Trockeneis

Hintergrund

Als Trockeneis wird Kohlendioxid bezeichnet, wenn es sich in festem Zustand befindet. Kohlendioxid kommt in der Erdatmosphäre vor; Es ist ein Gas, das Menschen ausatmen und Pflanzen für die Photosynthese verwenden. Diese chemische Verbindung ist farblos, geruchlos, geschmacklos und etwa 1,5-mal so dicht wie Luft. Kohlendioxid verwandelt sich unter Druck und bei niedrigen Temperaturen von Gas in einen undurchsichtigen weißen Feststoff und wird bei -109 ° F (178,5° C) fest. Trockeneis wird hauptsächlich in zwei Formen hergestellt, entweder als Trockeneisblock mit einem Gewicht von über 22,7 kg oder in kleinen Stücken, deren Größe von der Größe eines Reiskorns bis zu einem größeren Pellet variiert. Trockeneis schmilzt nicht, sondern sublimiert, d. h. der Feststoff verwandelt sich bei steigender Temperatur direkt in ein Gas (unter Umgehung des flüssigen Zustands) und der Feststoff beginnt sich zu zerstreuen. Diese ungewöhnliche Eigenschaft führt zu einem Raucheffekt und Trockeneis scheint beim Sublimieren zu dampfen. Trockeneis wird daher häufig verwendet, um Nebel oder Rauch zu simulieren.

Trockeneis selbst ist nicht giftig, aber die Oberfläche des Feststoffs ist so kalt, dass sie ohne Handschuhe nicht berührt werden sollte. Auch wenn das Gas stabil und inert ist, ist es schwerer als Luft und kann sich in niedrigen Bereichen oder geschlossenen Räumen konzentrieren. Wenn die Kohlendioxidkonzentration in der Luft 5 % überschreitet, wird das Kohlendioxid giftig. Daher muss jeder Bereich, in dem Trockeneis verwendet wird, gut belüftet werden.

Es ist relativ einfach, Kohlendioxid von einem Gas in einen Feststoff umzuwandeln. In den Vereinigten Staaten gibt es viele Trockeneishersteller, und Trockeneis wird für eine Vielzahl von Verwendungszwecken in alle Teile des Landes geliefert. Es ist ein wichtiges Kältemittel, um Lebensmittel kalt zu halten und Bakterienwachstum während des Versands zu verhindern. Trockeneis, das zum Kühlen oder Einfrieren von Lebensmitteln verwendet wird, muss sehr sauber sein und als "lebensmitteltauglich" eingestuft werden, um sicherzustellen, dass Lebensmittel, die es berühren kann, nicht verunreinigt werden. Da der Feststoff sublimiert und nicht schmilzt, können große Mengen Trockeneis in Versandbehälter umgefüllt werden, ohne dass die Menge an Schmelzwasser berücksichtigt werden muss, die bei der Verwendung von Eis als Kältemittel anfällt. Die Anwendungen im Zusammenhang mit Lebensmitteln sind umfangreich und umfassen das schnelle Einfrieren von Lebensmitteln für die zukünftige Verwendung in Lebensmittelverarbeitungsbetrieben, die Hemmung des Wachstums von Aktivhefe in Bäckereien und das Kühlen von Lebensmitteln für die Luftfahrtindustrie.

Andere Verwendungen umfassen:Verlangsamung des Wachstums von Blütenknospen in Baumschulen, um Pflanzen für die Verbraucher frisch zu halten, Schockfrosten in der Gummiindustrie während der Herstellung, Absorbieren von Ammoniak-Kühllecks und Erzeugung von Rauch für Theaterproduktionen. Die bedeutendste neuere Anwendung von Trockeneis ist das Trockeneisstrahlen (oder Reinigen), bei dem Trockeneispellets mit hoher Geschwindigkeit auf eine zu reinigende Oberfläche geschleudert werden. Die Pellets entfernen die Oberfläche von Verunreinigungen, sublimieren in die Atmosphäre und hinterlassen keine giftigen Gase. Es bleibt nur der Schmutz oder die Farbe zurück, die zur Entsorgung übrig bleiben.

Verlauf

Trockeneis wurde nicht erfunden, vielmehr wurden die Eigenschaften von festem Kohlendioxid im frühen 20. Jahrhundert entdeckt. Es wurde erstmals in den 1920er Jahren in den Vereinigten Staaten kommerziell hergestellt. Ein kommerzielles Unternehmen hat den Namen Trockeneis markenrechtlich geschützt im Jahr 1925 und festes Kohlendioxid wird seither als Trockeneis bezeichnet. Bis vor kurzem wurde Trockeneis oft als heißes Eis bezeichnet ein Hinweis darauf, dass sich die Hand beim Berühren der kalten Oberfläche verbrannt anfühlte.

Es scheint, dass die Prest-Air Devices Company aus Long Island, New York, 1925 zum ersten Mal erfolgreich Trockeneis produzierte. Auch in diesem Jahr verwendete Schrafft's aus New York City das Produkt erstmals, um das berühmte Eis vor dem Schmelzen in ihrem Salon zu bewahren. Trockeneis wurde Mitte des 20. Jahrhunderts viel häufiger zum Kühlen und Einfrieren von Lebensmitteln verwendet als heute. Bis weit nach dem Zweiten Weltkrieg, als elektrische Kühlung erschwinglich und effizient wurde, verwendete praktisch jede Eisdiele der Welt Trockeneis, um Eiscreme gefroren zu halten. Die Herstellung von Trockeneis hat sich in vielen Jahrzehnten nicht wesentlich verändert und ist ein relativ einfacher Prozess, bei dem gasförmiges Kohlendioxid unter Druck gesetzt und abgekühlt wird. Die Verwendung von Trockeneis hat mit dem Aufkommen einer besseren elektrischen Kühlung etwas abgenommen. Einige neuere Entwicklungen für ihre Verwendung umfassen die Verwendung der Pellets beim Strahlen oder Reinigen und ihre zunehmende Verwendung beim Transportieren medizinischer Proben, einschließlich Herzen, Gliedmaßen und Gewebe, zum Wiederanbringen und Transplantieren.

Rohstoffe

Der einzige Rohstoff, der bei der Herstellung von Trockeneis verwendet wird, ist Kohlendioxid. Dieser Rohstoff ist das Nebenprodukt der Raffination von Gasen, die bei der Herstellung oder Raffination anderer Produkte emittiert werden. Das meiste Kohlendioxid, das in den Vereinigten Staaten bei der Herstellung von Trockeneis verwendet wird, stammt aus der Raffination von Gasen, die bei der Raffination von Erdöl und Ammoniak freigesetzt werden. Das während dieser Prozesse emittierte Kohlendioxid wird abgesaugt und "gewaschen", um Verunreinigungen für Kohlendioxid von Lebensmittelqualität zu entfernen, das schließlich zu Trockeneis wird.

Der Herstellungsprozess
Prozess

1. Kohlendioxid wird durch Komprimieren und Abkühlen verflüssigt und bei einem Druck von etwa 870 lb/in ² . verflüssigt (395 kg/cm ² ) bei Raumtemperatur. Flüssiges Kohlendioxid wird über Rohrleitungen in riesige Vorratstanks gepumpt, damit Trockeneishersteller die benötigte Flüssigkeit entfernen können.
2. Das flüssige Kohlendioxid wird in riesigen Mengen verschifft, die manchmal viele Tonnen wiegen. Daher entscheiden sich die meisten Trockeneishersteller dafür, ihre Fabriken in der Nähe der Erdöl- oder Ammoniakraffinerien anzusiedeln, um die Transportkosten erschwinglich zu halten. Das unter Druck stehende, tiefgekühlte flüssige Kohlendioxid wird direkt in einen Druckkessel oder einen Eisenbahnwaggon des Trockeneisherstellers geleitet und steuert das Werk an.
3. Der Tankkoffer fährt vor die Fabrik und entleert das flüssige Kohlendioxid in riesige Tanks auf dem Gelände. Diese Tanks halten die Flüssigkeit unter Druck und halten sie gekühlt, damit sie in flüssigem Zustand bleibt. Diese Tanks befinden sich neben der Fabrikwand und werden durch Rohrleitungen bei Bedarf direkt ins Innere geleitet.
4. Das flüssige Kohlendioxid wird wiederum über Rohrleitungen aus den angrenzenden Tanks durch die Fabrikwand und in die Trockeneispresse abgegeben. Wenn sich die Flüssigkeit von einer Umgebung mit hohem Druck auf Atmosphärendruck bewegt, dehnt sie sich aus und verdampft mit hoher Geschwindigkeit, wodurch die Flüssigkeit auf ihren Gefrierpunkt von -79 ° F (-78,3 ° C) abkühlt. Eine Düse bringt die Flüssigkeit in den oberen Block einer Trockeneispresse, die ungefähr 4,9 m hoch ist. Diese Presse enthält oben einen großen Block, der extremen Druck auf das eingefüllte Produkt ausüben kann. Wenn das flüssige Kohlendioxid auf den Block der Trockeneispresse trifft, verfestigt es sich sofort, da es jetzt Raumtemperatur hat. Das Kohlendioxid gleicht nun Schnee.
5. Dieser Schnee, der sich jetzt im oberen Teil der Presse befindet, muss zu einem Trockeneisblock komprimiert werden. So bewegt sich dieser obere Teil der Presse mit außergewöhnlichem Druck (ca. 60 Tonnen) auf und ab und zerquetscht den Schnee zu einem festen Trockeneisblock. Dies dauert ungefähr fünf Minuten. Wenn der Block massiv ist, ist er im Allgemeinen ungefähr 2 Fuß (61 cm) breit und 10 Zoll (25 cm) hoch und wiegt ungefähr 220 lb (100 kg).
6. Dieser Block aus undurchsichtigem weißem Trockeneis wird aus der Presse auf eine Walze geschoben. Eine pneumatische Säge schneidet den Block in zwei Hälften und die Blöcke werden zu einer anderen Säge geschoben, die die kleineren Blöcke erneut schneidet. Somit besteht der einzelne Block, der in der Trockeneispresse hergestellt wird, jetzt in vier Teilen, die jeweils etwa 25 kg wiegen.
7. Die kleineren Blöcke werden in Behälter gegeben, die die Blöcke kalt halten, damit die Sublimation auf ein Minimum reduziert wird. Bei unverpacktem Versand müssen sie fest in einem Container verpackt sein, Die Bildung von Trockeneis ist eine Reihe chemischer Reaktionen. im Allgemeinen bestehend aus vier Blöcken mit sehr wenig Luft im Inneren, um die Sublimation zu reduzieren. Wenn ein Block während des Versands entfernt wird, beginnen sich die anderen Blöcke schnell aufzulösen. Viele Trockeneishersteller wickeln die Blöcke maschinell in Papier ein (es ist ratsam, die sehr kalte Oberfläche nicht zu berühren) und senden es an Händler oder Großhändler.

Qualitätskontrolle

Fragen der Qualitätskontrolle drehen sich hauptsächlich um die Qualität des Kohlendioxids, das bei der Herstellung von Trockeneis in Lebensmittelqualität verwendet wird. Vor kurzem hat die Bundesregierung ziemlich strenge Standards für die Reinheit des bei der Herstellung von Trockeneis verwendeten Kohlendioxids festgelegt, was die Hersteller veranlasst hat, das verwendete flüssige Kohlendioxid sowie die Reinheit des hergestellten Produkts zu zertifizieren und zu testen.

Zu den weiteren Fragen der Qualitätskontrolle gehört die Sicherstellung, dass Tanks und Ausrüstung präzise funktionieren. Wenn der Druck nicht richtig aufrechterhalten wird, kann das Produkt nicht hergestellt werden. Der schnelle und effiziente Transport des Produkts vom Schneiden zur Lagerung ist sehr wichtig, da Trockeneis bei Raumtemperatur schnell sublimiert und somit Gewicht und Preis des verkaufsfähigen Produkts reduziert werden. Der Versand muss die Blöcke dicht packen, um auch die Sublimation beim Transport zu reduzieren.

Nebenprodukte/Abfälle

Bei der Herstellung von Trockeneis werden keine nennenswerten Chemikalien erzeugt. Da das Produkt nur aus Kohlendioxid besteht, werden die Gase beim Sublimieren des Produkts in die Atmosphäre abgegeben. Der einzige nachweisbare Abfall ist die Sublimation des Produkts in Blockform, die auf ein Minimum reduziert wird.

Die Zukunft

Während die Verwendung von Trockeneis in der Kühlung und Lebensmittellagerung zurückgehen mag, ist seine Verwendung in anderen Bereichen vielversprechend. Wie oben erwähnt, interessieren sich Hausreiniger und Maschinenbediener für die kleinen Trockeneispellets wegen ihrer Fähigkeit, ein Haus oder eine Maschine mit hohem Druck zu bombardieren, Schmutz oder andere Verunreinigungen zu entfernen und dann in die Atmosphäre zu verteilen. Kürzlich hat eine Telefongesellschaft Trockeneispellets verwendet, um empfindliche elektronische Testgeräte sicher zu reinigen, ohne gefährliche Lösungsmittel zu verwenden. Karosseriewerkstätten haben festgestellt, dass das Auftragen von Trockeneis auf Dellen in der Karosserie manchmal die Entstellung beseitigen kann. Tests an Trockeneisblöcken befürworten auch, es in Gopherlöcher zu werfen, um die Schädlinge auszurotten, oder es im Hinterhof auszusetzen, um Mücken anzulocken, um sie von Menschen fernzuhalten.

Weitere Informationen

Bücher

Russell, Allan S. McGraw-Hill Encyclopedia of Science &Technology. vol. 5. New York:1997.

Das praktische Wissenschafts-Antwortbuch. Zweite Aufl. Detroit:1997.

Andere

"Trockeneis." About.com-Webseite. August 2001. .

dryicelnfo.com-Homepage. Juli 2001. .

Interview mit Chuck Hines. Inhaber der Arctic Dry Ice Company. Baltimore. 31. Juli 2001.

Nancy EV Bryk