Технологические схемы производства сухого льда.
Отвод теплоты от жидкой углекислоты может производиться одним из следующих двух способов:
— внешний отвод теплоты — отвод теплоты от находящейся под давлением жидкой углекислоты через стенку сосуда при температуре ниже температуры тройной точки; конденсация газообразной углекислоты осуществляется непосредственно из газовой смеси, содержащей углекислый газ, с последующим отводом теплоты при температуре ниже температуры тройной точки;
— внутренний отвод теплоты — испарение жидкой углекислоты с отводом паров от поверхности; дросселирование жидкой углекислоты до давления тройной точки с последующим прессованием полученного снега; расширение жидкой углекислоты с получением внешней работы; испарение жидкой углекислоты при давлении 686¸882 кПа с частичной сублимацией уже образовавшейся твердой углекислоты и отводом пара через ее поры.
Практическое применение получил способ, основанный на внутреннем отводе теплоты при дросселировании жидкой углекислоты с последующим прессованием снега в специальных сухоледных прессах или отводом образующихся паров через поры блока сухого льда в льдогенераторах.
Снижение давления жидкой углекислоты от давления конденсации до давления тройной точки может происходить как при однократном дросселировании (простой цикл), так и при многократном (цикл с промежуточным отводом пара). При этом давление конденсации может принимать следующие значения: 6370 — 6860 кПа (цикл высокого давления), 1568 — 1960 кПа (цикл среднего давления), 736 — 882 кПа (цикл низкого давления).
Технологические схемы производства сухого льда основаны преимущественно на применении цикла высокого давления с промежуточным отводом пара.
Схемы с циклом среднего давления и промежуточным отводом пара, термодинамически более выгодные, пока имеют очень отграниченное применение, поскольку трудно подобрать углекислотные и аммиачные компрессоры с необходимыми характеристиками.
Схемы с простым циклом низкого давления требуют применения низкотемпературных двухступенчатых холодильных машин, усложняющих условия эксплуатации, что делает их использование в настоящее время нецелесообразным.
Блоки сухого льда получают либо в сухоледных прессах, либо в льдогенераторах вне зависимости от принятой технологической схемы.
Схема производства сухого льда с циклом высокого давления.
Углекислый газ и отсасываемые из ледогенераторов пары (нижний отсос) поступают к всасывающей стороне углекислотного компрессора 1 (рис. 3). Отвод теплоты сжатия и отделение капельной влаги производятся в холодильниках 2 и масловлагоотделителях 3, которые одновременно выполняют роль смесителей газа, нагнетаемого ступенями компрессора и отсасываемых паров, обеспечивая отделение капельной влаги, образующейся при смешении холодного и теплого потоков газов.
Рис. 3 Схема производства сухого льда с циклом, высокого давления с промежуточным отбором пара: 1 — углекислотные компрессоры; 2 — холодильники; 3 — масловлагоотделители; 4 — блок очистки и осушки; 5 — конденсаторы; 6 — стапельный баллон; 7 — первый промежуточный сосуд; 8 второй промежуточный сосуд; 9 — льдогенераторы.
Сжатый газ проходит блок очистки и осушки 4 и поступает в конденсатор 5. Жидкая углекислота, пройдя стапельные баллоны 6, которые служат промежуточной емкостью высокого давления, дросселируются до давления 2452 — 2744 кПа. Полученные при дросселировании пары отсасываются третьей ступенью компрессоров, а жидкость накапливается в первом промежуточном сосуде 7, откуда дросселируется до давления 736 — 980 кПа во второй промежуточный сосуд 8. Пары отсасываются второй ступенью компрессора, а жидкая углекислота из сосуда направляется в льдогенераторы 9 (на схеме условно показан один льдогенератор), которые работают поочередно.
Льдогенераторы заполняются жидкой углекислотой самотеком при открытом вентиле уравнительной линии (верхний отсос) и закрытых диафрагмах (нижний отсос). После заполнения открывают одну из диафрагм нижнего отсоса, что обеспечивает дросселирование жидкости до давления всасывания.
При давлении тройной точки жидкость превращается в сухой лед. Процесс льдообразования распространяется в полости льдогенератора снизу вверх концентрическими поверхностями, причем роль дросселя выполняет масса сухого льда. Окончание процесса льдообразования характеризуется падением давления внутри льдогенератора до давления всасывания первой ступени компрессора.
Схема производства сухого льда методом прессования с циклом высокого давления.
Снег, получаемый при дросселировании жидкой углекислоты до давления ниже давления тройной точки, превращается в блоки сухого льда в результате его сжатия (прессования). Удельная масса сухого льда зависит от давления и продолжительности сжатия, а также от формы блока и практически составляет 1 ,4 — l,6 кг/дм 3 . При получении сухого льда методом прессования в специальных сухоледных прессах давление сжатия снегообразной массы больше, чем в льдогенераторах. Углекислый газ и отсасываемые из пресса пары (нижний отсос) поступают к всасывающей стороне основного компрессора, которым они сжимаются до давления конденсации. Схема сжижения сжимаемого основным компрессором газа аналогична схеме, представленной на рис. 3.
Жидкая углекислота поступает к стапельным баллонам, откуда, пройдя теплообменники, предназначенные для рекуперации холода отсасываемых из второго промежуточного сосуда и сухоледного пресса паров, дросселируется до давления 2450 — 2940 кПа в первый промежуточный сосуд.
Полученные при дросселировании пары отсасываются третьей ступенью дополнительного компрессора, а жидкая углекислота дросселируется до давления 980 — 1470 кПа во второй промежуточный сосуд. Образовавшиеся при дросселировании пары через теплообменник отсасываются второй ступенью дополнительного компрессора, а жидкая углекислота, пройдя мерный бачок, обеспечивающий заполнение пресса необходимым количеством жидкости, дросселируется в снеговые камеры сухоледного пресса до давления, равного давлению тройной точки, 517 кПа.
Полученные при дросселировании пары отсасываются через теплообменник первой ступенью дополнительного компрессора (верхний отсос).
Процесс заполнения снеговой камеры продолжается около 6 мин, после чего регулирующий вентиль закрывается, а продолжающий действовать верхний отсос доводит давление в камере до 392 — 440 кПа. После этого верхний отсос отключают и включают нижний, обеспечивающий снижение давления в камере до 147 — 157 кПа. По достижении указанного давления накопленный в камере пресса углекислотный снег сжимается, в результате чего получается компактный блок сухого льда с удельной массой до 1,6 кг/дм 3 . После удаления блока из камеры прессующий поршень поднимается вверх, а отверстие камеры закрывается головкой плунжера нижнего цилиндра.
Во время работы нижнего отсоса, обеспечивающего снижение давления, и освобождения от блока одной камеры в другой камере накапливается углекислотный снег.
Дополнительный компрессор сжимает пары до давления конденсации. Отвод теплоты сжатия и отделение капельной влаги производятся в холодильниках дополнительного компрессора и маслоотделителях, одновременно выполняющих роль смесителей. Сжатый газ проходит блок очистки, предназначенный для очистки газа от масла (сжимаемый в дополнительном компрессоре газ влаги не содержит), и поступает в конденсатор. Полученная жидкая углекислота соединяется с потоком жидкости, идущим из конденсатора основного компрессора.
Схема производства сухого льда с циклом низкого давления.
Газ сжимается в одноступенчатом компрессоре 1 (рис. 4) до давления 882 — 980 кПа, направляется в водяной холодильник 2, маслоотделитель 3, колонку с хлористым кальцием 4, силикагелевый фильтр 5 и вымораживатель влаги 6. В конденсаторе-испарителе 7 газ сжижается и затем направляется в льдогенераторы для получения блоков сухого Льда. Из ледогенераторов газ поступает в компрессор 1.
Холод, необходимый для вымораживания влаги из углекислого газа и сжижения его, получают от компрессионной или абсорбционной холодильной установки. Для конденсации углекислоты при давлениях 882 — 980 кПа температура кипения хладагента в конденсаторе-испарителе должна составлять — 48 ¸ -45 о С.
Дальнейшее снижение давления конденсации углекислоты может быть достигнуто при использовании холода, генерируемого при более низких температурах, например в холодильных установках с трехступенчатым сжатием хладагента или в каскадных холодильных машинах с циркуляцией различных хладагентов.
Рис. 4. Схема производства сухого льда при низком давлении: 1 — компрессор; 2 — водяной холодильник; 3 — маслоотделитель; 4 — колонка с хлористым кальцием; 5 — силикагелевый фильтр; 6 — вымораживатель влаги; 7 — конденсатор-испаритель; 8 — льдогенераторы: 9 — отделитель жидкого аммиака.
Источник
Технология производства сухого льда
Производство и доставка сухого льда в гранулированном виде и обязательно высокого качества, осуществляется круглогодично. Производится гранулированный лед на современном оборудовании соответствующим всем европейским стандартам. Двуокись углерода, имеющая твердую форму, является сухим льдом. Сухой лед приобретает гранулированную форму на специализированном устройстве под названием Пеллетайзера.
Углекислая кислота, имеющая изначально жидкое состояние, поступая в устройство Пеллетайзер, подвергается охлаждению, вследствие чего она принимает другое состояние — можно сказать состояние рыхлого снега. Затем происходит большое прессование данной консистенции в твердый и намного плотнее объект.
В устройстве Поллетайзер предусмотрен поршневой механизм, с его помощью рыхлый спрессованный сухой лед, под необходимым давлением проходит через специальную фильеру, необходимого размера. Именно после этого процесса, спрессованный продукт приобретает вид гранул и образуется гранулированный сухой лед.
Для своих покупателей производители предлагают гранулированный сухой лед различного диаметра: от 1 до 16 миллиметров. Купить сухой лед можно применив любую подходящую тару клиента или запакованный в герметичные и термоизолированные специальные контейнеры производителя. Данный контейнер имеет высокую пенополиуретановую изоляцию, а его емкость вмещает почти 260 килограмм.
Открытие сухого льда
Если углубиться в историю, то можно понять, что сухой лед применялся еще в 19 столетии. Проводя многочисленные опыты, в 1835 году ученый по происхождению француз — К. Тидорье получил первый образец сухого льда.
Но, к сожалению, его открытие в те времена не нашло свое широкое применение и только с 1925 года на территории Соединенных Штатов Америки стали применять заморозку продукции с применением сухого льда.
В первую очередь это касалось продуктов питания перевозимых железнодорожными вагонами. Быстрая заморозка пришлась весьма по вкусу, властям США и в 1932 году производство сухого льда значительно увеличилось, на территории страны оно достигло пятьдесят пять тысяч тонн. Именно с того времени стало возрастать увеличение объемов изготовления и потребления сухого льда.
Почему же было принято назвать углекислоту в твердом состоянии именно «сухим льдом»?
Дело в том, что назвав ее сухим льдом, подтвердилась основная особенность данной разновидности льда: это вещество обладает редким свойством, под действием тепла углекислота превращается сразу же в газ, обходя состояние жидкости. Это объясняется тем, что находиться в жидком состоянии и под давлением углекислота совершенно не может. Стоит так же отметить, что холодопроизводительность льда в сухом виде превышает лед обычный, в два раза и это с учетом одинаковой температуры.
Изготовление сухого льда
Как было вышесказанно, сухой лед или углекислота в твердом состоянии, происходит из жидкой углекислоты под давлением и непременно при быстром испарении. Кусок сухого льда по внешним данным, скорее всего, напомнит каждому снег в прессованном виде, а не лед, он, если внимательно рассмотреть, совсем не похож на заледеневшую воду.
Производители изготавливают сухой лед в двух видах: гранулированный или в блочном исполнении. На первых этапах изготовления, сухой лед выпускался для потребителей только в виде блоков, при Советской власти производились блоки весом в 25 или 100 килограмм. Но технология производства не стоит на месте, и вскоре было разработано производство гранулированного сухого льда. Он пришелся по вкусу, потребителю и стал востребованным продуктом для многочисленных потребителей. Гранулированный сухой лед обладает более плотной структурой, его дозированное применение намного экономичнее и удобнее.
Так же стоит учесть один момент: применение блочного сухого льда в некоторых производствах просто не допустимо, из-за этого его приходится дробить, применяя крешер – это специальный прибор для измельчения сухого льда, данная процедура занимает некоторое время, что отвлекает работников от основной работы на производстве.
По своим свойствам сухой или углекислый лед намного тяжелее обычного льда и он обязательно утонет в воде. Он имеет очень низкую температуру -78,5С, но несмотря на это держа сухой лед в руке, холод слабо ощущается, кроме того, аккуратно держа кусок в руке, углекислый газ появляющийся от непосредственного соприкосновения с теплым телом, как бы обволакивает кожу руки, тем самым защищает ее от губительного действия мороза.
Про гранулированный сухой лед
У многочисленных потребителей сложилось такое мнение, что приобретая сухой лед, имеющий большие гранулы ими приобретается продукт, который менее сублимирует и тем самым обладает более длительным охлаждением из-за наличия небольшого отношения площади.
Однако на самом деле это убеждение не подтверждается на практике! Вполне вероятно, что причиной этому служит то, что между гранулами меньшего размера остается минимум воздуха, чем среди более крупных гранул, это может увеличить процесс самоохлаждения.
Проведя многочисленные исследования, было доказано, что гранулы имеющие диаметр 8 миллиметров гораздо хуже пригодны для поддержки температуры при низком режиме, в колбе контейнере, а вот гранулы с диаметром 3 миллиметра прекрасно справлялись с поставленной задачей.
Таким образом, можно с уверенностью утверждать: для продолжительного хранения различной продукции лучше всего воспользоваться гранулированным сухим льдом, имеющим трех миллиметровые гранулы, а в случае быстрой заморозки – восьми миллиметровые гранулы подойдут как нельзя кстати.
Источник
