干冰 干冰(英文名稱:Dry Ice)即固態(tài)二氧化碳,為白色固體,形狀似冰雪,且受熱時(shí)不經(jīng)熔化直接汽化,故名干冰。在78.5℃會(huì)進(jìn)行升華,熔點(diǎn)為-56.6℃(5.2大氣壓),密度為1.56g/cm (179℃),具有面心立方晶格。 干冰可由液體二氧化碳經(jīng)過連續(xù)制造CO 2 雪的方法和在壓縮室內(nèi)直接壓制干冰兩種方法 制得。 干冰主要應(yīng)用于清洗劑和制冷劑。
相關(guān)歷史 在1823年英國 的科學(xué)家法拉第(Michael Faraday)和笛彼首次將二氧化碳進(jìn)行了液化,在之后的1834年德國的科學(xué)家奇洛列成功地制出了固體二氧化碳,但當(dāng)時(shí)限于研究使用,并沒有被普遍使用。1925年的美國設(shè)立的干冰股份有限公司,代表著干冰已經(jīng)被成功地工業(yè)性大量生產(chǎn),當(dāng)時(shí)將制成的成品命名為干冰,現(xiàn)在已經(jīng)將它視為普通名詞,但其正式的名稱叫固體二氧化碳。1928年日本從干冰股份有限公司得到了制造銷售權(quán),成立了日本干冰株式會(huì)社,也就是昭和碳酸株式會(huì)社的前身。
物理性質(zhì) 干冰為白色固體,熔點(diǎn)-56.6℃(5.2大氣壓),密度1.56g/cm (179℃),為面心立方晶格。
干冰在7453Pa壓力下的升華溫度為-78.5℃,蓄冷能力是冰的2倍,用于冷藏的效果遠(yuǎn)好于冰。最重要的是,隨著溫度的升高,干冰不會(huì)像冰一樣化成水,弄得到處都是,它只會(huì)升華成氣體,無殘留、無污染。
固態(tài)二氧化碳的汽化熱很大,在-60℃時(shí)為365J/K,在常壓下汽化時(shí)可使周圍溫度降到-78℃左右,并且不會(huì)產(chǎn)生液體,所以叫干冰。常見的干冰呈塊狀或丸狀。 現(xiàn)在我們常見的干冰,是在6250千帕左右的壓力下,通過把二氧化碳冷凝成無色的液體后,再在低壓下迅速凝固而得到的。
其化學(xué)性質(zhì)具體見二氧化碳。
制備方法
連續(xù)制造CO 2 雪的方法 通常將液體二氧化碳減壓至中間壓力,然后在雪塔中膨脹,同時(shí)產(chǎn)生CO 2 雪和氣體二氧化碳?xì)怏w。CO 2 雪則進(jìn)入壓縮室以70bar-100bar的壓力壓縮成干冰塊。氣體二氧化碳進(jìn)入熱交換器內(nèi)被重復(fù)壓縮,冷凝成液體二氧化碳。
在壓縮室內(nèi)直接壓制干冰 液體二氧化碳經(jīng)噴嘴減壓至5.2bar時(shí)在壓縮室直接生成由CO 2 雪壓制成干冰塊。減壓時(shí)所產(chǎn)生的氣體二氧化碳再返回壓縮冷凝成液體二氧化碳。
應(yīng)用領(lǐng)域
清洗
應(yīng)用范圍 干冰清洗技術(shù)主要用于清除食品加工設(shè)備表面的積炭結(jié)焦;輪船發(fā)動(dòng)機(jī) 工作艙,機(jī)械和電器設(shè)備的清垢;汽車制造行業(yè)中舊漆膜及密封膠的去除、在不損傷汽車表面漆前提下清除各類標(biāo)貼和印花以及電器控制系統(tǒng)的除垢除塵;在塑料加工行業(yè)用于擠出機(jī)、型模的除污;在原子能工業(yè)中用于對(duì)有害的放射性物質(zhì)(包括 石棉 、重金屬、表面放射性污染物、 多氯聯(lián)苯 等污染物)的去除;在電力工業(yè)中用于各類變壓器及其他電力設(shè)備的在線清洗;印刷行業(yè)中用于對(duì)彩色 膠印設(shè)備的在線清洗以及復(fù)印機(jī)內(nèi)部備件的清洗;在航空業(yè),石油化工行業(yè)中也廣泛用干冰清洗技術(shù)對(duì)設(shè)備、裝置、儀器進(jìn)行清洗除污。
清洗原理 將干冰顆粒(或方塊)研磨成細(xì)粉使用時(shí),通過噴射清洗機(jī)與壓縮空氣混合,噴射到被清洗物體起到類似噴砂作用。利用高速運(yùn)動(dòng)的固體干冰顆粒(或細(xì)粉)的沖擊力,結(jié)合干冰本身溫度低以及升華的特點(diǎn)產(chǎn)生熱力沖擊和類似刮刀的作用,使得被清洗表面的結(jié)垢、油垢、殘留雜質(zhì)迅速被剝離、清除而絲毫不會(huì)對(duì)被清洗物體,特別是金屬表面造成任何傷害,尤其不會(huì)影響金屬表面的光潔度。
清洗優(yōu)點(diǎn) ①減少停工時(shí)間、提高工作效率。
②干冰升華變成二氧化碳?xì)怏w沒有污染和危害。
③干冰還有殺菌消毒的作用。
④干冰的清潔效果又很好,被清潔的污染物可以有效地分解并且不會(huì)污染環(huán)境。
美容 干冰具有很好的制冷效果,所以可以用于美容行業(yè)的冷凍治療。干冰被皮膚科醫(yī)生用來治療青春痘,這種治療被稱做冷凍治療。在冷凍過程中,皮膚會(huì)被干冰輕微地冷凍起來。用冷凍治療方法治療青春痘的好處在于可以減少發(fā)炎,從而減少青春痘疤痕的產(chǎn)生。把干冰磨碎再與乙酮混合,就是治療青春痘的一種冷凍材料,還可以再混合一些硫黃。另外,液態(tài)氮及固態(tài)干冰也是用來做冷凍治療的好材料。
食品 干冰作為一種制冷劑在食品行業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)很廣泛了。例如在葡萄酒、雞尾酒或飲料中加入少許干冰塊,不僅飲用時(shí)涼爽可口,而且杯中煙霧繚繞,在視覺上也是一種不錯(cuò)的享受;在制作冰淇淋 的過程中加入一些干冰,這樣做出來的冰淇淋不易融化。干冰最適合用于冷凍冷藏食品,如龍蝦、蟹、魚翅等海產(chǎn)品,這是因?yàn)楦杀诨瘯?huì)變成氣體,不會(huì)生成液態(tài)水,這比水冰更清潔、干凈。
娛樂領(lǐng)域 干冰可以用來制造人工煙霧。由于干冰的溫度很低,當(dāng)它升華時(shí)低溫的二氧化碳?xì)怏w遇到空氣,就會(huì)使空氣中的水蒸氣凝結(jié)成小水滴,產(chǎn)生視覺上的煙霧效果。在許多舞臺(tái)、劇場(chǎng)、影視、婚慶、慶典、晚會(huì)上所放的煙霧,就是利用干冰制作出來的效果。
消防 在消防業(yè)中,干冰可用來滅火,如用來制造部分低溫滅火器。不過,干冰在這一領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用還比較少,市場(chǎng)程度較低。
人工降雨 用干冰人工降雨也是利用了它的制冷效果。當(dāng)干冰被人類駕駛 飛機(jī)撒在云上,由于干冰極低的溫度,當(dāng)它遇到云中的小水滴時(shí),就會(huì)使其凍結(jié)成許多小冰晶。這樣整個(gè)云團(tuán)的氣溫都降低了,就會(huì)有更多的水蒸氣凝結(jié),最后變成雨滴降落到地面。
相關(guān)安全措施 ①使用干冰時(shí)必須配戴防護(hù)手套。
②嚴(yán)禁干冰入口。
③粉碎干冰時(shí)必須配戴防護(hù)眼鏡,防止碎渣濺入眼睛。
④干冰不斷升華汽化,對(duì)產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w應(yīng)保證無危險(xiǎn)泄露。
⑤不得將干冰放入不透氣的容器內(nèi),防止超壓引起容器破裂發(fā)生危險(xiǎn)。
⑥氣體二氧化碳是一種惰性氣體,對(duì)人和動(dòng)物會(huì)產(chǎn)生室息作用,因此儲(chǔ)藏干冰或用作制冷劑的空間(例如船艙、冷藏車、快速凍結(jié)裝置、冷藏庫等)應(yīng)保持通風(fēng),避免發(fā)生室息危險(xiǎn)。