Образование сухого льда название процесса

Сухой лед

Наверняка, многие видели сухой лёд. Тот самый, который тает, испаряясь клубами белого дыма. Покупая летом мороженое в уличных киосках, можно увидеть, что оно лежит морозильнике, окруженное кусками такого льда. Это сухой лёд — твёрдая двуокись углерода (CO2), при обычных условиях — атмосферном давлении и комнатной температуре, переходящая в парообразное состояние, минуя жидкую фазу. Температура замерзания сухого льда при нормальном давлении — минус 78,5 градусов.

По внешнему виду напоминает он напоминает обыкновенный лёд, отсюда и название. Вырабатывается такой лед на углекислотных установках и используется в основном для охлаждения пищевых продуктов, в научно-исследовательских работах для получения низких температур, при испытаниях и сборке некоторых агрегатов в машиностроении, а также при создании эффектов в шоуиндустрии, в медицине и многих других областях.

Название «сухой лед» изначально было в 1925 году зарегистрировано 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 же получают сухой лёд? Изготовление сухого льда представляет собой относительно несложный процесс. Сначала получают окись углерода, затем, сжимают газообразный диоксид углерода до давления не ниже 5,1 атмосферы при его одновременном охлаждении до температуры ниже -56,4 градуса, чтобы газ перешел в жидкую фазу. После чего, давление уменьшают и 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 большие по габаритам куски, как правило, в форме брусков-параллелепипедов массой порядка 30 килограмм или в форме небольших цилиндров диаметром около 1 сантиметра. Для хранения сухого льда применяются специальные термоконтейнеры, которые призваны увеличить срок хранения сухого льда.

Преимущества сухого льда перед естественным заключаются в отсутствии воды при таянии и в 3 раза большей холодопроизводительности.

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 так далее.

Применение сухого льда на железнодорожном транспорте обеспечивает перевозки скоропортящихся грузов на большие расстояния и устраняет необходимость частого пополнения изотермических вагонов льдом.

Сухой лед применяется для очистки оборудования на производстве. Технология криогенной очистки использует сжатый воздух высокого давления и гранулы сухого льда. При такой обработке поверхностей, небольшие гранулы сухого льда выстреливаются из сопла вместе со сжатым воздухом и, соударяясь с очищаемой поверхностью, удаляют с нее чернила, краску, клей, резину, пластиковое покрытие и так далее.

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. Гранулы льда не являются абразивным материалом, то есть не повреждают саму поверхность, и несут не только кинетическую, но и скрытую тепловую энергию. Резкое снижение температуры поверхности вызывает эффект «термического шока», при котором охлажденные до хрупкого состояния загрязнения отслаиваются от поверхности.

Важное преимущество чистки поверхностей сухим льдом, — это то, что подобный метод, полностью исключает возможность повреждения обрабатываемой поверхностей. Также, сухим льдом очищают не только оборудование, но и вентиляционные шахты и пресс формы, конвейерные ленты и даже фасады зданий.

При проведении концертов, спектаклей иногда требуется применение сухого льда для образования искусственного сценического «дыма». Отличительной особенностью такого «дыма» является то, что он не поднимается вверх, а стелется по полу, создавая эффект тумана. Это достигается путем помещения сухого льда в воду, которая увеличивает скорость его сублимации (испарения) с помощью специальных дымовых машин.

При дегазации резервуаров хранения, в пустой резервуар засыпается сухой лед. Сублимируясь, он устремляется к выходу из резервуара, унося с собой горючие, ядовитые и прочие нежелательные примеси.

Ещё, сухой лед применяют для охлаждения выработки в шахтах.

Интересные факты о сухом льде:

Первым создал сухой лед французский химик Чарльз Тилори. Это произошло в 1834 году. Однако промышленное производство наладили только спустя полвека.

1 килограмм сухого льда может заменить 15 килограмм льда из воды. А испаряется сухой лед в 5 раз медленнее, чем тает обыкновенный лед.

Бросив в пламя несколько кусочков сухого льда, можно быстро потушить горящий бензин. Существуют даже углекислотные огнетушители.

Облака, которые не дают ни капли дождя, можно «посыпать» сверху с самолетов дробленым на мельчайшие кристаллики сухим льдом. Сухой лед охлаждает облака и вызывает осадки.

Если к куску сухого льда прижать ложку, то можно услышать писк, вызванный микровибрациями ложки при возгонке льда.

Если кусок сухого льда бросить в воду, то можно будет наблюдать эффект кипения воды, вызванный переходом из твердого состояния льда в газообразное.

Источник

Сухой лёд, свойства, получение и применение

Сухой лёд, свойства, получение и применение.

Сухой лёд – это твёрдая форма углекислого газа – бинарного химического соединения углерода и кислорода, имеющее формулу CO₂.

Сухой лёд, формула, молекула, строение, состав, вещество:

Сухой лёд – это твёрдый углекислый газ (диоксид углерода, двуокись углерода, углекислота, оксид углерода (IV), угольный ангидрид).

Сухой лёд – это твёрдая форма углекислого газа – бинарного химического соединения углерода и кислорода, имеющее формулу CO₂.

Химическая формула сухого льда такая же как у обычного углекислого газа CO₂.

Строение молекулы сухого льда, структурная формула сухого льда аналогичны строению и структурной формуле углекислого газа:

При обычных условиях (атмосферном давлении и комнатной температуре) сухой лёд переходит в газообразное состояние, минуя жидкую фазу. Однако переход из твердого состояния в газообразное достаточно медленный. В связи с этим при контакте с твердой двуокисью углерода веществом достаточно быстро наступает обморожение, которое может стать критическим.

Температура сублимации при нормальном атмосферном давлении равна −78,5 °С (194,65 K). При возгонке поглощает около 590 кДж/кг (140 ккал/кг) теплоты.

По внешнему виду сухой лёд напоминает обычный лёд (отсюда название) или снегоподобную массу. Но в отличие от водяного льда он имеет температуру в -78,5°C. Имеет кислый «содовый» запах.

Сухой лёд сжимается в небольшие гранулы или более крупные блоки.

Плотность сухого льда около 1560 кг/м³.

Растворяется в воде. В 100 граммах воды растворяется 0,3803 грамма CO₂ при 16 °C, 0,3369 грамма CO₂ – при 20 °C, 0,2515 грамма CO₂ – при 30 °C. Растворяясь в воде, образует угольную кислоту Н₂CO₃. Нерастворенная в воде часть углекислого газа улетучивается, вызывая быстрое понижение температуры жидкости и образуя над водой плотный туман , который представляет опасность для жизни и здоровья из-за высокого содержания в нем CO₂ и снижения объемной доли кислорода. В свою очередь жидкость может затвердеть. Туман от сухого льда парит над землей или поверхностью предмета (жидкости и т.п.).

Двуокись углерода негорюча, но в ее атмосфере может поддерживаться горение активных металлов , например, щелочных металлов и щелочноземельных – магния, кальция, бария.

Твердая двуокись углерода нетоксична, невзрывоопасна.

Сухой лёд (как и углекислый газ) препятствует ростку бактерий, вирусов и гниению продуктов.

В остальном свойства сухого льда аналогичны свойствам углекислого газа.

Требования безопасности при обращении с сухим льдом:

По степени воздействия на организм человека двуокись углерода относится к 4-му классу опасности по ГОСТ 12.1.007-76.

Твердая двуокись углерода нетоксична, невзрывоопасна.

Твердая двуокись углерода может вызывать обмораживание кожи и поражение слизистой оболочки глаз.

Брать твердую двуокись углерода незащищенными руками не разрешается. При измельчении и фасовке сухого льда рекомендуется надевать защитные очки и рукавицы.

Обслуживающий персонал должен иметь: противогаз шланговый изолирующий, защитные очки , суконные рукавицы, телогрейку.

Газообразная двуокись углерода, содержащаяся в воздухе рабочей зоны до 0,5% по объему, не представляет опасности для здоровья; при более высоком содержании – оказывает вредное влияние на здоровье человека.

Двуокись углерода тяжелее воздуха в полтора раза и может накапливаться в слабопроветриваемых помещениях у пола и в приямках, а также во внутренних объемах оборудования для получения, хранения и транспортирования газообразной, жидкой и твердой двуокиси углерода, снижая содержание кислорода в воздухе, что может вызвать явления кислородной недостаточности и удушья.

Помещения для производства твердой двуокиси углерода, а также помещения для хранения контейнеров, заполненных двуокисью углерода, должны быть оборудованы общеобменной приточно-вытяжной и аварийной вентиляцией.

(см. ГОСТ 12162-77 «Двуокись углерода твердая. Технические условия», ГОСТ 8050-85 «Двуокись углерода газообразная и жидкая. Технические условия»).

Источник

Сухой лёд

«Сухой лёд» — твёрдый диоксид углерода CO₂, при обычных условиях (атмосферном давлении и комнатной температуре) переходящий в парообразное состояние, минуя жидкую фазу. По внешнему виду напоминает лёд (отсюда название).

Температура сублимации при нормальном давлении — минус 78,5˚ С. Технический «сухой лёд» имеет плотность около 1560 кг/м³, при возгонке поглощает около 590 кДж/кг (140 ккал/кг) теплоты.

Кристаллическая структура сухого льда

Вырабатывается на углекислотных установках. Используется для охлаждения пищевых продуктов (например, мороженого) при их транспортировке и хранении, в научно-исследовательских работах для получения низких температур, при испытаниях и сборке некоторых агрегатов в машиностроении и т. д.

ГОСТ 12162-77: Сухой лёд (диоксид углерода) — низкотемпературный продукт, получаемый из жидкой или газообразной двуокиси углерода. Нетоксичен. Цвет — белый.

Диаграмма фазового состояния сухого льда

Если к куску сухого льда прижать ложку, то можно услышать писк, вызванный микровибрациями ложки при возгонке льда.

Если кусок сухого льда бросить в воду, то можно будет наблюдать эффект, визуально похожий на кипение воды, вызванный переходом из твёрдого состояния льда в газообразное.

Несмотря на низкую температуру сухого льда, его можно трогать без защитных перчаток непродолжительное время.

Если маленький кусочек сухого льда закупорить в бутылке с водой и взбалтывать, то он растворится и получится газированная вода. Однако если положить слишком много, бутылка может взорваться.

Источник

Что такое сухой лед и почему он так популярен

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:

1. Под высоким давлением газ сжижается.
2. Жидкий СО2 поступает в теплообменник, где доводится до температуры отверждения.
3. Полученные снежные хлопья отправляются на формование, где преобразуются в гранулы или ледяные глыбы.

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 здесь.

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.

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.

Источник