Таблица сублимации сухого льда

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

Сухой лед

ООО «ТехноГаз» производит сухой лед в гранулах размерами 3 мм и 9 мм.

Сухой лед это:

«Сухой лёд» — твёрдый диоксид углерода CO2, при обычных условиях (атмосферном давлении и комнатной температуре) переходящий в парообразное состояние, без пребывания в жидком состоянии.

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.

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.

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.

Гранулированный сухой лед производится (в гранулах) 1,7 мм, 3 мм, 6 мм, 9мм, 16 мм и брикетированный сухой лед (в брикетах).

Сухой лед отпускается в наших пищевых контейнерах, а также в таре покупателя.
В производстве нашей продукции, мы используем углекислоту только соответствующую ГОСТ 8050-85 ВЫСШИЙ СОРТ (пищевая углекислота), что подтверждено всеми необходимыми сертификатами соответствия.

Меры предосторожности:

• Температура сухого льда – почти -79°С, поэтому необходимо избегать прямого контакта сухого льда с кожей! Используйте специальные перчатки.
• Нельзя помещать сухой лед в закрытый контейнер (такой, как полиэтиленовая бутылка из-под напитков). Данная процедура опасна, так как при испарении сухой лед расширяется примерно в 800 раз, что может привести к взрыву!
• Несмотря на то, что при испарении сухого льда концентрацию углекислого газа довольно сложно довести до опасной, тем не менее, с сухим льдом необходимо работать в просторных или хорошо проветриваемых помещениях.

Свойства сухого льда:

• температура около -78.5°C
• при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении, переходит в парообразное состояние, минуя состояния жидкости. Этот процесс несет название сублимация.
• не имеет запаха, цвета и вкуса
• не токсичен
• не горюч
• молекулярный вес: 44,01
• плотность (в твердом виде): 1561,8 кг/м 3 при -78,33 °С
• плотность (в жидком виде): 1020,4 кг/м 3 при -17,78 °С
• плотность (в газообразном виде): 1,97 кг/м 3 при 0 °С
• температура таяния: -56,61 o С при 11,6 кг/см
• коэффициент перехода из жидкости в газ: 8,726 при -17,78 °С
• коэффициент перехода из жидкости в снег: 0,46 при -17,78 °С и 0,57 при -48,33°С

Хранение:

Сухой лед хранят в изотермических контейнерах, которые дополнительно охлаждаются. В них сублимация значительно снижается.В домашних условиях хранить сухой лед можно в герметичных пенопластовых коробках (толщина стенок пенопласта должна быть не меньше 3 см.) помещенных в морозильную камеру. При этом сублимация составит 2% – 10% в сутки.

Источник

Таблица 2.2

Давление насыщенного пара и теплота сублимации льда

r суб 10 -3 дж/кг

В процессе сушки можно выделить два основных периода: период постоянной скорости сушки и период падающей скорости (рис. 2.28).

Период постоянной скорости сушки

Период падающей скорости сушки

Рис. 2.28. Кривая сушки вымораживанием

В первом периоде сушки лед сублимируется со скоростью, зависящей от количества поступающего тепла и тепла поглощаемого в процессе сублимации.

Скорость сублимации dW/d τ выражается следующим уравнением:

где Q – тепловая нагрузка, Вт;

r 0 – теплота сублимации, дж/кг;

К – общий коэффициент теплопередачи, 2 Вт .

F – поверхность теплопередачи, м 2 ;

t – разность температур между источником тепла и льдом, град. Скорость поглощения тепла пропорциональна поверхности теплопередачи

и разности температур между источником тепла и льдом. Величина К зависит от способа передачи тепла. Если в процессе сушки обеспечен хороший контакт между материалом и поверхностью теплопередачи, то кинетика переноса будет определяться механизмом теплопроводности.

При плохом контакте передача тепла будет осуществляться, главным образом, радиацией. Этот способ является основным при применении специальных источников лучистой энергии. Коэффициент теплопередачи

колеблется в пределах 3-11

, когда в кинетике теплопередачи

При радиации величину К можно рассчитать, пользуясь значениями комбинированного коэффициента излучения.

Поверхность теплопередачи зависит от конструкции аппарата.

Разность температур определяется между греющей средой и льдом. Максимальная температура греющей среды не должна быть выше предела, при котором начинается подтаивание льда в высушиваемом материале.

При мягких режимах сушки влажные материалы толщиной до 30 мм в периоде постоянной скорости (при температуре от –10 до -20 0 С) высушиваются на глубину 1 мм за один час.

Тонкие слои такого материала обычно высушиваются быстрее в 2-4 раза. В трудно высушиваемых материалах интенсивность удаления влаги может

доходить до 0,2 мм за час.

Для многих материалов на удаление 95% содержащейся в ней влаги требуется всего 80% времени, необходимого для полной сушки в периоде постоянной скорости.

На удаление остальных 5% влаги затрачивается примерно 20% общего времени сушки.

На рис. 2.29 показана схема процесса сушки вымораживание.

Для замораживания обычно используются наружное охлаждение и самозамораживание, которое имеет место в условиях глубокого вакуума в результате интенсивного испарения воды.

Если из материала тепла уходит больше, чем поступает в него из окружающей среды, то происходит самозамораживание.

Рис. 2.21. Схема установки для сушки вымораживанием

В противном случае необходимо предварительное замораживание материала путем специального охлаждения в отдельном аппарате или в основном аппарате (вакуумной камере) с помощью хладагента, циркулирующего через рубашку или змеевик.

Для сублимации 1 кг льда требуется примерно 2790 кДж тепловой энергии

Для небольших тел иногда бывает достаточно теплоты окружающей среды.

В большинстве случаев нагрев производится с помощью внешних источников тепла, к числу которых относится горячая вода, циркулирующая через змеевик и рубашки, электрические нагревательные элементы, инфракрасные нагреватели.

Вакуумная камера должна отвечать следующим требованиям:

Источник