Сухой лед – это твердая форма углекислого газа (CO₂), обладающая уникальными физико-химическими свойствами. Благодаря способности сублимироваться (переходить из твердого состояния в газообразное, минуя жидкую фазу), он широко используется в промышленности, медицине, логистике и других сферах.
В данной статье мы подробно рассмотрим свойства, схемы получения и основные этапы производства сухого льда, а также его применение.
Содержание
Основные свойства и характеристики сухого льда
Сухой лед ценится за свои исключительные термодинамические свойства, которые делают его одним из самых эффективных хладагентов.
- Температура сублимации: сухой лед имеет температуру -78,5 °C, что позволяет использовать его для длительного охлаждения без потребности в электричестве.
- Сублимация: при переходе из твердого состояния в газообразное сухой лед не оставляет жидких следов, что исключает вероятность загрязнения.
- Плотность: в зависимости от формы продукта, плотность варьируется от 1,4 до 1,6 г/см³, что обеспечивает высокую энергоемкость.
- Холодопроизводительность: при сублимации 1 кг сухого льда поглощает около 573 кДж энергии (137 ккал), что делает его незаменимым в системах охлаждения.
- Экологичность: сухой лед производится из углекислого газа, который в противном случае мог бы быть выброшен в атмосферу. Это снижает углеродный след.
Как делают сухой лед
Технологический процесс производства сухого льда состоит из трех стадий: получение чистого углекислого газа, его сжижение и производство твердой формы CO₂.
Получение чистого углекислого газа
Углекислый газ выделяется из различных промышленных источников:
- дымовые газы,
- побочные продукты химического производства (например, при синтезе аммиака или этанола),
- биохимические процессы, такие как брожение.
Для улавливания CO₂ из газов используется процесс химической абсорбции, в котором абсорбентом служит моноэтаноламин (MEA).
Свойства моноэтаноламина:
- Прозрачная, вязкая жидкость с температурой кипения 170 °C.
- Плотность при 20 °C: 1,019 кг/л.
- Высокая поглощающая способность позволяет эффективно извлекать углекислый газ при температуре 35–45 °C.
- Процесс десорбции CO₂ происходит при температуре выше 105 °C.
Эффективность MEA превосходит абсорбенты (например, кальцинированную соду), а оборудование для его использования стало более компактным и экономичным.
Получение жидкой углекислоты
На следующем этапе очищенный углекислый газ подвергается компрессии и охлаждению для перехода в жидкую фазу:
- Сжатие газа до давления 20 бар.
- Охлаждение до температуры -20 °C.
Полученная жидкая углекислота хранится в изолированных резервуарах, которые защищают от теплопередачи и увлажнения.
Производство сухого льда
Жидкий углекислый газ направляется в установки для быстрого снижения давления, что приводит к образованию “снежной” формы CO₂. Этот углекислый “снег” затем прессуется в требуемую форму:
- Гранулы – для мобильного использования.
- Брикеты или блоки – для длительного хранения и транспортировки.
Эти формы обладают разной плотностью и параметрами, что позволяет адаптировать их для конкретных целей.
Применение сухого льда
Сухой лед нашел применение в широком спектре отраслей:
- Промышленное и коммерческое охлаждение:
- Используется в системах охлаждения при отсутствии доступа к электроэнергии.
- Применяется для временного поддержания низкой температуры в промышленном оборудовании и на складах.
- Холодная логистика:
- Транспортировка продуктов питания, замороженных товаров и биоматериалов.
- Поддержание температурного режима в цепочках холодной логистики (cold chain).
- Медицина:
- Хранение и перевозка вакцин, лекарств и биологических образцов.
- Применяется в криотерапии и медицинских исследованиях.
- Очистка сухим льдом:
- Технология криогенной очистки позволяет эффективно удалять загрязнения с поверхностей без повреждений, что актуально для машиностроения и электроники.
- Шоу-бизнес и эффекты:
- Создание дымовых эффектов для сценических выступлений, свадеб и концертов.
Оборудование для производства сухого льда
Производство сухого льда требует специализированного оборудования, которое обеспечивает стабильность и эффективность технологического процесса на всех этапах – от сжижения углекислого газа до формирования твёрдой формы. Установки позволяют изготавливать сухой лёд различных форм и размеров: гранулы, брикеты или блоки, в зависимости от потребностей заказчика.
Основные типы оборудования для производства сухого льда
Установки для сжижения углекислого газа
- Эти установки преобразуют газообразный CO₂ в жидкую форму посредством компрессии и охлаждения.
- Оснащены мощными компрессорами и теплообменниками для стабильного охлаждения до температуры -20 °C при давлении 20 бар. Для отвода избыточного тепла от компрессоров часто используются градирни – при планировании производства важно градирни купить соответствующей производительности.
- Резервуары для хранения жидкого углекислого газа имеют многослойную изоляцию, предотвращающую утечку тепла.
Машины для производства «снежного» углекислого газа
- Это оборудование снижает давление жидкого CO₂, что приводит к его превращению в твёрдый углекислый газ («снег»).
- Снежный CO₂ образуется в камере, где поддерживается заданная температура и давление.
Прессы для формирования сухого льда
- Используются для создания готовой продукции в виде гранул, блоков или брикетов.
- Имеют регулировки плотности и размеров конечного продукта.
- Прессы могут быть полностью автоматическими или полуавтоматическими, в зависимости от объёма производства.
Грануляторы
- Оборудование, специально предназначенное для производства гранулированного сухого льда.
- Используется в логистике и очистке, где требуется мелкофракционный продукт.
Хранилища для сухого льда
- Изолированные контейнеры или холодильные камеры, которые предотвращают преждевременную сублимацию.
- Оснащены системами контроля температуры и герметичными крышками.
