Двуокись углерода

Использование двуокиси углерода (углекислоты)

Низкотемпературная углекислота, находящаяся в жидком состоянии, используется в разных видах промышленности.

1. Пищевая промышленность.

Жидкий диоксид углерода, как и жидкий азот, применяется в процессе прямой контактной заморозки разных продуктов, и чаще всего служит для быстрого замораживания (от -18 С и ниже). Наиболее активно углекислота используется в контактных скороморозильных камерах при работе с пищевыми продуктами. Для осуществления заморозки она подается из сопел на движущуюся ленту транспортера. При атмосферном давлении двуокись углерода моментально превращается в смесь холодного углекислого газа и сухого снега, а вентиляторы, работающие в камере, постоянно перемешивают газовую смесь. Сама по себе она за несколько минут может охладить продукт до любой температуры в диапазоне от +20 до -78,5 С.

Преимущества двуокиси углерода, как и у хладагента, разнообразны. Это:

• низкая цена,
• термическая стабильность,
• химическая пассивность,
• отсутствие горючести,
• безопасность для человека.

Также углекислота не коррозирует узлы из металла.

Дополнительные преимущества двуокиси углерода проявляются при использовании ее в скороморозильных камерах, которые очень отличаются компактностью, простым устройством и недорогой эксплуатацией. Они позволяют:

• сократить время заморозки продукта до 5-30 мин.,
• быстро прекратить в продукте ферментативную активность,
• сохранить структуру клеток и тканей продукта (в них образуются кристаллы льда значительно меньших размеров, причем они формируются почти одновременно и в клетках, и в межклеточном пространстве),
• предотвратить развитие бактерий в продукте, следы жизнедеятельности которых появляются при медленной заморозке,
• снизить потерю массы продукта вследствие усушки: она составляет лишь 0,3-1%, в то время как при медленной заморозке показатель достигает 3-6%,
• исключить растрескивание продукта в результате резкого перепада температур в его сердцевине и на поверхности,
• сохранить ценные ароматические вещества, которые при заморозке легко улетучиваются,
• защитить продукт от развития микроорганизмов и окисления (это возможно потому, что при заморозке СО2 проникает в продукт),
• сохранить вкусовые качества, витамины, биологически активные вещества и питательную ценность продукта (особенно это актуально для фруктов и овощей, подвергшихся быстрой заморозке и оперативной фасовке).

Благодаря этим качествам двуокись углерода часто используется для изготовления продуктов диетического и детского питания, а также дорогостоящих замороженных смесей, состоящих из нестандартных плодов.

Скороморозильные аппараты, работающие на углекислоте, бывают мобильными или стационарными, а также могут иметь тоннельный, спиральный или шкафной тип. Такое оборудование считается наиболее удобным в производстве, предполагающем заморозку сырья и пищевых продуктов до температур от -10 до -70 С. Впоследствии такие продукты можно подвергать дополнительной сушке в глубоком вакууме (сублимационная сушка), в результате которой они сохраняют все питательные качества, естественный цвет, пористое строение и малую усадку. Также быстрозамороженные продукты сохраняют повышенную восстанавливающую способность и имеют малый вес – они в 10 раз легче исходного сырья за счет того, что из них была удалена вода. Хранить их можно в герметичных пакетах (особенно если эти пакеты заполнены углекислым газом) довольно продолжительный срок, что обеспечивает их недорогую доставку в любой отдаленный регион.

Другие варианты использования двуокиси углерода в пищевой промышленности.

• Быстрое охлаждение свежих продуктов до +2-6 С.

Для этого используются специальные установки, работающие по принципу скороморозильных камер. В аппарате в ходе инжекции жидкой двуокиси углерода образуется очень мелкий сухой снег, которым и обрабатывается продукт. Такой снег является эффективным средством для быстрого понижения температуры, причем он исключает высыхание продукта, как это бывает при воздушном охлаждении, а также образование повышенного количества влаги в нем, что случается при охлаждении водяным льдом.

Сухой снег позволяет:

1. Снизить температуру продукта за несколько минут (в то время как при обычном охлаждении она снижается за несколько часов),
2. Улучшить его естественный цвет, что происходит из-за малой диффузии СО2 внутрь продукта,
3. Значительно увеличить срок хранения продукта (СО2 подавляет развитие анаэробных и аэробных бактерий и плесневых грибов).

Такое охлаждение особенно целесообразно при работе с мясом птицы (особенно на птицефабриках поточного сверхскоростного охлаждения свежих куриных яиц с 42,7 до 4,4-7,2 С), порционным мясом, полуфабрикатами и колбасами. Также скороморозильные камеры актуальны на производствах, технология работы которых требует быстрого охлаждения продукта во время формовки, прессования, измельчения, экструдирования или нарезки, либо перед этими процедурами.

• Снятие кожицы с ягод способом подморозки.
• Криоконсервация эмбрионов и спермы свиней и крупного рогатого скота.

2. Холодильная промышленность.

Двуокись углерода может использоваться:

• В холодильных установках в качестве эффективного альтернативного хладагента.
  Углекислота имеет:

1. Малую критическую температуру (всего 31,1 С),
2. Оптимально высокую температуру тройной точки (до -56 С),
3. Высокое критическое давление (до 7,39 мПа),
4. Высокое давление в тройной точке (до 0,5 мПа).

При этом двуокись углерода стоит дешевле других хладагентов, не горюча, не токсична и не взрывоопасна. Ее можно совмещать со всеми конструкционными и электроизоляционными материалами, а применение углекислоты не разрушает озоновый слой и умеренно увеличивает парниковый эффект по сравнению с другими новейшими галоидопроизводными хладагентами.

Особое значение имеет также показатель критического давления – благодаря ему двуокись углерода имеет малую степень сжатия, и в результате достигается значительная эффективность компрессора, что позволяет использовать мало затратные и компактные конструктивные решения холодильных установок. Правда, при этом необходимо дополнительно охлаждать электромотор конденсатора, и металлоемкость холодильной камеры увеличивается из-за увеличения толщины стенок и труб.

Использование СО2 особенно перспективно в двухкаскадных низкотемпературных установках полупромышленного и промышленного назначения, включая кондиционеры для автомобилей и поездов.

• В криогенных мельницах и других аппаратах, предназначенных для высокопроизводительного измельчения мягких термопластичных веществ и продуктов, находящихся в замороженном виде.

Такое размалывание таких продуктов требует малого расхода электроэнергии и эффективно для работы с продуктами, которые в обычном виде измельчить не получается (каучук, желатин, резина, шины, любые полимеры). Также холодное размалывание в сухой инертной атмосфере используется для всех специй и пряностей, кофейных зерен и какао-бобов.

• При испытании работы технических систем в условиях низких температур.

3. В металлургии:

• при охлаждении труднообрабатываемых сплавов во время их обработки на токарном станке,
• при отжиге кабельной продукции или твердой проволоки из меди,
• при образовании защитной среды, подавляющей выделение дыма в процессе разлива или выплавки никеля, свинца, цинка и меди.

4. В добывающей промышленности:

• для профилактики возгорания или взрывов в емкостях и шахтах, содержащих взрывоопасные газы и пары (углекислота в таких случаях вытесняет воздух),
• при добыче каменного угля – двуоокись углерода используется как слабобризантное взрывчатое вещество, которое не вызывает воспламенения угольной пыли и метана во время взрыва и не дает ядовитых газов.