Как химическое вещество углекислота может пребывать в одном из трех состояний – газообразном, жидком и твердом. В твердом состоянии диоксид углерода больше известен как сухой лед, представляя собой белую ледяную массу, которая при “таянии” сразу преобразуется в газ, минуя жидкую фазу. И без того достаточно широкая сфера применения СО2, начиная от сварочного производства и заканчивая изготовлением пивного газа , благодаря такому свойству расширяется еще больше. Низкая температура и отсутствие жидкости позволяют активно применять углекислоту в пищевой промышленности и некоторых других областях жизнедеятельности человека.
Свойства и специфика изготовления твердого диоксида углерода
СО2 кристаллизуется при температуре ниже -78.3 ºС. При этом сохраняются основные свойства газа:
- отсутствие запаха и вкуса;
- нетоксичность;
- негорючесть.
При нормальном атмосферном давлении углекислый газ не может находиться в жидком состоянии. Этим и обусловлен эффект “сухости”, когда при повышении температуры из сухого льда сразу образуется густое облако СО2. Данный процесс называется сублимацией вещества.
Попытки получить диоксид углерода в твердой фазе датировались еще серединой 19 в., хотя поставить данный процесс на поток удалось только в следующем веке, после чего он постоянно совершенствовался. Сегодня технологическая цепочка производства замороженной углекислоты выглядит так:
- Под высоким давлением газ сжижается.
- Жидкий СО2 поступает в теплообменник, где доводится до температуры отверждения.
- Полученные снежные хлопья отправляются на формование, где преобразуются в гранулы или ледяные глыбы.
в контейнере
Для хранения диоксида углерода в замороженном состоянии необходимо поддерживать соответствующие температурные условия, иначе неизбежен процесс сублимации. Например, если сухой лед хранить в обычной морозильной камере, то интенсивность испарения варьируется от 1% до 10% в сутки.
Применение сухого льда
В обычных условиях углекислота не может долго находиться в твердом состоянии, однако длительность сублимации является достаточной, чтобы охлаждать другие продукты во время перевозок на большие расстояния. Настоящий бум популярности возник в 30-х годах прошлого века в США, когда это вещество стали активно применять при перевозке пищевых продуктов с помощью железнодорожного транспорта. Даже с учетом длительности поездок между западным и восточным побережьем, диоксид углерода прекрасно справлялся со своей задачей.
Охлаждающая способность углекислого газа становится полезна во время выездной торговли мороженым или другими скоропортящимися продуктами. Даже в аэропортах не могут обойтись без этого компонента, снабжая им термобоксы, которые способны сохранять свежие обеды на протяжении многочасового перелета.
Поскольку в процессе испарения ледяной углекислоты образуется сухой белый дым, это свойство часто применяется для создания дополнительных эффектов во время фотосессий или съемок видеоклипов. Также этот продукт очень популярен в ресторанном и барном деле. С его помощью охлаждают бокалы, о чем подробно было рассказано .
Варианты эксплуатации сухого льда не ограничиваются вышеперечисленными примерами, он также часто используется для хранения цветов, очистки поверхности от сложных загрязнений, хранения и транспортировки медпрепаратов, химических опытов и др.
Научные эксперименты:
Вопросы безопасности
Сам по себе газ СО2 является безопасным для человека, однако при работе с его охлажденным вариантом необходимо придерживаться следующих мер:
- Нельзя работать без защитных перчаток.
- При хранении и перевозке больших объемов льда следует контролировать постоянную проветриваемость помещения.
- Хранение в герметичных контейнерах может привести к их разрыву из-за возросшего внутреннего давления.
- Нельзя допускать прямого контакта отвержденного СО2 с продуктами питания, поскольку чрезмерно низкая температура может привести к непредвиденным реакциям и разложению продукта на компоненты.
- Для утилизации твердого диоксида углерода достаточно оставить его в помещении с открытыми окнами и подождать, пока он полностью испарится.
Приобрести углекислоту для реализации различных задач промышленности можно в компании «Промтехгаз» — одного из ведущих поставщиков газовой продукции и оборудования в Московском регионе.
Сухой лед - крайне полезный материал, который применяется для охлаждения. Он представляет собой углекислый газ, переведенный твердое состояние. Главным достоинством такого льда является отсутствие влаги после таяния, из-за чего он значительно превосходит обычный лед во многих ситуациях.
Сухой лед производится из жидкой углекислоты, в результате чего получается блок белого цвета. Он довольно тяжелый, превосходя по массе обычный лед в 1.5 раза.
Важной особенностью сухого льда является то, что он не может долго храниться без необходимого контейнера. Это обусловливается его низкой температурой, а также отсутствием жидкой фазы - при таянии такой лед сразу превращается в пар.
Преимуществом перед другими охлаждающими расходными средствами является крайне низкая температура сухого льда - минус 78.5 градуса Цельсия. Это позволяет применять его в различных термоконтейнерах, ведь его потенциал для охлаждения крайне велик. Однако работать с сухим льдом можно и без перчаток - при непродолжительном контакте кожа не получает никаких повреждений.
Хранение сухого льда
Так как температура сухого льда крайне низкая, его хранение требует специального оборудования. Его ни в коем случае нельзя хранить в холодильнике, ведь даже там он будет таять. Поэтому в качестве контейнера для транспортировки и хранения применяются только специальные термоизолированные боксы, имеющие минимальный теплообмен с окружением.
Купить контейнеры для сухого льда можно у нас. Мы предлагаем широкий ассортимент различного оборудования, которое позволит значительно продлить его срок жизни. Здесь вы найдете именно тот контейнер, который подойдет для ваших задач и объемов льда.
При атмосферном давлении, при понижении температуры газообразного диоксида углерода CO2 до уровня -78,5°C, происходит его десублимация, то есть прямой переход из газообразного состояния в твердое, минуя жидкую фазу. При давлении выше 5,1 бар, двуокись углерода проходит при охлаждении и жидкую фазу. Получающаяся твердая форма двуокиси углерода была, в свое время, названа сухим льдом как раз из-за того, что при повышении температуры твердый CO2 не тает, то есть не превращается в жидкость, а без следов испаряется, переходя в газообразное состояние. (Название «сухой лед» изначально было в 1925 году зарегестрировано как торговая марка американской компанией DryIce Corporation of America , впервые в истории начавшей коммерческое производство сухого льда для продажи его как охладителя. С тех пор, термин «сухой лед» перешел в разряд нарицательных, подобно, например, «ксероксу» как в английском, так и в русском языках, или «памперсам» в русском.)
Сухой лед представляет собой твердую субстанцию белого цвета, с плотностью, варьирующейся в диапазоне от 1,4 до 1,6 г/см³. Сухой лед имеет низкую как теплопроводность, так и электрическую проводимость.
Куски сухого льда
Производство сухого льда
Изготовление сухого льда представляет собой относительно несложный процесс, основными стадиями которого являются:
1. Получение оксида углерода-4 (он же CO 2) или газовой смеси с высоким его содержанием. В промышленности, диоксид углерода получают, в том числе, как побочный продукт синтеза аммиака из азота и природного газа, а также, опять же, побочный продукт при ферментации (брожении). Также, CO2 можно получить сжиганием углеводородного топлива и в ходе многих других химических реакций. В промышленности, с использованием специализированного оборудования, получение и выделение CO2 не сложно; в домашних условиях, сложность представляет не столько само получение диоксида углерода, сколько его сбор и изоляция от побочных продуктов той или иной реакции.
2. Сжатие газообразного диоксида углерода до давления ниже 5,1 атмосферы при его одновременном охлаждении до температуры ниже -56,4°C → происходит переход газа в жидкую фазу.
3. Затем, давление уменьшают. Расширяющаяся жидкая двуокись азота испаряется, активно поглощая тепло. Это быстрое охлаждение не дает испариться всему CO2 - часть его затвердевает, кристаллизуясь в похожие на снег хлопья. Это уже и есть твердый CO 2 - для того, чтобы превратить его в «полноценный» сухой лед, хлопья спрессовывают в бóльшие по габаритам куски, как правило, в форме брусков-параллепипедов массой порядка 30 кг или в форме небольших цилиндров диаметром около 1 см. Бруски удобны тем, что благодаря малой, относительно объема, площади поверхности они медленно сублимируются (испаряются). Цилиндрики же удобны при упаковке и широко используются при работе с небольшими количествами сухого льда, например, в лабораториях или в упаковке продуктов для отправки их конечному потребителю.
Использование сухого льда
Наиболее масштабно сухой лед используется для замораживания и поддержания в охлажденном состоянии пищевых продуктов, в том числе мороженого и газированных напитков, когда использование механического (циклического) охлаждения невозможно, неудобно или нежелательно по другим причинам. Как частный случай, можно упомянуть мгновенное замораживание, которое иногда используется для замораживания как продуктов, так и биологических образцов, лабораторных проб и т.д.
Другой сферой коммерческого использования сухого льда является создание искусственного сценического дыма - который все видели, но не все знают, что клубящиеся у пола дымовые завесы на сцене и танцевальных площадках создаются путем помещения сухого льда в воду, которая увеличивает скорость его сублимации (испарения). Собственно, искусственный дым можно, конечно, производить и другими способами, но отличие эффекта дымовых машин, использующих сухой лед, от других их типов заключается в том, что «дым» от CO2 стелется по земле - что обычно не требуется от промышленных или военных дымовых машин, но востребовано в декоративных целях.
Коммунальные службы иногда используют сухой лед для замораживания небольшого участка водяного трубопровода, при невозможности его изоляции более «конвенциональными» способами (например, при отсутствии отсечных вентилей): участок изолируется кожухом, в который подается жидкий CO2. Часть его испаряется, поглощает тепло, и оставшаяся бóльшая часть превращается в сухой лед, который, в свою очередь, начинает медленно сублимироваться, дальше поглощая тепло - что, в конечном итоге, приводит к замерзанию воды в трубе на строго изолированном участке, то есть образованию в трубе ледяной пробки.
Среди других бытовых применений сухого льда можно назвать такие «экхотические», как удаление бородавок, приманка насекомых (многих насекомых привлекает диоксид углерода) и охлаждение компьютеров.
В промышленности, основными применениями сухого льдя являются струйно-абразивная обработка поверхностей, удаление нежелательных газообразных примесей из резервуаров, заморажение воды в бесклапанных трубах, извлечение вкладышей из больших цилиндров оборудования или, наоборот, изготовление и сборка компонентов оборудования с высокой надежностью соединений.
При струйно-абразивной обработке поверхностей, небольшие гранулы сухого льда выстреливаются из сопла вместе со сжатым воздухом и, соударясь с очищаемой поверхностью, удаляют с нее чернила, краску, клей, резину, пластиковое покрытие и т.д. Струйная обработка сухим льдом имеет то преимущество перед пескоструйной, паровой, водяной или иной абразивной обработкой, что не оставляет жидких или твердых частиц на месте проведения такой обработки - сухой лед полностью испаряется, превращаясь в газообразную двуокись углерода.
При дегазации резервуаров хранения, в пустой резервуар засыпается сухой лед. Сублимируясь, он устремляется к выходу из резервуара, унося с собой горючие, ядовиты и прочие нежелательные примеси.
Сухой лед применяют для разборки или сборки плотно соединенных частей. Например, в больших цилиндрах, встречающихся в судовых двигателях внутреннего сгорания, обычно имеются вкладыши, предохраняющие стенки самого цилиндра от износа. Вставка вкладышей и их обратное извлечение производится с охлаждением их сухим льдом - охлаждаясь, вкладыш сжимается и свободно заходит или выходит из цилиндра. Будучи вставленным в цилиндр охлажденным, вкладыш затем нагревается, расширяется и очень плотно примыкает к стенке цилиндра. Аналогичным способом собираются и некоторые другие части с требуемой высокой надежностью соединений.
Бомба из сухого льда
Примитивная самодельная бомба состоит из контейнера (обычно, пластиковой бутылки), который на 20-30% заполняется водой. В бутылку помещают также некоторое количество сухого льда и плотно закрывают. Вода ускоряет сублимацию сухого льда, он испаряется, давление внутри бутылки растет, и она с шумом взрывается.
Доступность ингридиентов и простота создания делают самодельную бомбу с сухим льдом распространенным взрывчатым устройством. При этом, бомба может представлять серьезную опасность: например, в результате помещения в бутылку слишком большого количества льда и/или слишком высокой внешней температуры бомба может взорваться уже через несколько секунд, пока ее создатель еще находится близко (подразумевается, что стоять около снаряженной бомбы или, тем более, держать ее в руках никто не будет). В результате, можно получить повреждения от взрывной волны, от разлетающихся еще не сублимировавшихся кусков сухого льда, а также, при особом невезении, и повреждение слухового аппарата. Отдельным случаем является неразорвавшаяся бомба: с одной стороны, оставлять ее лежать нельзя; с другой стороны, приближаться к ней небезопасно. Неразорвавшуюся бомбу с сухим льдом нужно разорвать с безопасного расстояния, выстрелом или иным способом - целью должно являться повреждение целостности контейнера (бутылки или другого) и, как следствие, выпуск из него давления и обеспечение невозможности его роста внутри контейнера в будущем. Из стеклянных бутылок бомбы с сухим льдом делать не следует.
В большинстве стран бомбы с сухим льдом закон изготавливать запрещает. В России, например, подобные действия могут рассматриваться как «незаконное изготовление взрывных устройств» и, соответственно, подпадать под статью 223 УК РФ. Мы не знакомы с судебной практикой по таким делам, но, вероятно, возможность возбуждения уголовного дела будет определяться, во-первых, обстоятельствами и общественной опасностью конкретного случая изготовления бомбы, и, во-вторых, последствиями или отсутствием таковых. Что же касается результатов следственной и экспертной оценки того, подпадает ли бомба с сухим льдом под понятие «взрывного устроства», то можно с высокой вероятностью предположить, что эксперты дадут ответ «да».
В законах некоторых стран взрывные устройства запрещены, но определены как, например, только устройства, взрыв в которых обусловлен химической реакцией (что и происходит в случае «настоящих» взрывчатых веществ - динамита, тринитротолуола, пластита, аммонала и т.д. и т.п.); в бомбе из сухого льда же химических реакций не происходит, а имеет место только фазовый переход вещества из одного состояния в другое - то есть, в таких странах подобные бомбы легальны. Примером может служить американский штат Калифорния, закон в котором составлен настолько неквалифицировано, что действительно запрещает «герметичные контейнеры с сухим льдом», но только «собранные с целью организации взрыва посредством химической реакции« - видимо, калифорнийские законодатели не знали, как работает бомба с сухим льдом.
Впервые твердая углекислота (сухой лед) появилась на арене истории в 1835 году, благодаря французскому ученому К. Тидорье. Однако идея нашла применение лишь 90 лет спустя, в США, лед стали использовать для сохранности продуктов во время железнодорожных транспортировок. Приблизительно к 1932 году производство сухого льда было поставлено на поток.
Твердая углекислота получается путем быстрого испарения жидкой, под уменьшенным давлением. Внешне сухой лед, конечно, больше напоминает гранулы или бруски тщательно спрессованного снега, нежели затвердевшую воду.
Вопреки чрезвычайно низкой температуре, она не слишком ощутима для пальцев, что связано с защитной прослойкой углекислого газа, образуемой при соприкосновении. На деле же, уровень холодопроизводительности сухого льда в два раза превышает тот же показатель, характерный для льда стандартного.
Применение сухого льда
Широко используется в качестве охлаждающего элемента при , а также транспортировке пищевых продуктов. Кроме того, применяется для получения и поддержания низких температур в условиях научно-исследовательских экспериментов и при испытательных сборках в области машиностроения.
Эффективность использования сухого льда в пищевой промышленности объясняется углекислой средой, которая препятствует жизнедеятельности микроорганизмов. Иными словами, продукты защищены не только от сырости, но и от появления плесени, бактерий, насекомых и даже грызунов.
Помимо вышеупомянутых областей применения сухого льда, следует отметить: безабразивную очистку всех видов поверхностей, хлепопекарную область (для замедления роста дрожжевых бактерий), срочную замену морозильных камер в условиях неисправности, газирование напитков, клеймение скота, удаление небольших участков напольной керамической плитки, замедление процесса цветения, медицина, ритуальные услуги и многое другое.
Можно забавы ради прижать металлическую ложку к кусочку углекислоты, что вызовет акустический эффект в виде писка. Этот «феномен» объясняется микровибрацией при возгонке льда (переходе из твердого в газообразное состояние).
При помещении гранул сухого льда в воду, возникает эффект, визуально напоминающий процесс бурления воды. Сие вызвано все той же углекислоты.
Кусочек сухого льда в закупоренной с проточной водой после взбалтывания обратит обычную воду в газированную. Если же превысить количество сухого льда, возможен взрывной эффект.
Известно, что несколько кусков углекислоты способны погасить горящий бензин.
Сухой лед - это углекислый газ (СО2), только твердая его форма. Он не пахнет и не имеет вкуса, не горит и не проводит ток, бесцветен. Его изобрели во Франции в 1835 году. Однако в коммерческих целях его стали активно производить только лишь через 90 лет в США.
Свое название он получил за главную физическую особенность. Под влиянием высокой температуры сухой лед, перескакивая через жидкое состояние, сразу превращается в газ. Причем холода он дает в два раза больше, чем обычный лед при одинаковой температуре.
В чем преимущества сухого льда
Основное преимущество сухого льда - это отсутствие токсичного эффекта, так как лед при нагревании сразу переходит в углекислый газ без образования дополнительных соединений. Экологичность и особенные физические свойства дают возможность применять сухой лед во многих отраслях промышленности, производстве продуктов питания, медицине.
Где применяется сухой лед
В основном, конечно, сухой лед используется по прямому своему назначению в торговле и пищевой промышленности - для хранения, охлаждения, заморозки и транспортировки продуктов питания. При его применении продукты не гниют, на них не появляются бактерии и плесень. А стоимость системы охлаждения с сухим льдом намного ниже, чем стоимость обычной холодильной установки.
Помимо этого, сухой лед используется во многих областях и отраслях промышленности, медицине:
- Медицина . Охлаждение, хранение и перевозка трансплантатов и крови.
- Строительная промышленность . Это чистка фасадов и различных поверхностей, заморозка грунта, удаление асфальтового покрытия, очистка артезианских колодцев, удаление керамической плитки и так далее.
- Машиностроение и другая тяжелая промышленность : чистка оборудования и узлов, холодная посадка деталей, изготовление пластичных видов нержавеющих и легированных сталей, алюминиевых сплавов (отожженных), для помола, дробления и консервации карбида кальция, для снятия излишков металла после отливки (облоя).
- Развлекательная сфера : искусственный дождь, туманные пузыри, поющий металл (издает звуки), разгон облаков, карбонизация напитков, создание сценического дыма на спектаклях и концертах, различных спецэффектов.
- В качестве инертной среды (вытесняет кислород) для истребления грызунов или демонтажа емкостей с горючими жидкостями либо газами.
- Цветоводство . Сухой лед может охлаждать растения и тормозить их цветение, подкармливать тепличные растения.
- Хлебное производство . Замедление роста дрожжей.
- Скотоводство. Сухой лед часто используют, чтобы клеймить крупный рогатый скот, лошадей.
- Для создания давления в емкостях . Дело в том, что при испарении, сухой лед расширяется в 800 раз.
Технология производства сухого льда
В сухой лед переходит углекислый газ при охлаждении и сжатии. Сам газ для сухого льда получают несколькими способами. В промышленности его делают из продуктов разложения доломита или известняка, печных газов. Смесь газов обрабатывают карбонатом калия. Образуется гидрокарбонат, раствор которого при понижении давления и производит углекислоту. Для пищевой промышленности применяют газ из спиртового брожения.
Углекислый газ также получают при разделении воздуха. Он является побочным продуктом извлечения чистого кислорода, аргона и азота.
В лаборатории небольшие количества сухого льда путем химической реакции гидрокарбонатов и карбонатов с кислотами.
Где можно купить
Превосходный высококачественный сухой лед оптом и в розницу можно приобрести в нашей компании. Для хранения и заморозки продуктов или для промышленного использования - все это предоставляется нами для Вас! У нас его изготавливают по самым последним технологиям, качественно и быстро. Покупая сухой лед в нашей компании, Вы можете быть полностью уверены в продукте. Мы делаем такой сухой лед, чтобы Вы к нам еще вернулись.
