este în curs de întreținere.

Când accesul la o sursă de gaz CO2 nu este indisponibil, sistemele de vârf pentru producția de gheață carbonică pe scară largă adaugă capacități suplimentare mașinilor de producție de gheață carbonică, permițându-le să devină mai autosuficiente și mai eficiente în operațiunile lor de producție. Aceasta include adăugarea de generatoare de CO2 care permit instalației să producă gaz de dioxid de carbon din arderea directă a combustibililor fosili, cum ar fi motorina, kerosenul sau gazul natural.

Aplicații pentru gheață carbonică

Capacitatea CO2 de a se evapora fără a lăsa bălți îl face un instrument de refrigerare popular în mai multe industrii. Gheața carbonică este, de asemenea, utilizată pentru congelarea rapidă în fabricarea cauciucului și a produselor alimentare, pentru curățarea scurgerilor de refrigerare cu amoniac, pentru sablare, ceea ce permite utilizatorului să saboteze mai ușor decât nisipul sau alte medii, fără a avea nevoie de atât de multă curățare.

• Transport. Acest material poate fi utilizat pentru pachete mici sau containere de transport pentru orice lucru care trebuie păstrat la rece, inclusiv plante vii, alimente, produse chimice și materiale medicale. Este folosit chiar și pentru a menține asfaltul la o temperatură constantă între uzină și șantier.
• Alimente și băuturi. Gheața uscată este folosită la conservarea unei game de alimente, de la fructe și legume la cereale, la carne și pește și înghețată. Este solicitată în mod semnificativ de către producătorii de băuturi pentru producția de băuturi carbogazoase, cum ar fi sucurile. Gheața carbonică este, de asemenea, folosită pentru a distruge bacteriile și mucegaiul în bucătăriile comerciale.
• Medical. Între temperatura sa și incapacitatea sa de a lăsa umezeală la presiune normală, gheața carbonică descurajează dezvoltarea bacteriilor și a mucegaiului. De aceea, pe lângă alimente, este folosită pentru depozitarea vaccinurilor, a mostrelor medicale, a transplanturilor de organe și a consumabilelor medicale. De asemenea, este adesea folosită pentru a îndepărta imperfecțiunile pielii, cum ar fi negii, sau în capacele reci pentru pacienții cu chimioterapie pentru a le încetini căderea părului.
• Fabricarea. Gheața carbonică este folosită în fabricarea plasticului și a cauciucului pentru a dezmorți piesele turnate, deoarece face ca flashingul să devină fragil și micșorează piesa. Capacitatea sa de a contracta materialele duce, de asemenea, la utilizarea sa la montarea accesoriilor din cauciuc și metal în interiorul rulmenților și manșoanelor. Producătorii de produse chimice folosesc, de asemenea, acest material pentru a încetini sau opri reacțiile chimice în săruri, dioxan, alcool benzilic și acetonă, precum și pentru a neutraliza substanțele alcaline.
• Alte utilizări industriale. Dioxidul de carbon congelat este folosit ca agent de curățare în industria petrolieră, precum și în industria alimentară; muncitorii îl combină cu alte ingrediente pentru a separa parafina și uleiul de restul depozitelor din interiorul rezervoarelor, astfel încât acestea să poată fi prelucrate. Este, de asemenea, folosit pentru a împinge oxigenul în interiorul rezervoarelor de reținere a substanțelor inflamabile atunci când acestea au nevoie de reparații, sau pentru a ține oxigenul departe de substanțele chimice inflamabile atunci când sunt folosite.

Concluzie

Prin separare, congelare și comprimare, dioxidul de carbon congelat poate fi modelat în formele necesare pentru aplicații atât de variate precum conservarea alimentelor, tratarea pielii și fabricarea materialelor plastice. După această explorare a modului în care este produsă și utilizată gheața carbonică, sperăm că veți folosi aceste cunoștințe pentru a vă aproviziona mai eficient pentru ceea ce are nevoie compania dumneavoastră. Dacă sunteți gata să începeți să căutați utilaje sau furnizori de gheață carbonică, vă invităm să consultați pagina noastră de descoperire a furnizorilor, care conține informații despre peste 500.000 de furnizori de echipamente și materiale din SUA și Canada.

Surse:

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

• Principalii furnizori de gheață carbonică
• Toate despre sablarea cu gheață carbonică