드라이 아이스

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배경

드라이아이스는 이산화탄소가 고체 상태일 때 붙여진 이름입니다. 이산화탄소는 지구의 대기에서 발견됩니다. 인간이 내쉬고 식물이 광합성에 사용하는 가스입니다. 이 화합물은 무색, 무취, 무미이며 밀도가 공기의 약 1.5배입니다. 이산화탄소는 압력과 저온에서 기체에서 불투명한 흰색 고체로 변하고 -109°F(178.5°C)에서 고체로 변합니다. 드라이아이스는 주로 50파운드(22.7kg)가 넘는 드라이아이스 블록 또는 쌀알 크기에서 더 큰 알갱이까지 크기가 다양한 작은 조각의 두 가지 형태로 제조됩니다. 드라이아이스는 녹지 않고 승화됩니다. 즉, 온도가 상승하고 고체가 소멸되기 시작하면 고체가 직접 기체로 변합니다(액체 상태 우회). 이 특이한 특징은 연기가 나는 효과를 일으키고 드라이아이스가 승화하면서 김이 나는 것처럼 보입니다. 따라서 드라이아이스는 안개나 연기를 시뮬레이션하는 데 자주 사용됩니다.

드라이아이스 자체는 독이 없지만 고체의 표면은 너무 차가워서 장갑 없이 만지면 안 된다. 또한 기체는 안정적이고 불활성이지만 공기보다 무거워서 낮은 지역이나 밀폐된 공간에 집중할 수 있습니다. 공기 중 이산화탄소 농도가 5%를 초과하면 이산화탄소가 독성이 됩니다. 따라서 드라이아이스를 사용하는 장소는 환기가 잘 되어야 합니다.

이산화탄소를 기체에서 고체로 바꾸는 것은 비교적 간단합니다. 미국에는 많은 드라이아이스 제조사가 존재하며, 드라이아이스는 다양한 용도로 전국 각지로 배송되고 있습니다. 식품을 차갑게 유지하고 운송 중 세균 증식을 방지하는 중요한 냉매입니다. 식품을 식히거나 냉동하는 데 사용되는 드라이아이스는 매우 깨끗해야 하며 접촉할 수 있는 식품이 오염되지 않도록 "식품 등급"으로 간주되어야 합니다. 고체는 녹지 않고 승화되기 때문에 얼음을 냉매로 사용할 때 축적되는 녹는 물의 양을 고려하지 않고도 많은 양의 드라이아이스를 선적 컨테이너에 넣을 수 있습니다. 식품 관련 용도는 광범위하며 식품 가공 공장에서 향후 사용을 위한 식품의 급속 냉동, 제과점에서 활성 효모의 성장 지연, 항공 산업의 케이터링을 위해 식품을 냉장 보관하는 것을 포함합니다.

기타 용도:소비자를 위해 식물을 신선하게 유지하기 위해 보육원에서 꽃 봉오리의 성장을 늦추고, 제조 중 고무 산업에서 급속 동결, 암모니아 냉각 누출을 흡수하고, 연극 제작을 위한 연기를 생성합니다. 최근 드라이아이스의 가장 중요한 적용은 드라이아이스 펠릿을 표면에 던지는 드라이아이스 블라스팅(또는 세척)입니다. 펠릿은 오염 물질의 표면을 벗겨내고 대기 중으로 승화하며 독성 가스를 남기지 않습니다. 유일한 잔여물은 폐기를 위해 남겨진 먼지나 페인트입니다.

연혁

드라이아이스는 발명된 것이 아니라 고체 이산화탄소의 성질이 20세기 초에 발견되었습니다. 1920년대 미국에서 상업적으로 처음 생산되었습니다. 상표명 드라이아이스 상업 벤처 1925년에 고체 이산화탄소가 생성되었고 그 이후로 드라이아이스가 되었습니다. 꽤 최근까지 드라이아이스는 종종 핫아이스, 차가운 표면을 만지면 손이 타는 듯한 느낌이 든다는 사실에 대한 언급.

New York Long Island의 Prest-Air Devices Company는 1925년에 처음으로 드라이아이스를 성공적으로 생산한 것으로 보입니다. 또한 같은 해에 New York City의 Schrafft's는 처음으로 이 제품을 사용하여 그 유명한 아이스크림이 응접실 안에서 녹는 것을 방지했습니다. 드라이아이스는 오늘날보다 20세기 중반에 식품의 냉장 및 냉동에 훨씬 더 광범위하게 사용되었습니다. 세계의 거의 모든 아이스크림 가게는 제2차 세계 대전이 끝난 후 전기 냉동이 저렴하고 효율적이 될 때까지 아이스크림을 얼린 상태로 유지하기 위해 드라이아이스를 사용했습니다. 드라이아이스의 제조는 수십 년 동안 크게 변하지 않았으며 기체 이산화탄소를 가압하고 냉각하는 비교적 간단한 공정입니다. 드라이아이스의 사용은 더 나은 전기 냉장의 출현으로 다소 줄어들었습니다. 최근 개발된 용도로는 발파 또는 청소에 펠릿을 사용하고 심장, 팔다리, 조직을 포함한 의료 표본을 다시 부착 및 이식하기 위해 운송하는 데 사용 증가가 있습니다.

원자재

드라이아이스 제조에 사용되는 유일한 원료는 이산화탄소입니다. 이 원료는 다른 제품의 제조 또는 정제 과정에서 배출되는 가스 정제의 부산물입니다. 미국에서 드라이아이스 제조에 사용되는 대부분의 이산화탄소는 석유와 암모니아를 정제할 때 나오는 가스를 정제할 때 발생합니다. 이러한 과정에서 배출되는 이산화탄소는 빨아들여지고 "스크러빙"되어 결국 드라이아이스가 될 식품 등급 이산화탄소의 불순물을 제거합니다.

제조
프로세스

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이산화탄소는 압축 및 냉각에 의해 액화되며 약 870lb/in의 압력에서 액화됩니다. ² (395kg/cm ² ) 실온에서. 액체 이산화탄소는 파이프를 통해 거대한 저장 탱크로 펌핑되어 드라이아이스 제조업체가 필요한 액체를 제거할 수 있습니다.

액체 이산화탄소는 엄청난 양으로 운송되며 때로는 무게가 몇 톤에 달하기도 합니다. 따라서 대부분의 드라이아이스 제조업체는 운송 비용을 저렴하게 유지하기 위해 석유 또는 암모니아 정제 공장과 가까운 곳에 공장을 배치합니다. 가압 냉각된 액체 이산화탄소는 드라이아이스 제조업체가 소유한 가압 탱크 또는 철도 차량으로 직접 배관되어 공장으로 향합니다.

탱크 트렁크가 공장으로 올라가 액체 이산화탄소를 구내의 거대한 탱크에 버립니다. 이 탱크는 액체를 압력으로 유지하여 액체 상태를 유지하도록 냉장 상태로 유지합니다. 이 탱크는 공장 벽에 인접하게 위치하며 제조에 필요할 때 배관을 통해 액체를 직접 내부로 가져옵니다.

액체 이산화탄소는 다시 배관을 통해 인접한 탱크에서 공장 벽을 통해 드라이아이스 프레스로 방출됩니다. 액체가 고압 환경에서 대기압으로 이동할 때 액체는 팽창하고 고속으로 증발하여 액체가 -109°F(-78.3°C)인 빙점까지 냉각됩니다. 노즐은 액체를 약 4.9m 높이의 드라이 아이스 프레스의 상단 블록에 넣습니다. 이 프레스에는 상단에 큰 블록이 포함되어 있어 제품으로 들어가는 제품에 극도의 압력을 가할 수 있습니다. 액체 이산화탄소가 드라이아이스 프레스 블록에 닿으면 실온에 있기 때문에 즉시 응고됩니다. 이산화탄소는 이제 눈과 비슷합니다.

이제 프레스 상단에 있는 이 눈은 드라이아이스 블록으로 압축되어야 합니다. 따라서 프레스의 이 상단 부분은 엄청난 압력(약 60톤)으로 위아래로 움직여서 눈을 단단한 드라이아이스 덩어리로 부숩니다. 이 과정은 약 5분입니다. 블록이 단단한 경우 일반적으로 너비가 약 61cm, 높이가 10인치(25cm)이고 무게는 약 100kg입니다.

불투명한 흰색 드라이아이스 블록을 프레스에서 롤러로 밀어냅니다. 공압 톱은 블록을 반으로 자르고 블록은 더 작은 블록을 다시 자르는 다른 톱으로 밀려납니다. 따라서 드라이아이스 프레스로 만든 단일 블록은 이제 네 조각으로 나뉘며 각 조각의 무게는 약 25kg입니다.

더 작은 블록은 블록을 차갑게 유지하는 용기에 넣어 승화를 최소화합니다. 포장되지 않은 조각으로 배송되는 경우 컨테이너에 단단히 포장해야 합니다. 드라이아이스의 형성은 일련의 화학 반응입니다. 일반적으로 4개의 블록을 포함하며 승화를 줄이기 위해 내부에 허용되는 공기가 거의 없습니다. 배송 중에 블록이 제거되면 다른 블록이 빠르게 소멸되기 시작합니다. 많은 드라이아이스 제조업체는 기계를 사용하여 블록을 종이로 포장하고(매우 차가운 표면을 만지지 않는 것이 좋습니다) 유통업체나 도매업체로 보냅니다.

품질 관리

품질 관리 문제는 주로 식품 등급 드라이아이스 제조에 사용되는 이산화탄소 등급을 중심으로 이루어집니다. 최근 연방 정부는 드라이아이스 제조에 사용되는 이산화탄소의 순도에 대해 상당히 엄격한 기준을 설정하여 제조업체가 사용된 액체 이산화탄소와 제조된 제품의 순도를 인증 및 테스트하도록 했습니다.

다른 품질 관리 문제에는 탱크와 장비가 정확하게 작동하는지 확인하는 것이 포함됩니다. 압력이 제대로 유지되지 않으면 제품을 생산할 수 없습니다. 드라이아이스는 실온에서 빠르게 승화하여 판매 가능한 제품의 무게와 가격을 낮추기 때문에 절단에서 보관까지 제품을 빠르고 효율적으로 이동하는 것이 매우 중요합니다. 운송 시 승화 현상을 줄이기 위해 선적 시 블록을 조밀하게 포장해야 합니다.

부산물/폐기물

드라이아이스 생산에는 중요한 화학물질이 생성되지 않습니다. 제품은 이산화탄소만으로 만들어지기 때문에 제품이 승화되면 가스가 대기 중으로 방출됩니다. 감지할 수 있는 유일한 폐기물은 최소로 유지되는 블록 형태의 제품 승화입니다.

미래

냉장 및 식품 저장 분야에서 드라이아이스의 사용이 줄어들고 있지만 다른 분야에서의 드라이아이스 사용은 어느 정도 가능성이 있습니다. 위에서 언급했듯이 집 청소부와 기계 운영자는 고압으로 집이나 기계에 충격을 가하고 먼지나 기타 오염 물질을 제거한 다음 대기 중으로 소산시키는 작은 드라이아이스 알갱이에 관심이 있습니다. 최근 한 전화 회사는 위험한 솔벤트를 사용하지 않고 민감한 전자 테스트 장비를 안전하게 세척하기 위해 드라이아이스 펠릿을 사용했습니다. 차체 수리점에서는 차체의 움푹 들어간 곳에 드라이아이스를 바르면 변형을 제거할 수 있다는 사실을 발견했습니다. 또한 드라이아이스 블록에 대한 테스트에서는 해충을 박멸하기 위해 고퍼 구멍에 떨어뜨리거나 모기를 유인하기 위해 뒤뜰에 놓아 인간으로부터 멀리 떨어지게 한다고 주장합니다.

자세히 알아보기

책

Russell, Allan S. McGraw-Hill 과학 및 기술 백과사전. 권. 5. 뉴욕:1997.

편리한 과학 답안지. 두 번째 에디션. 디트로이트:1997.

기타

"드라이 아이스." About.com 웹 페이지. 2001년 8월. .

dryicinfo.com 홈페이지. 2001년 7월. .

척 하인즈와의 인터뷰. Arctic Dry Ice Company의 소유자. 볼티모어. 2001년 7월 31일.

낸시 전기차 브릭