Сухий лід – це тверда форма вуглекислого газу (CO₂), яка має унікальні фізико-хімічні властивості. Завдяки здатності до сублімації (переходу з твердого стану в газоподібний, минаючи рідку фазу), він широко використовується у промисловості, медицині, логістиці та інших сферах.
У цій статті ми детально розглянемо властивості, схеми отримання та основні етапи виробництва сухого льоду, а також його застосування.
Содержание
Основні властивості та характеристики сухого льоду
Сухий лід цінується за свої виняткові термодинамічні властивості, які роблять його одним із найефективніших холодоагентів:
- Температура сублімації: сухий лід має температуру -78,5 °C, що дозволяє використовувати його для тривалого охолодження без потреби в електроенергії.
- Сублімація: під час переходу з твердого стану в газоподібний сухий лід не залишає рідких слідів, що виключає можливість забруднення.
- Густина: залежно від форми продукту, густина варіюється від 1,4 до 1,6 г/см³, що забезпечує високу енергоємність.
- Холодопродуктивність: при сублімації 1 кг сухого льоду поглинає близько 573 кДж енергії (137 ккал), що робить його незамінним у системах охолодження.
- Екологічність: сухий лід виготовляється з вуглекислого газу, який в іншому випадку міг би потрапити в атмосферу, зменшуючи вуглецевий слід.
Як виготовляють сухий лід
Технологічний процес виробництва сухого льоду складається з трьох основних стадій: отримання чистого вуглекислого газу, його зрідження та виробництво твердої форми CO₂.
Отримання чистого вуглекислого газу
Вуглекислий газ отримують із різних промислових джерел:
- димові гази;
- побічні продукти хімічного виробництва (наприклад, синтез аміаку чи етанолу);
- біохімічні процеси, такі як бродіння.
Для вилучення CO₂ із газів використовується процес хімічної абсорбції за допомогою моноетаноламіну (MEA).
Властивості моноетаноламіну:
- Прозора, в’язка рідина з температурою кипіння 170 °C.
- Густина за 20 °C: 1,019 кг/л.
- Висока поглинальна здатність дозволяє ефективно витягувати вуглекислий газ при температурі 35–45 °C.
- Десорбція CO₂ відбувається за температури вище 105 °C.
Отримання рідкої вуглекислоти
На наступному етапі очищений вуглекислий газ піддається компресії й охолодженню для переходу в рідку фазу:
- Стиснення газу до тиску 20 бар.
- Охолодження до температури -20 °C.
Отримана рідка вуглекислота зберігається в ізольованих резервуарах, які захищають від теплопередачі та зволоження.
Виробництво сухого льоду
Рідкий вуглекислий газ направляється в установки для швидкого зниження тиску, що призводить до утворення “снігової” форми CO₂. Цей “сніг” потім пресується у потрібну форму:
- Гранули – для мобільного використання.
- Брикети або блоки – для тривалого зберігання та транспортування.
Застосування сухого льоду
Сухий лід знайшов застосування у багатьох галузях:
Промислове та комерційне охолодження:
- Використовується в системах охолодження без доступу до електроенергії.
- Застосовується для тимчасового підтримання низької температури в промисловому обладнанні та на складах.
Холодна логістика:
- Транспортування продуктів харчування, заморожених товарів і біоматеріалів.
- Підтримання температурного режиму в логістичних ланцюгах (cold chain).
Медицина:
- Зберігання та перевезення вакцин, ліків і біологічних зразків.
- Використовується у кріотерапії та медичних дослідженнях.
Очищення сухим льодом:
- Технологія кріогенного очищення дозволяє ефективно видаляти забруднення з поверхонь без пошкоджень.
Шоу-бізнес та ефекти:
- Створення димових ефектів для сценічних виступів, весіль і концертів.
Читайте також: чи можна сухий лід покласти у морозилку
Обладнання для виробництва сухого льоду
Виробництво сухого льоду потребує спеціалізованого обладнання, яке забезпечує стабільність та ефективність технологічного процесу на всіх етапах – від зрідження вуглекислого газу до формування твердої форми. Установки дозволяють виготовляти сухий лід різних форм і розмірів: гранули, брикети або блоки, залежно від потреб замовника.
Основні типи обладнання для виробництва сухого льоду
Установки для зрідження вуглекислого газу
- Ці установки перетворюють газоподібний CO₂ у рідкий стан за допомогою компресії та охолодження.
- Оснащені потужними компресорами і теплообмінниками для стабільного охолодження до температури -20 °C за тиску 20 бар. Для відведення надлишкового тепла від компресорів та теплообмінників на великих виробництвах часто застосовуються вентиляторні градирні, які забезпечують ефективне охолодження оборотної води в системі.
- Резервуари для зберігання рідкого вуглекислого газу мають багатошарову ізоляцію, що запобігає витоку тепла.
Машини для виробництва «сніжного» вуглекислого газу
- Це обладнання знижує тиск рідкого CO₂, що призводить до його перетворення у твердий вуглекислий газ («сніг»).
- Сніжний CO₂ утворюється в камері, де підтримується задана температура та тиск.
Преси для формування сухого льоду
- Використовуються для створення готової продукції у вигляді гранул, блоків або брикетів.
- Мають регулювання щільності та розмірів кінцевого продукту.
- Преси можуть бути повністю автоматичними або напівавтоматичними, залежно від обсягів виробництва.
Гранулятори
- Обладнання, спеціально призначене для виробництва гранульованого сухого льоду.
- Використовується у логістиці та очищенні, де потрібен продукт дрібної фракції.
Сховища для сухого льоду
- Ізольовані контейнери або холодильні камери, які запобігають передчасній сублімації.
- Оснащені системами контролю температури та герметичними кришками.
