Сухой лед
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 CO2) 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 CO2 — 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.
Самодельная бомба из сухого льда
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.
Источник
Памятка по безопасности, при обращении с сухим льдом.
«Сухой лёд» — твёрдый диоксид углерода CO2, при обычных условиях, сублимируется (переходит из твердого состояния в газообразное минуя жидкую фазу). Работая с сухим льдом, необходимо соблюдать основные меры безопасности, которые мы изложим ниже. Обращаем Ваше внимание, что твердый диоксид углерода применяется во многих отраслях и предусмотреть все возможные варианты сложно. Поэтому , прежде чем использовать сухой лед хорошо все обдумайте, просчитайте все риски, а если не уверенны, проконсультируйтесь у производителя. 1) Не используйте сухой лед в закрытом (плохо проветриваемом) помещении. При сублимации сухой лед выделяет большие объемы углекислого газа CO2. Это бесцветный газ, не токсичен, при малых концентрациях в воздухе. Не имеет запаха и тяжелее воздуха приблизительно в 1,5 раза и именно в этом потенциальная опасность. Углекислый газ имея больший вес вытесняет кислород и поднимает его выше к потолку. Поэтому в первую очередь, необходимо внимательно наблюдать за детьми и животными, так как на уровне их роста концентрация CO2 может быть больше ,чем на уровне роста взрослого человека. При критическом содержании углекислого газа в воздухе, взрослый, здоровый человек может потерять сознание за один-два вздоха. Так же обратите внимание, что не каждая вентиляция может создать подходящие условия для использования больших объёмов сухого льда. Использование сухого льда в подвальных помещениях строго запрещено, единственное исключение составляет наличие приточно-вытяжной вентиляции, при этом вытяжная вентиляция должна быть конструктивно модифицирована и забор воздуха должен производиться на уровне пола, а мощность приточно-вытяжной вентиляции должна быть рассчитана так, чтобы производить полную замену воздуха в помещении не менее чем 3-7 раза за час.
2) При перевозке сухого льда в салоне/багажнике автомобиля откройте окна, включите приточную вентиляцию и направьте в лицо. Помните, сухой лед непрерывно испаряется и выделяет большие объемы углекислого газа, который не имеет цвета и запаха и при езде в автомобиле, даже не критическое его содержание, может спровоцировать аварию. В случае если автомобиль в салоне/багажнике которого транспортируется сухой лед ставился на стоянку, перед продолжением движения, необходимо тщательно проветрить салон автомобиля. При транспортировке сухого льда в изотермическом кузове грузового автомобиля, при открытии грузового отсека, необходимо произвести проветривание в течении 5 минут (не менее), прежде чем зайти внутрь. 3) Не допускайте контакта сухого льда с кожей/глазами. Не глотайте сухой лед. Температура свежего сухого льда составляет −78,5 °С, при контакте с кожными покровами может вызвать термические ожоги (обморожения). Для работы с сухим льдом используйте средства защиты. а) Работая с сухим льдом подберите подходящую одежду, она должна быть с длинными рукавами, длинными штанами и закрытой обовью. б) Для защиты рук используйте перчатки. При кратковременном контакте с сухим льдом, можно использовать обычные строительные хлопчатобумажные перчатки. Если предполагается длительный контакт с сухим льдом ,необходимо использовать утепленные перчатки. в) Органы зрения рекомендуется защитить защитными очками/маской. При декорировании пищевых продуктов (дизайнерских блюд/коктейлей) ,запрещается их употребление их в пищу до полной сублимации сухого льда. Помните, даже самая маленькая его частица, может вызвать сильнейшие ожоги слизистой, а при проглатывании, способно причинить более серьезный вреда здоровью.
4) При обработке сухого льда не используйте инструменты ,не предназначенные для этого. Бытовые инструменты не предназначены для работы в критически низкой температуре −78,5 °С (температура свежего сухого льда) , метал инструментов становиться хрупким и возможна его фрагментация, в следствие чего, поражение осколками как оператора так и третьих лиц. Не рекомендуется применять молоток для фрагментации сухого льда, осколки сухого льда, образующиеся в процессе, могут причинить ожоги и оператору, и третьим лицам.
5) Строго запрещается помещение сухого льда в герметичные емкости. Не допускайте прямого контакта сухого льда с газированными напитками в бутылках/жестяных банках. В следствии непрерывной сублимации сухого льда, в герметично зарытой емкости создастся избыточное давление, которое в свою очередь приведет к неизбежному разрыву емкости, что может привести к тяжелым травмам. При замерзании напитка ,создается избыточное давление вследствии вытеснения CO2 из состава напитка, что может привезти к разрыву емкости.
6) Запрещается транспортировка/хранение/использование сухого льда лицами, не достигшими 18 лет без присутствия ответственных взрослых. Вы должны внимательно, неотрывно наблюдать за ребенком при работе с сухим льдом. Всегда находиться на расстоянии шаговой доступности, чтобы в случае возникновения кризисной ситуации, незамедлительно вмешаться. В случае если ответственный взрослый один, то работать с сухим льдом может только один ребенок. В ситуации, когда ответственных взрослых несколько, каждый из них контролирует по одному ребенку, неотрывно наблюдая за каждым его действием. Ситуация, при которой детей, работающих с сухим льдом больше чем ответственных взрослых НЕДОПУСТИМА.
7) Не выбрасывайте сухой лед в канализацию (раковину/туалет). Не выбрасывайте сухой лед вместе с мусором. Из-за сублимации и низкой температуры сухой лед может нанести серьезные повреждения элементам канализации . В случае утилизации излишков, дайте сухому льду полностью испариться в хорошо проветриваемом помещении, где не может образоваться высокая концентрация углекислого газа, или на открытой площадке на улице.
Источник
