توضیحات Co2 دی اکسید کربن که با نام دی اکسید کربن نیز شناخته می شود و به آن دی اکسید کربن نیز می گویند... تولید دی اکسید کربن
در سال های اخیر، چشم انداز CO2 به عنوان یک مبرد به طور قابل توجهی افزایش یافته است. دی اکسید کربن یکی از معدود مبردهای سیستم های تبرید است که از نظر کارایی و ایمنی محیطی مرتبط است. استفاده از مبردهای سنتی با قوانین مختلف محدود شده است و در سراسر جهان روند سفت شدن آنها وجود دارد. در این راستا، مبردهای طبیعی به طور فزاینده ای مورد استفاده قرار می گیرند. ما در حال شروع ستونی هستیم که به استفاده از مبرد CO 2 در زمینه تبرید مصنوعی اختصاص دارد.
مبرد CO 2 از گروه مبردهای به اصطلاح طبیعی (آمونیاک، پروپان، بوتان، آب و غیره) است که پتانسیل تخریب لایه ازن صفر دارد (ODP=0) و واحد مرجع برای محاسبه پتانسیل گرمایش جهانی (GWP=1) است. ). هر یک از مبردهای طبیعی دارای معایبی هستند، به عنوان مثال آمونیاک سمی است، پروپان قابل اشتعال است و آب کاربردهای محدودی دارد. در مقابل، CO 2 سمی یا قابل اشتعال نیست، اگرچه تاثیر آن بر محیط زیست مشخص نیست. از یک طرف، CO 2 در هوای اطراف ما وجود دارد و برای جریان فرآیندهای زندگی ضروری است. از سوی دیگر، اعتقاد بر این است که غلظت بالای دی اکسید کربن در هوا یکی از عوامل گرمایش جهانی است.
ابتکار بازگشت به استفاده از CO 2 در فناوری تبرید از کشورهای اسکاندیناوی می آید، جایی که قوانین به طور قابل توجهی استفاده از مبردهای HFC و HCFC را محدود می کنند. آمونیاک به طور سنتی به عنوان مبرد برای تاسیسات صنعتی استفاده می شود، اما مقدار آن در سیستم محدود است. این مشکل برای تاسیساتی که در دماهای بالا و متوسط (تا -15/-25 درجه سانتیگراد) کار می کنند، جایی که میزان آمونیاک با استفاده از خنک کننده ثانویه کاهش می یابد، نیست. برای دماهای پایین تر، استفاده از خنک کننده ثانویه به دلیل تلفات زیاد ناشی از اختلاف دما بی اثر است؛ در این مورد از CO 2 استفاده می شود.
شکل بالا نمودار فاز CO 2 را نشان می دهد. خطوط منحنی که نمودار را به بخش‌های جداگانه تقسیم می‌کنند، مقادیر محدود فشار و دما را برای فازهای مختلف تعریف می‌کنند: مایع، جامد، بخار یا فوق بحرانی. نقاط روی این منحنی ها فشارها و دماهای مربوطه را تعیین می کنند که در آن دو فاز در تعادل هستند، به عنوان مثال، جامد و بخار، مایع و بخار، جامد و مایع.
در فشار اتمسفر، CO 2 در فاز جامد یا بخار وجود دارد. در این فشار فاز مایع وجود ندارد. در دمای کمتر از -78.4 درجه سانتیگراد، دی اکسید کربن در فاز جامد ("یخ خشک") است. با افزایش دما، CO 2 به فاز بخار تصعید می شود. در فشار 5.2 بار و دمای -56.6 درجه سانتیگراد، مبرد به اصطلاح به نقطه سه گانه می رسد. در این مرحله، هر سه فاز در حالت تعادل قرار دارند. در دمای +31.1 درجه سانتیگراد CO2 به نقطه بحرانی خود می رسد، جایی که چگالی آن در فاز مایع و بخار یکسان است (شکل بالا). در نتیجه، تفاوت بین دو فاز ناپدید می شود و CO 2 در حالت فوق بحرانی وجود دارد.
دی اکسید کربن می تواند به عنوان مبرد در انواع مختلف سیستم های تبرید اعم از زیر بحرانی و فرا بحرانی استفاده شود. هنگام استفاده از CO 2 به عنوان مبرد، هم نقطه سه گانه و هم نقطه بحرانی باید برای انواع سیستم های تبرید در نظر گرفته شود. در چرخه CO 2 زیر بحرانی (شکل بالا)، کل محدوده دما و فشار عملیاتی بین نقاط بحرانی و سه گانه قرار دارد. سیکل های تبرید تک مرحله ای CO 2 مشابه سایر مبردها هستند، اما دارای معایبی هستند که در درجه اول مربوط به محدودیت های دما و فشار است.
سیستم های تبرید CO 2 Transcritical در حال حاضر در کاربردهای تبرید کوچک و تجاری مانند سیستم های تهویه مطبوع متحرک، پمپ های حرارتی کوچک و سیستم های تبرید سوپرمارکت استفاده می شود. سیستم های ترانس کریتیکال عملا در واحدهای تبرید صنعتی استفاده نمی شوند. فشار کاری در سیکل زیر بحرانی معمولاً در محدوده 5.7 تا 35 بار با دمای متناظر 55- تا 0 درجه سانتیگراد است. هنگامی که اواپراتور با گاز داغ یخ زدایی می شود، فشار کاری تقریباً 10 بار افزایش می یابد.
CO 2 بیشترین کاربرد را در سیستم های آبشاری واحدهای تبرید صنعتی دارد. این به دلیل این واقعیت است که محدوده فشار عملیاتی امکان استفاده از تجهیزات استاندارد (کمپرسورها، رگولاتورها و شیرها) را فراهم می کند.
انواع مختلفی از سیستم های تبرید آبشاری CO 2 وجود دارد: سیستم های جوش مستقیم، سیستم های گردش پمپ، سیستم های CO 2 با مدار آب نمک ثانویه، یا ترکیبی از این سیستم ها.
کاربرد اسید کربنیک (دی اکسید کربن)
در حال حاضر دی اکسید کربن در تمام ایالت های آن به طور گسترده در تمام بخش های صنعت و مجتمع های کشت و صنعت استفاده می شود.
در حالت گاز (دی اکسید کربن)
در صنایع غذایی
1. ایجاد یک فضای باکتریواستاتیک و قارچی بی اثر (در غلظت های بالای 20%):
· هنگام پردازش محصولات گیاهی و حیوانی؛
· هنگام بسته بندی محصولات غذایی و داروها برای افزایش قابل توجه عمر مفید آنها.
· هنگام توزیع آبجو، شراب و آب میوه به عنوان گاز جابجا کننده.
2. در تولید نوشابه و آب معدنی (اشباع).
3. در دم کردن و تولید شامپاین و شراب های گازدار (کربناسیون).
4. تهیه آب گازدار و نوشیدنی با استفاده از سیفون و اشباع، برای پرسنل در مغازه های گرم و تابستان.
5. استفاده در ماشین های فروش برای فروش گاز و آب بطری و برای فروش دستی آبجو و کواس، آب گازدار و نوشیدنی.
6. در تولید نوشیدنی های شیر گازدار و آب میوه ها و توت های گازدار («محصولات گازدار»).
7. در تولید قند (اجابت مزاج - اشباع).
8. برای نگهداری طولانی مدت آب میوه ها و سبزیجات با حفظ بو و طعم یک محصول تازه فشرده شده با اشباع با CO2 و نگهداری در فشار بالا.
9. تشدید فرآیندهای بارش و حذف نمک های اسید تارتاریک از شراب ها و آب میوه ها (دتارتاسیون).
10. برای تهیه آب شیرین شده آشامیدنی به روش فیلتراسیون. برای اشباع آب آشامیدنی بدون نمک با یون های کلسیم و منیزیم.
در تولید، نگهداری و فرآوری محصولات کشاورزی
11. افزایش ماندگاری محصولات غذایی، سبزیجات و میوه ها در فضای کنترل شده (2-5 برابر).
12. نگهداری گل های شاخه بریده به مدت 20 روز یا بیشتر در فضای دی اکسید کربن.
13. نگهداری غلات، ماکارونی، غلات، میوه های خشک و سایر محصولات غذایی در فضای دی اکسید کربن برای محافظت از آنها در برابر آسیب حشرات و جوندگان.
14. برای درمان میوه ها و انواع توت ها قبل از نگهداری که از ایجاد پوسیدگی قارچی و باکتریایی جلوگیری می کند.
15. برای اشباع پرفشار سبزیجات بریده شده یا کامل، که طعم را افزایش می دهد ("محصولات درخشان") و ماندگاری آنها را بهبود می بخشد.
16. بهبود رشد و افزایش بهره وری گیاهان در خاک حفاظت شده.
امروزه در مزارع پرورش سبزیجات و گل در روسیه، مسئله کود دهی گیاهان در خاک محافظت شده با دی اکسید کربن یک مسئله فوری است. کمبود CO2 یک مشکل جدی تر از کمبود مواد مغذی معدنی است. به طور متوسط، یک گیاه 94٪ از جرم ماده خشک خود را از آب و دی اکسید کربن سنتز می کند، گیاه 6٪ باقیمانده را از کودهای معدنی دریافت می کند! محتوای کم دی اکسید کربن در حال حاضر عاملی است که عملکرد را محدود می کند (عمدتاً در محصولات با حجم کم). هوای یک گلخانه 1 هکتاری حاوی حدود 20 کیلوگرم CO2 است. در حداکثر سطوح روشنایی در ماه‌های بهار و تابستان، مصرف CO2 توسط گیاهان خیار در طول فتوسنتز می‌تواند به 50 کیلوگرم در هکتار برسد (یعنی تا 700 کیلوگرم در هکتار CO2 در ساعات روز). کسری حاصل تنها تا حدی توسط هجوم هوای جوی از طریق ترانسوم ها و نشت ساختارهای محصور و همچنین با تنفس شبانه گیاهان پوشش داده می شود. در گلخانه های زمینی، منبع اضافی دی اکسید کربن خاک پر از کود، ذغال سنگ نارس، کاه یا خاک اره است. اثر غنی سازی هوای گلخانه با دی اکسید کربن به مقدار و نوع این مواد آلی که تحت تجزیه میکروبیولوژیکی قرار می گیرند بستگی دارد. به عنوان مثال، هنگام اضافه کردن خاک اره مرطوب شده با کودهای معدنی، سطح دی اکسید کربن در ابتدا می تواند در شب و در طول روز که تراشه ها بسته می شوند به مقادیر بالایی برسد. اما به طور کلی این اثر به اندازه کافی زیاد نیست و تنها بخشی از نیاز گیاهان را برآورده می کند. عیب اصلی منابع بیولوژیکی مدت کوتاه افزایش غلظت دی اکسید کربن تا حد مطلوب و همچنین عدم امکان تنظیم فرآیند تغذیه است. اغلب در گلخانه های زمینی در روزهای آفتابی با تبادل هوا ناکافی، محتوای CO2 در نتیجه جذب شدید توسط گیاهان می تواند به زیر 0.01٪ کاهش یابد و عملاً فتوسنتز متوقف می شود! کمبود CO2 به عامل اصلی محدود کننده جذب کربوهیدرات ها و بر این اساس، رشد و نمو گیاهان تبدیل می شود. پوشش کامل کسری فقط با استفاده از منابع فنی دی اکسید کربن امکان پذیر است.
17. تولید ریزجلبک برای دام. هنگامی که آب با دی اکسید کربن در تاسیسات برای کشت مستقل جلبک اشباع می شود، سرعت رشد جلبک به طور قابل توجهی افزایش می یابد (4-6 برابر).
18. بهبود کیفیت سیلو. هنگام سیلو کردن خوراک ساکولنت، ورود مصنوعی CO2 به توده گیاه از نفوذ اکسیژن هوا جلوگیری می کند، که به تشکیل محصولی با کیفیت بالا با نسبت مطلوب اسیدهای آلی، محتوای بالای کاروتن و پروتئین قابل هضم کمک می کند. .
19. برای ضد عفونی ایمن مواد غذایی و غیر خوراکی. جوی حاوی بیش از 60 درصد دی اکسید کربن در عرض 10-1 روز (بسته به دما) نه تنها حشرات بالغ، بلکه لاروها و تخمهای آنها را نیز از بین می برد. این فناوری برای محصولاتی با محتوای آب محدود تا 20٪ مانند غلات، برنج، قارچ، میوه های خشک، آجیل و کاکائو، خوراک حیوانات و بسیاری موارد دیگر قابل استفاده است.
20. برای نابودی کامل جوندگان موش مانند با پر کردن مختصر حفره ها، انبارها و محفظه ها با گاز (غلظت کافی 30 درصد دی اکسید کربن).
21. برای پاستوریزاسیون بی هوازی خوراک دام، مخلوط با بخار آب در دمای بیش از 83 درجه سانتیگراد - به عنوان جایگزینی برای دانه بندی و اکستروژن، که نیاز به هزینه های انرژی زیادی ندارد.
22. برای معدوم کردن طیور و حیوانات کوچک (خوک، گوساله، گوسفند) قبل از ذبح. برای بیهوشی ماهی در حین حمل و نقل.
23. برای بیهوشی ملکه زنبور عسل و بامبل به منظور تسریع در شروع تخمگذاری.
24. برای اشباع کردن آب آشامیدنی برای جوجه ها، که تاثیر منفی دمای بالا در تابستان را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد، به ضخیم شدن پوسته تخم مرغ و تقویت استخوان ها کمک می کند.
25. اشباع کردن محلول های کاری قارچ کش ها و علف کش ها برای عملکرد بهتر فرآورده ها. این روش به شما امکان می دهد مصرف محلول را 20-30٪ کاهش دهید.
در پزشکی
26. الف) مخلوط با اکسیژن به عنوان یک محرک تنفسی (با غلظت 5%).
ب) برای حمام گازدار خشک (با غلظت 30-15%) به منظور کاهش فشار خون و بهبود جریان خون.
27. کرایوتراپی در پوست، حمام دی اکسید کربن خشک و آب در آب درمانی، مخلوط تنفسی در جراحی.
در صنایع شیمیایی و کاغذ
28. برای تولید سودا، نمک های کربن آمونیوم (که به عنوان کود در تولید محصولات زراعی استفاده می شود، مواد افزودنی در خوراک دام نشخوارکنندگان، به جای مخمر در محصولات پخته شده و شیرینی پزی آرد)، سرب سفید، اوره، اسیدهای هیدروکسی کربوکسیلیک. برای سنتز کاتالیزوری متانول و فرمالدئید.
29. برای خنثی سازی فاضلاب قلیایی. با توجه به اثر خود بافری محلول، تنظیم دقیق pH از خوردگی تجهیزات و لوله های زباله جلوگیری می کند و هیچ گونه محصولات جانبی سمی ایجاد نمی شود.
30. در تولید کاغذ برای پردازش خمیر پس از سفید کردن قلیایی (بازده فرآیند را 15 درصد افزایش می دهد).
31. برای افزایش بازده و بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی و سفید کنندگی سلولز در حین پخت با اکسیژن- سودا چوب.
32. پاکسازی مبدل های حرارتی از رسوب و جلوگیری از تشکیل آن (ترکیبی از روش های هیدرودینامیکی و شیمیایی).
در ساخت و ساز و سایر صنایع
33. برای سخت شدن سریع شیمیایی قالب های ریخته گری فولاد و چدن. عرضه دی اکسید کربن به قالب های ریخته گری، سخت شدن آنها را 20 تا 25 برابر در مقایسه با خشک شدن حرارتی تسریع می کند.
34. به عنوان گاز کف کننده در تولید پلاستیک متخلخل.
35. برای تقویت آجرهای نسوز.
36. برای دستگاه های جوش نیمه اتوماتیک برای تعمیر بدنه خودروهای سواری و سواری، تعمیر کابین کامیون ها و تراکتورها و برای جوشکاری الکتریکی محصولات فولادی ورق نازک.
37. در ساخت سازه های جوشی با جوش برقی اتوماتیک و نیمه اتوماتیک در محیطی از دی اکسید کربن به عنوان گاز محافظ. در مقایسه با جوشکاری با الکترود چوبی، راحتی کار افزایش می یابد، بهره وری 2-4 برابر افزایش می یابد، هزینه 1 کیلوگرم فلز رسوب شده در محیط CO2 بیش از دو برابر کمتر از جوشکاری قوس دستی است.
38. به عنوان یک محیط محافظ در مخلوط با گازهای بی اثر و نجیب در هنگام جوشکاری خودکار و برش فلز که به لطف آن درزهایی با کیفیت بسیار بالا به دست می آید.
39. شارژ و شارژ مجدد کپسول های آتش نشانی، برای تجهیزات آتش نشانی. در سیستم های اطفاء حریق، برای پرکردن کپسول های آتش نشانی.
40. قوطی شارژ اسلحه گازی و سیفون.
41. به عنوان گاز نبولایزر در قوطی های آئروسل.
42. برای پرکردن وسایل ورزشی (توپ، توپ و ...).
43. به عنوان یک محیط فعال در لیزرهای پزشکی و صنعتی.
44. برای کالیبراسیون دقیق ابزار.
در صنعت معدن
45. برای نرم شدن توده سنگ زغال سنگ در حین استخراج زغال سنگ سخت در سازندهای مستعد سنگ.
46. برای انجام عملیات انفجار بدون ایجاد شعله.
47. افزایش راندمان تولید نفت با افزودن دی اکسید کربن به مخازن نفت.
در حالت مایع (دی اکسید کربن با دمای پایین)
در صنایع غذایی
1. برای انجماد سریع، تا دمای 18- درجه سانتیگراد و کمتر، محصولات غذایی در فریزرهای تماسی. در کنار نیتروژن مایع، دی اکسید کربن مایع برای انجماد مستقیم انواع محصولات مناسب ترین است. به عنوان یک مبرد تماسی، به دلیل هزینه کم، غیرفعال بودن شیمیایی و پایداری حرارتی جذاب است، اجزای فلزی را خورده نمی کند، قابل اشتعال نیست و برای پرسنل خطرناک نیست. دی‌اکسید کربن مایع در قسمت‌های خاصی از نازل‌ها به محصولی که روی تسمه نقاله حرکت می‌کند، عرضه می‌شود که در فشار اتمسفر فوراً به مخلوطی از برف خشک و دی‌اکسید کربن سرد تبدیل می‌شود، در حالی که فن‌ها دائماً مخلوط گاز را در داخل دستگاه مخلوط می‌کنند، که در اصل قادر است محصول را از 20+ درجه سانتیگراد تا 78.5- درجه سانتیگراد در چند دقیقه خنک کند. استفاده از فریزرهای سریع تماسی در مقایسه با فناوری انجماد سنتی دارای چندین مزیت اساسی است:
زمان انجماد به 5-30 دقیقه کاهش می یابد. فعالیت آنزیمی در محصول به سرعت متوقف می شود.
ساختار بافت ها و سلول های محصول به خوبی حفظ شده است، زیرا کریستال های یخ در اندازه های بسیار کوچکتر و تقریباً به طور همزمان در سلول ها و در فضای بین سلولی بافت ها تشکیل می شوند.
· با انجماد آهسته، آثاری از فعالیت باکتریایی در محصول ظاهر می شود، در حالی که با انجماد شوک آنها به سادگی زمان برای توسعه ندارند.
کاهش وزن محصول در نتیجه انقباض فقط 0.3-1٪ (در مقابل 3-6٪) است.
· مواد معطر با ارزشی که به راحتی فرار هستند در مقادیر بسیار بیشتری حفظ خواهند شد. در مقایسه با انجماد با نیتروژن مایع، انجماد با دی اکسید کربن:
· ترک خوردگی محصول به دلیل اختلاف دمای بسیار زیاد بین سطح و هسته محصول منجمد مشاهده نمی شود.
· در طول فرآیند انجماد، CO2 به داخل محصول نفوذ می کند و در هنگام یخ زدایی از آن در برابر اکسیداسیون و توسعه میکروارگانیسم ها محافظت می کند. میوه ها و سبزیجاتی که در معرض انجماد سریع و بسته بندی در محل قرار می گیرند، طعم و ارزش غذایی، تمام ویتامین ها و مواد فعال بیولوژیکی خود را به طور کامل حفظ می کنند، که استفاده گسترده از آنها را برای تولید محصولات برای تغذیه کودکان و رژیم غذایی ممکن می سازد. مهم است که محصولات میوه و سبزیجات غیر استاندارد را می توان با موفقیت برای تهیه مخلوط های منجمد گران قیمت استفاده کرد. فریزرهای سریع با استفاده از دی اکسید کربن مایع جمع و جور، طراحی ساده و ارزان قیمت هستند (اگر منبع دی اکسید کربن مایع ارزان در نزدیکی وجود داشته باشد). این دستگاه ها در انواع متحرک و ثابت، مارپیچ، تونلی و کابینتی وجود دارند که مورد توجه تولیدکنندگان محصولات کشاورزی و پردازشگرهای محصولات می باشد. آنها به ویژه زمانی مناسب هستند که تولید نیاز به انجماد محصولات غذایی و مواد خام مختلف در شرایط دمایی مختلف (-10...-70 درجه سانتیگراد) داشته باشد. غذاهای منجمد سریع را می توان در شرایط خلاء بالا - خشک کردن انجماد - خشک کرد. محصولات خشک شده با این روش کیفیت بالایی دارند: تمام مواد مغذی را حفظ می کنند، ظرفیت ترمیم را افزایش می دهند، حداقل انقباض و ساختار متخلخل دارند و رنگ طبیعی خود را حفظ می کنند. محصولات فریز شده به دلیل خارج شدن آب از آنها 10 برابر سبک تر از محصولات اصلی هستند و برای مدت طولانی در کیسه های دربسته نگهداری می شوند (مخصوصاً زمانی که کیسه ها با دی اکسید کربن پر شده باشند) و می توان آنها را با قیمت ارزان به سازمان تحویل داد. دورافتاده ترین مناطق
2. برای خنک کردن سریع محصولات غذایی تازه، بسته بندی شده و بدون بسته بندی، تا +2…+6 درجه سانتیگراد. استفاده از تاسیساتی که عملکرد آنها مشابه عملکرد فریزرهای سریع است: هنگامی که دی اکسید کربن مایع تزریق می شود، برف خشک کوچکی تشکیل می شود که محصول برای مدت زمان مشخصی با آن پردازش می شود. برف خشک وسیله ای موثر برای کاهش سریع دما است که مانند خنک شدن هوا منجر به خشک شدن محصول نمی شود و رطوبت آن را افزایش نمی دهد، همانطور که هنگام خنک شدن با یخ آب اتفاق می افتد. خنک‌کننده برف خشک، کاهش دمای مورد نیاز را تنها در چند دقیقه به جای ساعت‌های مورد نیاز با خنک‌کننده معمولی فراهم می‌کند. رنگ طبیعی محصول به دلیل انتشار جزئی CO2 در داخل حفظ و حتی بهبود یافته است. در همان زمان، ماندگاری محصولات به طور قابل توجهی افزایش می یابد، زیرا CO2 رشد باکتری های هوازی و بی هوازی و قارچ های کپک را سرکوب می کند. نگهداری گوشت مرغ (بریده شده یا در لاشه)، گوشت تکه تکه شده، سوسیس و محصولات نیمه تمام راحت و سودآور است. این واحدها همچنین در مواردی مورد استفاده قرار می‌گیرند که فناوری نیاز به خنک‌سازی سریع محصول در حین یا قبل از قالب‌گیری، فشار دادن، اکسترود کردن، آسیاب کردن یا برش دادن دارد. دستگاه‌هایی از این نوع برای استفاده در مرغداری‌ها برای خنک‌سازی فوق‌سریع درون خطی از 42.7 درجه سانتیگراد تا 4.4-7.2 درجه سانتیگراد تخم مرغ تازه گذاشته شده بسیار مناسب هستند.
3. برای برداشتن پوست از توت ها به روش انجماد.
4. برای انجماد اسپرم و جنین گاو و خوک.
در صنعت تبرید
5. برای استفاده به عنوان مبرد جایگزین در سیستم های تبرید. دی اکسید کربن می تواند به عنوان یک مبرد موثر عمل کند زیرا دارای دمای بحرانی پایین (31.1 درجه سانتیگراد)، دمای نقطه سه گانه نسبتاً بالا (56- درجه سانتیگراد)، فشار نقطه سه گانه بالا (0.5 میلی پاسکال) و فشار بحرانی بالا (7.39) است. mPa). به عنوان مبرد دارای مزایای زیر است:
· قیمت بسیار پایین در مقایسه با سایر مبردها.
· غیر سمی، غیر قابل اشتعال و غیر منفجره؛
· سازگار با تمام مواد عایق الکتریکی و ساختاری.
· لایه اوزون را از بین نمی برد.
· سهم متوسطی در افزایش اثر گلخانه ای در مقایسه با مبردهای هالوژنه مدرن دارد. یک فشار بحرانی بالا جنبه مثبت نسبت تراکم پایین را دارد که منجر به راندمان کمپرسور قابل توجهی می شود که امکان طراحی های تبرید فشرده و کم هزینه را فراهم می کند. در عین حال نیاز به خنک کننده اضافی موتور الکتریکی کندانسور است و مصرف فلزی واحد تبرید به دلیل افزایش ضخامت لوله ها و دیواره ها افزایش می یابد. نویدبخش استفاده از CO2 در تاسیسات دو مرحله ای با دمای پایین برای کاربردهای صنعتی و نیمه صنعتی و به ویژه در سیستم های تهویه مطبوع خودروها و قطارها است.
6. برای سنگ زنی یخ زده با کارایی بالا محصولات و مواد نرم، ترموپلاستیک و الاستیک. در آسیاب های برودتی، آن دسته از محصولات و موادی که نمی توانند به شکل معمول آسیاب شوند، به عنوان مثال ژلاتین، لاستیک، هرگونه پلیمر، لاستیک، به سرعت و با مصرف انرژی کم به شکل منجمد آسیاب می شوند. آسیاب سرد در یک فضای خشک و بی اثر برای همه گیاهان و ادویه ها، دانه های کاکائو و دانه های قهوه ضروری است.
7. برای آزمایش سیستم های فنی در دماهای پایین.
در متالورژی
8. برای خنک کردن آلیاژهای سخت برش در هنگام پردازش بر روی ماشین تراش.
9. ایجاد یک محیط حفاظتی برای سرکوب دود در فرآیندهای ذوب یا بطری مس، نیکل، روی و سرب.
10. هنگام بازپخت سیم مسی جامد برای محصولات کابلی.
در صنعت معدن
11. به عنوان ماده منفجره کم انفجار در معادن زغال سنگ که در حین انفجار منجر به اشتعال متان و غبار زغال سنگ نمی شود و گازهای سمی تولید نمی کند.
12. جلوگیری از آتش سوزی و انفجار با جابجایی هوا از ظروف و مین های حاوی بخارات و گازهای انفجاری با دی اکسید کربن.
فوق بحرانی
در فرآیندهای استخراج
1. گرفتن مواد معطر از آب میوه و توت، به دست آوردن عصاره های گیاهی و گیاهان دارویی با استفاده از دی اکسید کربن مایع. در روش‌های سنتی استخراج مواد خام گیاهی و حیوانی، از انواع حلال‌های آلی استفاده می‌شود که بسیار خاص هستند و به ندرت استخراج کامل ترکیبات فعال بیولوژیکی از مواد خام را تضمین می‌کنند. علاوه بر این، مشکل جداسازی بقایای حلال از عصاره همیشه به وجود می آید و پارامترهای تکنولوژیکی این فرآیند می تواند منجر به تخریب جزئی یا حتی کامل برخی از اجزای عصاره شود که نه تنها در ترکیب، بلکه در ترکیب نیز تغییر می کند. خواص عصاره جدا شده در مقایسه با روش های سنتی، فرآیندهای استخراج (و همچنین شکنش و اشباع) با استفاده از دی اکسید کربن فوق بحرانی دارای تعدادی مزیت هستند:
· طبیعت صرفه جویی در انرژی فرآیند.
· ویژگی های انتقال جرم بالا فرآیند به دلیل ویسکوزیته کم و توانایی نفوذ بالای حلال.
· درجه بالای استخراج اجزای مربوطه و کیفیت بالای محصول حاصل.
· عدم وجود مجازی CO2 در محصولات نهایی.
· یک محیط حل کننده بی اثر در دمایی استفاده می شود که تخریب حرارتی مواد را تهدید نمی کند.
· این فرآیند آب زائد و حلال های زائد تولید نمی کند؛ پس از فشرده سازی، CO2 را می توان جمع آوری و دوباره استفاده کرد.
· خلوص میکروبیولوژیکی منحصر به فرد محصولات حاصل تضمین می شود.
فقدان تجهیزات پیچیده و فرآیند چند مرحله ای.
· یک حلال ارزان، غیر سمی و غیر قابل اشتعال استفاده می شود. خواص انتخابی و استخراج دی اکسید کربن می تواند به طور گسترده ای با تغییرات دما و فشار متفاوت باشد، که این امکان استخراج بیشتر طیف ترکیبات فعال بیولوژیکی در حال حاضر شناخته شده را از مواد گیاهی در دماهای پایین فراهم می کند.
2. برای به دست آوردن محصولات طبیعی با ارزش - عصاره CO2 ادویه جات ترشی جات، اسانس ها و مواد فعال بیولوژیکی. عصاره عملاً از مواد گیاهی اصلی کپی می کند؛ در مورد غلظت مواد تشکیل دهنده آن، می توان گفت که هیچ آنالوگ در بین عصاره های کلاسیک وجود ندارد. داده های تجزیه و تحلیل کروماتوگرافی نشان می دهد که محتوای مواد ارزشمند ده ها برابر بیشتر از عصاره های کلاسیک است. تولید در مقیاس صنعتی تسلط یافته است:
· عصاره ادویه جات و گیاهان دارویی؛
· رایحه میوه؛
· عصاره ها و اسیدهای رازک.
· آنتی اکسیدان ها، کاروتنوئیدها و لیکوپن ها (از جمله از مواد خام گوجه فرنگی).
· مواد رنگ آمیزی طبیعی (از میوه های فلفل قرمز و دیگران)؛
لانولین از پشم؛
· موم های طبیعی گیاهی؛
· روغن های خولان دریایی.
3. برای استخراج اسانس های بسیار خالص، به ویژه از مرکبات. هنگام استخراج اسانس ها با CO2 فوق بحرانی، بخش های بسیار فرار نیز با موفقیت استخراج می شوند که به این روغن ها خاصیت تثبیت کننده و همچنین عطر کامل تری می بخشد.
4. برای حذف کافئین از چای و قهوه، نیکوتین از تنباکو.
5. برای حذف کلسترول از مواد غذایی (گوشت، لبنیات و تخم مرغ).
6. برای تولید چیپس سیب زمینی کم چرب و محصولات سویا.
7. برای تولید تنباکو با کیفیت بالا با خواص فنی مشخص.
8. برای خشکشویی لباس.
9. حذف ترکیبات اورانیوم و عناصر ترانس اورانیوم از خاک های آلوده به رادیواکتیو و از سطوح اجسام فلزی. در عین حال، حجم زباله های آب صدها برابر کاهش می یابد و نیازی به استفاده از حلال های آلی تهاجمی نیست.
10. برای فناوری حکاکی PCB سازگار با محیط زیست برای میکروالکترونیک، بدون تولید زباله های مایع سمی.
در فرآیندهای شکنش
جداسازی ماده مایع از محلول یا جداسازی مخلوطی از مواد مایع را تفکیک می گویند. این فرآیندها پیوسته هستند و بنابراین بسیار کارآمدتر از جداسازی مواد از بسترهای جامد هستند.
11. برای تصفیه و خوشبو کردن روغن ها و چربی ها. برای به دست آوردن روغن تجاری، لازم است طیف وسیعی از اقدامات مانند حذف لسیتین، مخاط، اسید، سفید کردن، بو کردن و غیره انجام شود. هنگام استخراج با CO2 فوق بحرانی، این فرآیندها در طول یک چرخه تکنولوژیکی انجام می شوند و کیفیت روغن به دست آمده در این مورد بسیار بهتر است، زیرا فرآیند در دماهای نسبتاً پایین انجام می شود.
12. برای کاهش محتوای الکل در نوشیدنی ها. تولید نوشیدنی های سنتی غیر الکلی (شراب، آبجو، سیب) به دلایل اخلاقی، مذهبی یا رژیم غذایی با تقاضای فزاینده ای روبرو است. حتی اگر این نوشیدنی های کم الکل اغلب کیفیت پایین تری داشته باشند، بازار آنها قابل توجه است و به سرعت در حال رشد است، بنابراین بهبود چنین فناوری موضوعی بسیار جذاب است.
13. برای تولید صرفه جویی در انرژی گلیسیرین با خلوص بالا.
14. برای تولید صرفه جویی در انرژی لسیتین از روغن سویا (با محتوای فسفاتیدیل کولین حدود 95٪).
15. برای تصفیه جریان از طریق فاضلاب صنعتی از آلاینده های هیدروکربنی.
در فرآیندهای اشباع
فرآیند اشباع - معرفی مواد جدید، اساساً فرآیند معکوس استخراج است. ماده مورد نیاز در CO2 فوق بحرانی حل می شود، سپس محلول به زیرلایه جامد نفوذ می کند، هنگامی که فشار آزاد می شود، دی اکسید کربن فورا تبخیر می شود و ماده در بستر باقی می ماند.
16. برای فناوری رنگرزی سازگار با محیط زیست برای الیاف، پارچه و لوازم جانبی نساجی. نقاشی یک مورد خاص از اشباع است. رنگ‌ها معمولاً در یک حلال آلی سمی حل می‌شوند، بنابراین مواد رنگ‌شده باید کاملاً شسته شوند و باعث می‌شوند که حلال یا به اتمسفر تبخیر شود یا به فاضلاب ختم شود. در رنگرزی فوق بحرانی از آب و حلال استفاده نمی شود، رنگ در CO2 فوق بحرانی حل می شود. این روش فرصت جالبی را برای رنگ آمیزی انواع مختلف مواد مصنوعی مانند دندانه های پلاستیکی و آستر پارچه ای زیپ فراهم می کند.
17. برای فناوری سازگار با محیط زیست، استفاده از رنگ. رنگ خشک در جریانی از CO2 فوق بحرانی حل می شود و همراه با آن از نازل یک تفنگ مخصوص خارج می شود. دی اکسید کربن بلافاصله تبخیر می شود و رنگ روی سطح می نشیند. این فناوری به ویژه برای رنگ آمیزی ماشین ها و تجهیزات بزرگ امیدوار کننده است.
18. برای آغشته سازی همگن ساختارهای پلیمری با داروها، در نتیجه اطمینان از انتشار مداوم و طولانی مدت دارو در بدن. این فناوری مبتنی بر توانایی CO2 فوق بحرانی است که به راحتی به بسیاری از پلیمرها نفوذ کرده، آنها را اشباع کرده و باعث باز شدن و متورم شدن ریز منافذ می شود.
در فرآیندهای تکنولوژیکی
19. جایگزینی بخار آب با دمای بالا با CO2 فوق بحرانی در فرآیندهای اکستروژن، هنگام پردازش مواد خام دانه مانند، امکان استفاده از دمای نسبتاً پایین، ورود مواد لبنی و هرگونه افزودنی حساس به حرارت را در دستور پخت فراهم می کند. اکستروژن سیال فوق بحرانی امکان ایجاد محصولات جدید با ساختار داخلی فوق العاده متخلخل و سطح صاف و متراکم را فراهم می کند.
20. برای تولید پودرهای پلیمری و چربی. جریانی از CO2 فوق بحرانی با برخی پلیمرها یا چربی‌های حل شده در آن به محفظه‌ای با فشار کمتر تزریق می‌شود، جایی که آنها به شکل پودر کاملاً همگن و کاملاً پراکنده، بهترین الیاف یا لایه‌ها، "تغلیظ" می‌شوند.
21. برای آماده شدن برای خشک کردن سبزی ها و میوه ها با برداشتن لایه موم کوتیکولی با جت CO2 فوق بحرانی.
در فرآیندهای واکنش شیمیایی
22. یک زمینه امیدوارکننده از کاربرد CO2 فوق بحرانی، استفاده از آن به عنوان یک محیط بی اثر در طی واکنش های شیمیایی پلیمریزاسیون و سنتز است. در یک محیط فوق بحرانی، سنتز می تواند هزار بار سریعتر از سنتز مواد مشابه در راکتورهای سنتی اتفاق بیفتد. برای صنعت بسیار مهم است که چنین شتاب قابل توجهی در سرعت واکنش، به دلیل غلظت بالای معرف ها در یک محیط فوق بحرانی با ویسکوزیته کم و انتشار بالا، امکان کاهش متناظر زمان تماس معرف ها را فراهم کند. از نظر فناوری، این امکان را به جای راکتورهای بسته استاتیک با راکتورهای جریانی که اساسا کوچکتر، ارزان تر و ایمن تر هستند، می دهد.
در فرآیندهای حرارتی
23. به عنوان سیال کاری برای نیروگاه های مدرن.
24. به عنوان سیال کار پمپ های حرارتی گاز تولید کننده حرارت با دمای بالا برای سیستم های تامین آب گرم.
در حالت جامد (یخ خشک و برف)
در صنایع غذایی
1. برای انجماد تماسی گوشت و ماهی.
2. برای تماس با انجماد سریع انواع توت ها (انگور فرنگی قرمز و سیاه، انگور فرنگی، تمشک، chokeberries و دیگران).
3. فروش بستنی و نوشابه در نقاط دور از شبکه برق خنک شده با یخ خشک.
4. هنگام نگهداری، حمل و نقل و فروش محصولات غذایی منجمد و سرد. تولید یخ خشک بریکت شده و دانه بندی شده برای خریداران و فروشندگان محصولات فاسد شدنی در حال توسعه است. یخ خشک برای حمل و نقل و برای فروش گوشت، ماهی و بستنی در هوای گرم بسیار راحت است - محصولات برای مدت طولانی یخ زده باقی می مانند. از آنجایی که یخ خشک فقط تبخیر می شود (تصعید می شود)، مایع ذوب شده ای وجود ندارد و ظروف حمل و نقل همیشه تمیز می مانند. یخچال های خودکار را می توان به یک سیستم خنک کننده یخ خشک با اندازه کوچک مجهز کرد که با سادگی بسیار زیاد دستگاه و قابلیت اطمینان عملیاتی بالا مشخص می شود. هزینه آن چندین برابر کمتر از هزینه هر واحد تبرید کلاسیک است. هنگام حمل و نقل در فواصل کوتاه، چنین سیستم خنک کننده ای اقتصادی ترین است.
5. قبل از بارگیری محصولات، ظروف را از قبل خنک کنید. دمیدن برف خشک در دی اکسید کربن سرد یکی از موثرترین راه ها برای پیش سرد کردن هر ظرفی است.
6. برای حمل و نقل هوایی به عنوان مبرد اولیه در ظروف همدما با سیستم تبرید دو مرحله ای مستقل (یخ خشک دانه بندی شده - فریون).
در حین کار تمیز کردن سطح
8. تمیز کردن قطعات و اجزاء، موتورها از آلاینده ها با استفاده از تصفیه خانه ها با استفاده از دانه های یخ خشک در جریان گاز برای تمیز کردن سطوح اجزا و قطعات از آلاینده های عملیاتی. اخیراً تقاضای زیادی برای تمیز کردن سریع مواد غیر ساینده، سطوح خشک و مرطوب با جت یخ خشک دانه بندی ریز (بلاست) شده است. بدون جدا کردن واحدها، می توانید با موفقیت انجام دهید:
· تمیز کردن خطوط جوش.
حذف رنگ قدیمی.
· تمیز کردن قالب های ریخته گری.
· تمیز کردن واحدهای دستگاه چاپ.
· تمیز کردن تجهیزات برای صنایع غذایی.
· تمیز کردن قالب های تولید محصولات فوم پلی یورتان.
· تمیز کردن قالب های تولید لاستیک اتومبیل و سایر محصولات لاستیکی.
· تمیز کردن قالب ها برای تولید محصولات پلاستیکی، از جمله تمیز کردن قالب ها برای تولید بطری های PET. هنگامی که گلوله های یخ خشک به سطحی برخورد می کنند، فورا تبخیر می شوند و یک انفجار ریز ایجاد می کنند که آلودگی ها را از سطح پاک می کند. هنگام حذف مواد شکننده مانند رنگ، این فرآیند یک موج فشار بین پوشش و زیرلایه ایجاد می کند. این موج به اندازه کافی قوی است که پوشش را جدا کرده و آن را از داخل بلند می کند. هنگام از بین بردن مواد چسبنده یا چسبنده مانند روغن یا کثیفی، فرآیند تمیز کردن شبیه یک جت آب قوی است.
7. برای تمیز کردن محصولات لاستیک و پلاستیک مهر شده از فرز (غلت زدن).
در حین کار ساخت و ساز
9. در فرآیند تولید مصالح ساختمانی متخلخل با همان اندازه حباب های دی اکسید کربن، به طور مساوی در کل حجم مواد توزیع شده است.
10. برای یخ زدن خاک ها در حین ساخت و ساز.
11. نصب شمع های یخ در لوله های دارای آب (با انجماد آنها از بیرون با یخ خشک)، در حین تعمیرات روی خطوط لوله بدون تخلیه آب.
12. برای نظافت چاه های آرتزین.
13. هنگام برداشتن سطوح آسفالتی در هوای گرم.
در سایر صنایع
14. دریافت دمای پایین تا منفی 100 درجه (هنگام اختلاط یخ خشک با اتر) برای آزمایش کیفیت محصول، برای کارهای آزمایشگاهی.
15. برای نصب سرد قطعات در مهندسی مکانیک.
16. در تولید گریدهای انعطاف پذیر فولادهای آلیاژی و ضد زنگ، آلیاژهای آلومینیوم آنیل شده.
17. هنگام خرد کردن، آسیاب کردن و حفظ کاربید کلسیم.
18. ایجاد باران مصنوعی و به دست آوردن بارندگی اضافی.
19. پراکندگی مصنوعی ابرها و مه، مبارزه با تگرگ.
20. ایجاد دود بی ضرر در هنگام اجرا و کنسرت. دریافت افکت دود بر روی صحنه های پاپ در حین اجرای هنرمندان با استفاده از یخ خشک.
در پزشکی
21. برای درمان برخی بیماری های پوستی (کرایوتراپی).
متداول ترین فرآیندهای تشکیل این ترکیب، پوسیدگی بقایای جانوری و گیاهی، احتراق انواع سوخت و تنفس حیوانات و گیاهان است. به عنوان مثال، یک نفر در روز حدود یک کیلوگرم دی اکسید کربن را در جو منتشر می کند. مونوکسید کربن و دی اکسید نیز می توانند در طبیعت بی جان تشکیل شوند. دی اکسید کربن در طی فعالیت های آتشفشانی آزاد می شود و همچنین می تواند از منابع آب معدنی تولید شود. دی اکسید کربن به مقدار کم در جو زمین یافت می شود.
ویژگی های ساختار شیمیایی این ترکیب به آن اجازه می دهد تا در بسیاری از واکنش های شیمیایی شرکت کند که اساس آن دی اکسید کربن است.
فرمول
در ترکیب این ماده، اتم کربن چهار ظرفیتی با دو مولکول اکسیژن پیوند خطی ایجاد می کند. ظاهر چنین مولکولی را می توان به صورت زیر نشان داد:
تئوری هیبریداسیون ساختار مولکول دی اکسید کربن را به شرح زیر توضیح می دهد: دو پیوند سیگما موجود بین اوربیتال های sp اتم های کربن و دو اوربیتال 2p اکسیژن تشکیل می شوند. اوربیتال‌های p کربن که در هیبریداسیون شرکت نمی‌کنند، در پیوند با اوربیتال‌های مشابه اکسیژن به هم متصل می‌شوند. در واکنش های شیمیایی، دی اکسید کربن را به صورت: CO 2 می نویسند.
مشخصات فیزیکی
در شرایط عادی، دی اکسید کربن یک گاز بی رنگ و بی بو است. از هوا سنگین تر است، به همین دلیل است که دی اکسید کربن می تواند مانند یک مایع رفتار کند. مثلا می توان آن را از ظرفی به ظرف دیگر ریخت. این ماده کمی در آب محلول است - حدود 0.88 لیتر CO 2 در یک لیتر آب با دمای 20 ⁰C حل می شود. کاهش جزئی دما وضعیت را به شدت تغییر می دهد - 1.7 لیتر CO 2 می تواند در همان لیتر آب در دمای 17⁰C حل شود. با خنک شدن قوی، این ماده به شکل دانه های برف رسوب می کند - به اصطلاح "یخ خشک" تشکیل می شود. این نام از این واقعیت ناشی می شود که در فشار معمولی ماده با دور زدن فاز مایع بلافاصله به گاز تبدیل می شود. دی اکسید کربن مایع در فشار کمی بالاتر از 0.6 مگاپاسکال و در دمای اتاق تشکیل می شود.
خواص شیمیایی
هنگام تعامل با عوامل اکسید کننده قوی، دی اکسید کربن 4 خاصیت اکسید کننده را از خود نشان می دهد. واکنش معمول این تعامل عبارت است از:
C + CO 2 = 2CO.
بنابراین، با کمک زغال سنگ، دی اکسید کربن به اصلاح دو ظرفیتی آن کاهش می یابد - مونوکسید کربن.
در شرایط عادی، دی اکسید کربن بی اثر است. اما برخی از فلزات فعال می توانند در آن بسوزند و اکسیژن را از ترکیب خارج کرده و گاز کربن را آزاد کنند. یک واکنش معمولی احتراق منیزیم است:
2Mg + CO 2 = 2MgO + C.
در طی واکنش، اکسید منیزیم و کربن آزاد تشکیل می شود.
در ترکیبات شیمیایی، CO 2 اغلب خواص یک اکسید اسید معمولی را نشان می دهد. مثلاً با بازها و اکسیدهای بازی واکنش می دهد. نتیجه واکنش نمک های اسید کربنیک است.
برای مثال، واکنش یک ترکیب اکسید سدیم با دی اکسید کربن را می توان به صورت زیر نشان داد:
Na 2 O + CO 2 = Na 2 CO 3;
2NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O;
NaOH + CO 2 = NaHCO 3.
محلول اسید کربنیک و CO 2
دی اکسید کربن در آب محلولی با درجه تفکیک کمی تشکیل می دهد. این محلول دی اکسید کربن اسید کربنیک نامیده می شود. بی رنگ، با بیان ضعیف و مزه ترش است.
ثبت یک واکنش شیمیایی:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3.
تعادل به شدت به سمت چپ تغییر می کند - تنها حدود 1٪ از دی اکسید کربن اولیه به اسید کربنیک تبدیل می شود. هر چه دما بالاتر باشد، مولکول های اسید کربنیک در محلول کمتر می شود. هنگامی که این ترکیب به جوش می آید، به طور کامل ناپدید می شود و محلول به دی اکسید کربن و آب تجزیه می شود. فرمول ساختاری اسید کربنیک در زیر ارائه شده است.
خواص اسید کربنیک
اسید کربنیک بسیار ضعیف است. در محلول ها به یون های هیدروژن H + و ترکیبات HCO 3 - تجزیه می شود. CO 3 - یونها در مقادیر بسیار کم تشکیل می شوند.
اسید کربنیک دوبازیک است، بنابراین نمک های تشکیل شده توسط آن می توانند متوسط و اسیدی باشند. در سنت شیمی روسیه، نمک های متوسط کربنات و نمک های قوی بی کربنات نامیده می شوند.
واکنش کیفی
یکی از راه های ممکن برای تشخیص گاز دی اکسید کربن، تغییر شفافیت ملات آهک است.
Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O.
این تجربه از یک دوره شیمی مدرسه شناخته شده است. در ابتدای واکنش، مقدار کمی رسوب سفید تشکیل می شود که متعاقباً با عبور دی اکسید کربن از آب، از بین می رود. تغییر در شفافیت به این دلیل رخ می دهد که در طول فرآیند برهمکنش، یک ترکیب نامحلول - کربنات کلسیم - به یک ماده محلول - بی کربنات کلسیم تبدیل می شود. واکنش در این مسیر ادامه می یابد:
CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca(HCO 3) 2.
تولید دی اکسید کربن
در صورت نیاز به دریافت مقدار کمی CO2، می توانید واکنش اسید هیدروکلریک را با کربنات کلسیم (مرمر) شروع کنید. نماد شیمیایی این برهمکنش به این صورت است:
CaCO 3 + HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2 .
همچنین برای این منظور، از واکنش های احتراق مواد حاوی کربن، به عنوان مثال استیلن، استفاده می شود:
CH 4 + 2O 2 → 2H 2 O + CO 2 -.
از دستگاه کیپ برای جمع آوری و ذخیره ماده گازی حاصل استفاده می شود.
برای نیازهای صنعت و کشاورزی، مقیاس تولید دی اکسید کربن باید زیاد باشد. یک روش محبوب برای این واکنش در مقیاس بزرگ سوزاندن سنگ آهک است که دی اکسید کربن تولید می کند. فرمول واکنش در زیر آورده شده است:
CaCO 3 = CaO + CO 2.
کاربردهای دی اکسید کربن
صنعت غذا، پس از تولید در مقیاس بزرگ "یخ خشک"، به روشی اساساً جدید برای نگهداری مواد غذایی روی آورد. در تولید نوشیدنی های گازدار و آب معدنی ضروری است. محتوای CO 2 موجود در نوشیدنی ها به آنها طراوت می بخشد و ماندگاری آنها را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. و کاربید شدن آبهای معدنی به شما امکان می دهد از کدر شدن و طعم ناخوشایند جلوگیری کنید.
در آشپزی اغلب از روش اطفاء اسید سیتریک با سرکه استفاده می شود. دی اکسید کربن آزاد شده در طی این فرآیند به محصولات شیرینی پزی نرم و سبک می شود.
این ترکیب اغلب به عنوان یک افزودنی غذایی برای افزایش ماندگاری محصولات غذایی استفاده می شود. طبق استانداردهای بین المللی برای طبقه بندی افزودنی های شیمیایی موجود در محصولات، کد E 290،
دی اکسید کربن پودری یکی از محبوب ترین مواد موجود در مخلوط های اطفاء حریق است. این ماده در فوم کپسول آتش نشانی نیز یافت می شود.
بهتر است دی اکسید کربن را در سیلندرهای فلزی حمل و نگهداری کنید. در دماهای بالاتر از 31 درجه سانتیگراد، فشار در سیلندر می تواند به بحرانی برسد و CO 2 مایع به حالت فوق بحرانی با افزایش شدید فشار کاری به 7.35 مگاپاسکال می رود. سیلندر فلزی می تواند فشار داخلی تا 22 مگاپاسکال را تحمل کند، بنابراین محدوده فشار در دمای بالای سی درجه ایمن در نظر گرفته می شود.
سودا، آتشفشان، زهره، یخچال - چه چیزی مشترک است؟ دی اکسید کربن. جالب ترین اطلاعات در مورد یکی از مهم ترین ترکیبات شیمیایی روی زمین را برای شما جمع آوری کرده ایم.
دی اکسید کربن چیست
دی اکسید کربن عمدتاً در حالت گازی شناخته شده است، یعنی. به صورت دی اکسید کربن با فرمول شیمیایی ساده CO2. در این شکل، در شرایط عادی - در فشار اتمسفر و دمای "معمولی" وجود دارد. اما در فشار افزایش یافته، بالای 5850 کیلو پاسکال (مانند فشار در عمق حدود 600 متری دریا)، این گاز به مایع تبدیل می شود. و هنگامی که به شدت سرد شود (منهای 78.5 درجه سانتیگراد)، متبلور می شود و به اصطلاح به یخ خشک تبدیل می شود که به طور گسترده در تجارت برای نگهداری مواد غذایی منجمد در یخچال استفاده می شود.
دی اکسید کربن مایع و یخ خشک تولید و در فعالیت های انسانی استفاده می شود، اما این اشکال ناپایدار هستند و به راحتی تجزیه می شوند.
اما گاز دی اکسید کربن در همه جا وجود دارد: در طی تنفس حیوانات و گیاهان آزاد می شود و بخش مهمی از ترکیب شیمیایی جو و اقیانوس است.
خواص دی اکسید کربن
دی اکسید کربن CO2 بی رنگ و بی بو است. در شرایط عادی هیچ طعمی ندارد. با این حال، اگر غلظت بالایی از دی اکسید کربن را استنشاق کنید، ممکن است طعم ترش را در دهان خود تجربه کنید که ناشی از حل شدن دی اکسید کربن در غشاهای مخاطی و بزاق است و محلول ضعیفی از اسید کربنیک را تشکیل می دهد.
به هر حال، این توانایی دی اکسید کربن برای حل شدن در آب است که برای تولید آب گازدار استفاده می شود. حباب های لیموناد همان دی اکسید کربن هستند. اولین دستگاه برای اشباع آب با CO2 در سال 1770 اختراع شد و قبلاً در سال 1783، Jacob Schweppes سوئیسی کارآفرین تولید صنعتی سودا را آغاز کرد (نام تجاری Schweppes هنوز وجود دارد).
دی اکسید کربن 1.5 برابر سنگین تر از هوا است، بنابراین اگر اتاق تهویه مناسبی نداشته باشد، تمایل دارد در لایه های پایینی خود "ته نشین شود". اثر "غار سگ" شناخته شده است، جایی که CO2 به طور مستقیم از زمین آزاد می شود و در ارتفاع حدود نیم متری تجمع می یابد. یک فرد بالغ با ورود به چنین غاری در اوج رشد خود، بیش از حد دی اکسید کربن را احساس نمی کند، اما سگ ها مستقیماً خود را در لایه ضخیم دی اکسید کربن می بینند و مسموم می شوند.
CO2 از احتراق پشتیبانی نمی کند، به همین دلیل است که از آن در کپسول های آتش نشانی و سیستم های اطفاء حریق استفاده می شود. ترفند خاموش کردن شمع سوزان با محتویات یک لیوان ظاهرا خالی (اما در واقع دی اکسید کربن) دقیقاً بر اساس همین خاصیت دی اکسید کربن است.
دی اکسید کربن در طبیعت: منابع طبیعی
دی اکسید کربن در طبیعت از منابع مختلفی تشکیل می شود:
- تنفس حیوانات و گیاهان.
هر دانش آموزی می داند که گیاهان دی اکسید کربن CO2 را از هوا جذب می کنند و از آن در فرآیندهای فتوسنتز استفاده می کنند. برخی از زنان خانه دار سعی می کنند کمبودهای خود را با فراوانی گیاهان داخلی جبران کنند. با این حال، گیاهان نه تنها جذب می کنند، بلکه در غیاب نور، دی اکسید کربن را نیز آزاد می کنند - این بخشی از فرآیند تنفس است. بنابراین، یک جنگل در یک اتاق خواب با تهویه ضعیف ایده خوبی نیست: سطح CO2 در شب حتی بیشتر افزایش می یابد. - فعالیت آتشفشانی
دی اکسید کربن بخشی از گازهای آتشفشانی است. در مناطقی با فعالیت آتشفشانی بالا، CO2 می‌تواند مستقیماً از زمین - از شکاف‌ها و شکاف‌هایی به نام موفت - آزاد شود. غلظت دی اکسید کربن در دره های دارای موفت به حدی است که بسیاری از حیوانات کوچک با رسیدن به آنجا می میرند. - تجزیه مواد آلی.
دی اکسید کربن در طی احتراق و تجزیه مواد آلی تشکیل می شود. انتشارات طبیعی زیاد دی اکسید کربن با آتش سوزی جنگل ها همراه است.
دی اکسید کربن در طبیعت به شکل ترکیبات کربن در مواد معدنی "ذخیره" می شود: زغال سنگ، نفت، ذغال سنگ نارس، سنگ آهک. ذخایر عظیم CO2 به صورت محلول در اقیانوس های جهان یافت می شود.
انتشار دی اکسید کربن از یک مخزن باز می تواند منجر به یک فاجعه لیمنولوژیکی شود، به عنوان مثال، در سال های 1984 و 1986 اتفاق افتاد. در دریاچه های مانون و نیوس در کامرون. هر دو دریاچه در محل دهانه های آتشفشانی تشکیل شده اند - اکنون آنها منقرض شده اند، اما در اعماق ماگمای آتشفشانی هنوز دی اکسید کربن آزاد می کند که به سمت آب دریاچه ها بالا می رود و در آنها حل می شود. در نتیجه تعدادی از فرآیندهای اقلیمی و زمین شناسی، غلظت دی اکسید کربن در آب ها از مقدار بحرانی فراتر رفت. مقدار زیادی دی اکسید کربن در جو منتشر شد که مانند بهمن از دامنه کوه پایین رفت. حدود 1800 نفر قربانی بلایای لیمنولوژی در دریاچه های کامرون شدند.
منابع مصنوعی دی اکسید کربن
منابع انسانی اصلی دی اکسید کربن عبارتند از:
- انتشارات صنعتی مرتبط با فرآیندهای احتراق؛
- حمل و نقل خودرو
علیرغم این واقعیت که سهم حمل و نقل سازگار با محیط زیست در جهان در حال افزایش است، اکثریت قریب به اتفاق جمعیت جهان به زودی فرصت (یا تمایل) تغییر به خودروهای جدید را نخواهند داشت.
جنگل زدایی فعال برای اهداف صنعتی همچنین منجر به افزایش غلظت دی اکسید کربن CO2 در هوا می شود.
CO2 یکی از محصولات نهایی متابولیسم (تجزیه گلوکز و چربی) است. در بافت ها ترشح می شود و توسط هموگلوبین به ریه ها منتقل می شود و از طریق آن بازدم می شود. هوای بازدم شده توسط یک فرد حاوی حدود 4.5٪ دی اکسید کربن (45000 ppm) است - 60-110 برابر بیشتر از هوای استنشاق شده.
دی اکسید کربن نقش زیادی در تنظیم جریان خون و تنفس دارد. افزایش سطح CO2 در خون باعث گشاد شدن مویرگ ها می شود و اجازه می دهد خون بیشتری از آن عبور کند که اکسیژن را به بافت ها می رساند و دی اکسید کربن را حذف می کند.
سیستم تنفسی نیز با افزایش دی اکسید کربن تحریک می شود و آنطور که به نظر می رسد با کمبود اکسیژن نیست. در حقیقت، کمبود اکسیژن برای مدت طولانی توسط بدن احساس نمی شود و کاملاً ممکن است در هوای کمیاب، فرد قبل از احساس کمبود هوا، هوشیاری خود را از دست بدهد. خاصیت تحریک کننده CO2 در دستگاه های تنفس مصنوعی استفاده می شود: جایی که دی اکسید کربن با اکسیژن مخلوط می شود تا سیستم تنفسی "شروع" شود.
دی اکسید کربن و ما: چرا CO2 خطرناک است
دی اکسید کربن درست مانند اکسیژن برای بدن انسان ضروری است. اما درست مانند اکسیژن، دی اکسید کربن بیش از حد به سلامتی ما آسیب می رساند.
غلظت بالای CO2 در هوا منجر به مسمومیت بدن و ایجاد حالت هایپرکاپنی می شود. با هایپرکاپنیا، فرد دچار مشکل در تنفس، حالت تهوع، سردرد و حتی ممکن است هوشیاری خود را از دست بدهد. اگر میزان دی اکسید کربن کاهش نیابد، گرسنگی اکسیژن رخ می دهد. واقعیت این است که هم دی اکسید کربن و هم اکسیژن در سراسر بدن با همان "حمل و نقل" - هموگلوبین حرکت می کنند. به طور معمول، آنها با هم "سفر" می کنند و به مکان های مختلف روی مولکول هموگلوبین می چسبند. با این حال، افزایش غلظت دی اکسید کربن در خون، توانایی اکسیژن برای اتصال به هموگلوبین را کاهش می دهد. مقدار اکسیژن در خون کاهش می یابد و هیپوکسی رخ می دهد.
چنین پیامدهای ناسالمی برای بدن هنگام استنشاق هوایی با محتوای CO2 بیش از 5000 ppm رخ می دهد (مثلاً می تواند هوای معادن باشد). انصافاً ، در زندگی معمولی ما عملاً هرگز با چنین هوایی روبرو نمی شویم. با این حال، غلظت بسیار کمتر دی اکسید کربن بهترین تأثیر را بر سلامتی ندارد.
بر اساس برخی یافته ها، حتی 1000 ppm CO2 باعث خستگی و سردرد در نیمی از افراد می شود. بسیاری از مردم حتی زودتر شروع به احساس گرفتگی و ناراحتی می کنند. با افزایش بیشتر غلظت دی اکسید کربن به 1500 تا 2500 ppm به طور بحرانی، مغز برای به دست گرفتن ابتکار عمل، پردازش اطلاعات و تصمیم گیری تنبل است.
و اگر سطح 5000 ppm در زندگی روزمره تقریبا غیرممکن باشد، آنگاه 1000 و حتی 2500 ppm می تواند به راحتی بخشی از واقعیت انسان مدرن باشد. ما نشان دادیم که در کلاس‌های مدرسه که به ندرت تهویه می‌شود، سطح CO2 در بیشتر مواقع بالای 1500 پی‌پی‌ام باقی می‌ماند و گاهی به بالای 2000 پی‌پی‌ام می‌پرد. دلایل زیادی وجود دارد که باور کنیم وضعیت در بسیاری از ادارات و حتی آپارتمان ها مشابه است.
فیزیولوژیست ها 800 ppm را سطح ایمن دی اکسید کربن برای رفاه انسان می دانند.
مطالعه دیگری ارتباط بین سطح CO2 و استرس اکسیداتیو را نشان داد: هر چه سطح دی اکسید کربن بالاتر باشد، بیشتر از استرس اکسیداتیو رنج می بریم که به سلول های بدن ما آسیب می رساند.
دی اکسید کربن در جو زمین
در جو سیاره ما فقط حدود 0.04٪ CO2 وجود دارد (این تقریباً 400 ppm است) و اخیراً حتی کمتر هم شده است: دی اکسید کربن فقط در پاییز 2016 از مرز 400 ppm عبور کرد. دانشمندان افزایش سطح CO2 در جو را به صنعتی شدن نسبت می دهند: در اواسط قرن هجدهم، در آستانه انقلاب صنعتی، این میزان فقط در حدود 270 ppm بود.
بارگذاری...