ドライアイス
背景
ドライアイスは、二酸化炭素が固体状態にあるときに付けられる名前です。二酸化炭素は地球の大気中に見られます。それは人間が吐き出し、植物が光合成に使用するガスです。この化合物は無色、無臭、無味で、空気の約1.5倍の密度です。二酸化炭素は、圧力下および低温で気体から不透明な白色の固体に変わり、-109°F（178.5°C）で固体に変わります。ドライアイスは、主に2つの形態で製造されます。重量が50ポンド（22.7 kg）を超えるドライアイスのブロックとして、または米粒のサイズから大きなペレットまでサイズが異なる小片として製造されます。ドライアイスは溶けず、代わりに昇華します。つまり、温度が上昇して固体が消失し始めると、固体は直接気体に変わります（液体状態をバイパスします）。この異常な特徴は喫煙効果をもたらし、ドライアイスは昇華するときに蒸しているように見えます。したがって、ドライアイスは霧や煙をシミュレートするためによく使用されます。
ドライアイス自体は有毒ではありませんが、固体の表面は非常に冷たいため、手袋なしでは触れないでください。また、ガスは安定して不活性ですが、空気よりも重く、低い場所や密閉された空間に集中する可能性があります。空気中の二酸化炭素濃度が5％を超えると、二酸化炭素は有毒になります。したがって、ドライアイスを使用する場所は、十分に換気する必要があります。
二酸化炭素を気体から固体に変えるのは比較的簡単です。米国には多くのドライアイスメーカーが存在し、さまざまな用途のためにドライアイスが全国各地に出荷されています。食品を冷たく保ち、輸送中の細菌の増殖を防ぐための重要な冷媒です。食品の冷却または冷凍に使用されるドライアイスは、接触する可能性のある食品が汚染されないように、非常に清潔で「食品グレード」と見なされる必要があります。固体は溶けるのではなく昇華するため、氷を冷媒として使用したときに蓄積する溶ける水の量を考慮しなくても、大量のドライアイスを輸送コンテナに入れることができます。食品関連の用途は広範であり、食品加工工場で将来使用するための食品の急速冷凍、パン屋での活性酵母の増殖の遅延、航空業界向けのケータリング用の食品の冷却などがあります。
その他の用途には、消費者が植物を新鮮に保つために苗床で花のつぼみの成長を遅らせる、製造中のゴム産業で瞬間冷凍する、アンモニア冷凍の漏れを吸収する、劇場での生産のために煙を出すなどがあります。ドライアイスの最も重要な最近の用途は、ドライアイスペレットを表面に投げつけて高速で洗浄するドライアイスブラスト（または洗浄）です。ペレットは汚染物質の表面を剥ぎ取り、大気中に昇華し、有毒ガスを残しません。唯一の残留物は、処分のために残された汚れや塗料です。
歴史
ドライアイスは発明されたのではなく、20世紀初頭に固体二酸化炭素の特性が発見されました。 1920年代に米国で最初に商業生産されました。 ドライアイスという名前の商業ベンチャー 1925年に、固体二酸化炭素はそれ以来ドライアイスと呼ばれてきました。ごく最近まで、ドライアイスはしばしばホットアイスと呼ばれていました。 冷たい表面に触れたときに手が火傷したと感じたという事実への言及。
ニューヨーク州ロングアイランドのPrest-AirDevices Companyは、1925年に最初にドライアイスの製造に成功したようです。また、その年、ニューヨーク市のSchrafft'sは、有名なアイスクリームがパーラー内で溶けないようにするためにこの製品を最初に使用しました。ドライアイスは、20世紀半ばには、現在よりもはるかに広く食品の冷蔵および冷凍に使用されていました。事実上、世界中のすべてのアイスクリームパーラーは、第二次世界大戦後、電気冷凍が手頃で効率的になるまで、アイスクリームを冷凍状態に保つためにドライアイスを使用していました。ドライアイスの製造は何十年にもわたって大きく変わっておらず、ガス状二酸化炭素を加圧および冷却する比較的単純なプロセスです。ドライアイスの用途は、より良い電気冷凍の出現により幾分減少しました。その使用に関するいくつかの最近の開発には、発破または洗浄におけるペレットの使用、および再付着および移植のための心臓、手足、および組織を含む医療標本の輸送におけるその使用の増加が含まれる。
原材料
ドライアイスの製造に使用される唯一の原材料は二酸化炭素です。この原材料は、他の製品の製造または精製中に排出されるガスの精製の副産物です。米国でドライアイスの製造に使用される二酸化炭素のほとんどは、石油とアンモニアの精製中に放出されるガスの精製に由来します。これらのプロセス中に放出された二酸化炭素は、最終的にドライアイスになる食品グレードの二酸化炭素の不純物を除去するために吸引され、「スクラブ」されます。
製造
プロセス
- 二酸化炭素は、圧縮と冷却によって液化され、約870 lb / in 2 の圧力で液化されます。 （395 kg / cm 2 ） 室温で。ドライアイスメーカーが必要な液体を除去できるように、液体二酸化炭素は配管を介して巨大な貯蔵タンクにポンプで送られます。
- 液体二酸化炭素は大量に出荷され、時には数トンの重さがあります。したがって、ほとんどのドライアイスメーカーは、輸送コストを手頃な価格に保つために、工場を石油またはアンモニア精製所の近くに配置することを選択しています。加圧され、冷蔵された液体二酸化炭素は、ドライアイスメーカーが所有する加圧タンクまたは鉄道車両に直接パイプで送られ、プラントに向かいます。
- タンクトランクは工場に引き上げられ、液体二酸化炭素を敷地内の巨大なタンクに排出します。これらのタンクは液体を圧力下に保持し、液体状態を維持するように冷蔵します。これらのタンクは工場の壁に隣接して配置されており、製造に必要な場合は、配管を介して液体が直接内部に運ばれます。
- 液体二酸化炭素は、再び配管を介して、隣接するタンクから工場の壁を通ってドライアイスプレスに放出されます。液体が高圧環境から大気圧に移動すると、液体は膨張して高速で蒸発し、液体を-109°F（-78.3°C）の凝固点まで冷却します。ノズルは、高さ約16フィート（4.9 m）のドライアイスプレスの上部ブロックに液体を入れます。このプレスには、上部に大きなブロックがあり、持ち込まれる製品に極度の圧力をかける可能性があります。液体二酸化炭素がドライアイスプレスのブロックに当たると、室温になっているため、すぐに固化します。二酸化炭素は今や雪に似ています。
- この雪は、現在プレスの上部にあり、ドライアイスのブロックに圧縮する必要があります。したがって、プレスのこの上部は、異常な圧力（約60トン）で上下し、雪を押しつぶしてドライアイスの固い塊にします。これは約5分のプロセスです。ブロックが固い場合、通常、幅は約2フィート（61 cm）、高さは10インチ（25 cm）で、重量は約220ポンド（100 kg）です。
- この不透明な白いドライアイスのブロックは、プレスからローラーに押し出されます。空気圧のこぎりでブロックを半分に切断し、ブロックを別ののこぎりに押して、小さいブロックをもう一度切断します。したがって、ドライアイスプレスで作成された単一のブロックは4つの部品になり、それぞれの重量は約55ポンド（25 kg）になります。
- 小さいブロックは、ブロックを冷たく保つコンテナに入れられるため、昇華は最小限に抑えられます。包装されていない部品として出荷される場合は、コンテナにしっかりと梱包する必要があります。
ドライアイスの形成は、一連の化学反応です。通常は4つのブロックを含み、昇華を減らすために内部に空気をほとんど入れません。輸送中にブロックが取り外されると、他のブロックはすぐに消え始めます。多くのドライアイスメーカーは、機械を使用してブロックを紙で包み（非常に冷たい表面に触れないことが賢明です）、販売業者または卸売業者に送ります。
品質管理
品質管理の問題は、主に食品グレードのドライアイスの製造に使用される二酸化炭素のグレードを中心に展開されます。最近、連邦政府はドライアイスの製造に使用される二酸化炭素の純度についてかなり厳しい基準を設定し、製造業者は使用される液体二酸化炭素と製造された製品の純度を認証およびテストするようになりました。
その他の品質管理の問題には、タンクと機器が正確に機能していることの確認が含まれます。圧力が適切に維持されていないと、製品を製造できません。ドライアイスは室温で急速に昇華し、販売可能な製品の重量と価格を下げるため、製品を切断から保管まで迅速かつ効率的に移動することが非常に重要です。輸送中の昇華を減らすために、輸送ではブロックを密に梱包する必要があります。
副産物/廃棄物
ドライアイスの製造では、重要な化学物質は生成されません。製品は二酸化炭素のみで作られているため、製品が昇華するとガスが大気中に放出されます。検出可能な唯一の廃棄物は、ブロック状の製品の昇華であり、最小限に抑えられています。
未来
冷蔵および食品貯蔵でのドライアイスの使用は減少している可能性がありますが、他の分野での使用にはある程度の見込みがあります。上記のように、ハウスクリーナーや機械のオペレーターは、家や機械に高圧で衝撃を与え、汚れやその他の汚染物質を除去してから大気中に放散する能力があるため、小さなドライアイスペレットに関心を持っています。最近、電話会社はドライアイスペレットを使用して、危険な溶剤を使用せずに敏感な電子試験装置を安全に洗浄しました。車体修理店は、ドライアイスを体のへこみに塗ると、変形をなくすことができることを発見しました。また、ドライアイスブロックのテストでは、害虫を根絶するためにホリネズミの穴に落としたり、蚊を人間から遠ざけるために裏庭に置いて蚊を引き寄せたりすることを推奨しています。
詳細情報
本
Russell、Allan S. McGraw-Hill Encyclopedia of Science＆Technology。 巻5.ニューヨーク：1997年。
ハンディサイエンスアンサーブック。 第二版デトロイト：1997年。
その他
"ドライアイス。" About.comWebページ。 2001年8月。
dryicelnfo.comホームページ。 2001年7月。
チャック・ハインズへのインタビュー。 Arctic Dry IceCompanyのオーナー。ボルチモア。 2001年7月31日。
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製造プロセス