یخ خشک ، تولید و کاربرد آن
یخ خشک
یکی از کشفیات بشر که همیشه مورد توجه بوده و در هرجایی می توان از آن استفاده کرد و یکی از قابلیت های خاص می توان برشمرد . یخ خشک است که توسط ون هلمونت کشف شد. یخ خشک که به شکل جامد و همان کربن دی اکسید است و رطوبتی از خود ندارد. گاز دی اکسید کربن در بازدم انسان نیزهست که برای فوتوسنتز گیاهان مورد استفاده قرار می گیرد. نحوه تولید این یخ و همچنین خواص این یخ را در این مقاله برای علاقه مندان به تولید انواع یخ قرار دادیم امیدواریم از این مقاله استفاده لازم را ببرید.
یخ خشک شکل جامد کربن دی‌اکسید است. و علتی که آن را به این نام می خوانند این است که همچون یخ سرد است اما از خود هیچ رطوبتی بر جای نمی گذارد. این ماده ذوب نمی شود بلکه تصعید شده یعنی با افزایش دما از فاز جامد مستقیما به فاز بخار می رود. در اثر این پدیده دود سفیدی ایجاد می شود که برای شبیه سازی مه یا دود در فیلم سازی از آن استفاده می شود. در این مقاله سعی شده است تا اطلاعاتی در زمینه تولید و مواد اولیه یخ خشک ارائه شود. مطالب این مقاله میتوانند مقدمه ای مناسب بر نگارش طرح توجیهی تولید یخ خشک باشند.
یخ خشک (Dry Ice) نام دیگر دی اکسید کربن جامد است. دی اکسید کربن به وفور در اتمسفر یافت می شود. این گاز در بازدم انسان وجود داشته و گیاهان برای فوتوسنتز از آن استفاده می کنند. این ترکیب شیمیایی بی رنگ، بی بو و بی مزه بوده و چگالی حدود 1.5 برابر چگالی هوا دارد. دی اکسید کربن تحت فشار و در دمای -78.5 درجه سلسیوس به جامد تبدیل می شود. یخ خشک را به دو روش می توان تولید کرد. اول به صورت بلوک های بزرگ 27 کیلوگرمی یا در ابعاد و قطعات کوچک به اندازه برنج در پالت های بزرگ.
یخ خشک به خودی خود سمی نیست اما لمس آن بدون دستکش توصیه نمی شود. در حالیکه گاز بی اثر و پایداری است ولی چون از هوا سنگین تر است می تواند کل فضای بسته را پر کند. هنگامی که غلظت دی اکسید کربن هوا از 5% بیشتر شود هوا سمی و خطرناک می شود. بنابراین در هر ناحیه ای که از یخ خشک استفاده می شود باید تهویه خوبی داشته باشد.
تاریخچه پیدایش یخ خشک
نخستین کسی که به وجود co2 پی بردشخصی به نام ون هلمونت بود.او هنگام سوزاندن زغال چوب در حفظه ای دربسته متوجه شد که جرم خاکستر بدست آمده کم تر از جرم زغال چوب اولیه است.او به زبان ساده توضیح داد که مقداری زغال از چوب در اثر سوختن به جسمی نامریی یا گاز تبدیل شده است.
کربن دی اکسید گازی بی رنگ با بوی کمی تند است .مولکول های بزرگ وسنگین کربن دی اکسید آهسته تر از مولکولهای سبک وکوچکتری همچون اکسیژن یا هیدروژن حرکت میکند.چگالی کربن دی اکسید 5/1برابر چگالی هواست.این ماده در دمای پایین تر از 78- درجه متراکم شدهو به جسم سفید رنگ جامدی به نام یخ خشک تبدیل می شود.
کربن دی اکسید موجود در هوا کره به عنوان سپر گرمایی زمین عمل می کند و با اثر گلخانه ای مانع از سرد شدن زمین می شود.کربن دی اکسید به صورت تجاری از چهار منبع بدست می آید.1چاههای گاز،2 تخمیر،3 سوختن سوختهای کربنی،4 فراورده های جانبی فرایند های شیمیایی.
در سال ۱۸۳۵ م شیمی‌دانی از کشور فرانسه به نام چارلز ایلوزیر برای نخستین بار یخ خشک را کشف کرد. او در آن دوران به نتایج و کاربردهایی دربارهٔ یخ خشک رسید که ۶۰ سال بعد توسط دانشمندان آزمایش و مشاهده شد.
تولید یخ خشک
تولید یخ خشک بی‌رنگ (مرغوب) با فشرده کردن گاز دی اکسید کربن (CO۲) امکان پذیر است. روش‌های تولید یخ خشک به طور خلاصه به ترتیب زیر است: ۱. گاز دی اکسید کربن خالص را زیر فشار و سرما قرار می‌دهند تا به مایع تبدیل شود.
۲. در هنگام فشرده کردن مقداری از دی اکسید مایع تبخیر می‌شود و با پایین آمدن درجه حرارت دی اکسید کربن مایع، مقدار باقی مانده در نهایت به طور کامل از مایع به جامد تبدیل می‌شوند.
۳. در نهایت دی اکسید کربن جامد را که فشرده و جامد شده‌است با قالبهای کوچک یا بزرگ مکعبی، یخ خشک را بسته بندی می‌کنند. استانداردهای این قالبهای مکعبی تقریبا ۳۰ کیلوگرم است.
کاربردهای یخ خشک
کاربردهای آن عبارت‌اند از:
استفاده برای سرد سازی بدون یخچال در موارد پزشکی، صنایع هوایی و... برای انتقال مواد خاص
استفاده برای جلوه‌های ویژه و ایجاد مه یا بخار
استفاده در آزمایشگاهها و مراکز علمی
صنعت روغن
ذخیره مواد غذایی
صنعت پخت نان
کندن سرامیک از کف
پایین بردن دما در واکنشهای شیمیایی
تهیه نوشابه
پزشکی
انتقال گیاهان
رشد گیاهان
کند کردن واکنشهای شیمیایی
عامل تولید فشار
انقباض فلزات جهت فیت شدن
چاههای آب
جذب کننده مگس‌ها و حشرات موذی
باران‌زا کردن ابرها
کاربرد یخ خشک برای تولید باران
باروری ابرها بوسیله یخ خشک بطور ناگهانی در آزمایشگاه جنرال الکتریک در نیویورک کشف شد. در ۱۹۴۶ شمیدانی به نام ونسان شافر برفی را در نزدیکی شهر نیویورک، با تزریق ۶ پوند یخ خشک بوسیله هواپیما به ابرها ایجاد کرد. از آن موقع بارور کردن ابرها به این روش برای تولید باران استفاده شد و در چین برای کاهش آلودگی هوا در زمان برگزاری المپیک ۲۰۰۸ مورد استفاده قرار گرفت. شاید بتوان این تهمت را نیز به این روش زد که آن نوعی دزدی باران باشد. در ویتنام ارتش آمریکا از این روش برای افزایش بارانهای موسمی با شعار ' گل تولید کنید نه جنگ ' استفاده شد. از دی اکسید کربن مایع برای از بین بردن مه در فرودگاهها مورد استفاده قرار می‌گیرد. روسیه از روش بارور کردن ابرها برای ایجاد باران برای دور کردن ذرات رادیو اکتیو از اطراف مسکو استفاده میکند.
روش تهیه یخ خشک
برای ساختن یخ خشک لازم نیست وسایل سرمایش قوی داشته باشیم. تنها کافی است دی اکسید کربن (با فشار بالا) داشته باشیم. مثلا اگر کپسولی از CO۲ با فشاری در حدود حداقل 75 بار و دمای حدود 31 درجه سانتیگراد داشته باشید، چنانچه آنرا برعکس کنید طوری که شیر خروجی آن در پایین قرار گیرد و سپس شیر را باز کنید, CO۲ به صورت یخ خشک از آن خارج می‌شود. علت این پدیده فرآیند اختناق یا خفگی است که در آن چنانچه فشار سیالی به صورت ناگهانی کم شود دمای سیال نیز کم می‌شود (البته بسته به مقدار ضریبی به نام ضریب ژول-تامسون). از همین پدیده در یخچال برای خنک کردن گاز سرد کننده استفاده می‌شود.
مواد خام یخ خشک
تنها ماده خام موجود در یخ خشک، کربن دی اکسید است. این ماده خام محصول نهایی بسیاری از واکنش های شیمیایی است. بیشتر این ماده در امریکا از پالایش مواد نفتی حاصل می شود. طی عملیاتی کربن دی اکسید منتشر شده مکش شده و ناخالصی های آن گرفته می شود تا به یخ خشک تبدیل گردد.
فرایند تولید یخ خشک
اولین گام در تولید یخ خشک فشرده سازی و خنک کاری گاز CO2 درون مخازن بزرگ است تا به مایع تبدیل شود. CO2 آن قدر سرد شده تا 100% آن به مایع تبدیل شود.
مرحله بعدی کاهش فشار کربن دی اکسید مایع توسط شیر انبساط می باشد.
در آخر CO2 مایع تا فشار اتمسفر منبسط می شود تا در اثر این انبساط یخ خشک تولید شود.
یخ خشک تولید شده تحت پرس های هیدرولیکی به شکل بلوک یا پلت فشرده می شوند و از دستگاه ساچمه زن خارج می گردد.
پس از پردازش نهایی یخ خشک در جعبه های عایقی بسته بندی می شوند که هر چه عایق ضخیم تر باشد، فرایند تصعید آهسته تر انجام می شود. نرخ تصعید روزانه بین 5 تا 15 درصد است که بسته به عایق دارد.