Най-често срещаните процеси за образуване на това съединение са гниенето на животински и растителни останки, изгарянето на различни видове гориво и дишането на животни и растения. Например, един човек отделя около килограм въглероден диоксид в атмосферата на ден. Въглероден оксид и диоксид могат да се образуват и в неживата природа. Въглеродният диоксид се отделя по време на вулканична дейност и може да се произвежда и от източници на минерална вода. Въглеродният диоксид се намира в малки количества в земната атмосфера.
Особеностите на химическата структура на това съединение му позволяват да участва в много химични реакции, чиято основа е въглеродният диоксид.
Формула
В съединението на това вещество четиривалентният въглероден атом образува линейна връзка с две кислородни молекули. Появата на такава молекула може да бъде представена по следния начин:
Теорията на хибридизацията обяснява структурата на молекулата на въглеродния диоксид по следния начин: двете съществуващи сигма връзки се образуват между sp орбиталите на въглеродните атоми и двете 2p орбитали на кислорода; Р-орбиталите на въглерода, които не участват в хибридизацията, са свързани във връзка с подобни орбитали на кислорода. В химичните реакции въглеродният диоксид се записва като: CO2.
Физични свойства
При нормални условия въглеродният диоксид е безцветен газ без мирис. Той е по-тежък от въздуха, поради което въглеродният диоксид може да се държи като течност. Например, може да се прелива от един съд в друг. Това вещество е слабо разтворимо във вода - около 0,88 литра CO 2 се разтварят в един литър вода при 20 ⁰C. Леко понижаване на температурата коренно променя ситуацията - 1,7 литра CO 2 могат да се разтворят в същия литър вода при 17⁰C. При силно охлаждане това вещество се утаява под формата на снежни люспи - образува се така нареченият "сух лед". Това име идва от факта, че при нормално налягане веществото, заобикаляйки течната фаза, веднага се превръща в газ. Течният въглероден диоксид се образува при налягане малко над 0,6 MPa и при стайна температура.
Химични свойства
При взаимодействие със силни окислители 4-въглеродният диоксид проявява окислителни свойства. Типичната реакция на това взаимодействие е:
C + CO 2 = 2CO.
По този начин, с помощта на въглища, въглеродният диоксид се редуцира до неговата двувалентна модификация - въглероден оксид.
При нормални условия въглеродният диоксид е инертен. Но някои активни метали могат да изгорят в него, премахвайки кислорода от съединението и освобождавайки въглероден газ. Типична реакция е изгарянето на магнезий:
2Mg + CO 2 = 2MgO + C.
По време на реакцията се образуват магнезиев оксид и свободен въглерод.
В химичните съединения CO 2 често проявява свойствата на типичен киселинен оксид. Например, той реагира с основи и основни оксиди. Резултатът от реакцията е солите на въглеродната киселина.
Например реакцията на съединение на натриев оксид с въглероден диоксид може да бъде представена по следния начин:
Na 2 O + CO 2 = Na 2 CO 3;
2NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O;
NaOH + CO 2 = NaHCO 3.
Разтвор на въглена киселина и СО2
Въглеродният диоксид във вода образува разтвор с малка степен на дисоциация. Този разтвор на въглероден диоксид се нарича въглена киселина. Безцветен е, слабо изразен и с кисел вкус.
Записване на химична реакция:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3.
Равновесието се измества доста силно наляво - само около 1% от първоначалния въглероден диоксид се превръща във въглена киселина. Колкото по-висока е температурата, толкова по-малко молекули въглена киселина в разтвора. Когато съединението заври, то изчезва напълно и разтворът се разпада на въглероден диоксид и вода. Структурната формула на въглеродната киселина е представена по-долу.
Свойства на въглената киселина
Въглеродната киселина е много слаба. В разтвори той се разпада на водородни йони H + и съединения HCO 3 -. CO 3 - йони се образуват в много малки количества.
Въглеродната киселина е двуосновна, така че солите, образувани от нея, могат да бъдат средни и кисели. В руската химическа традиция средните соли се наричат карбонати, а силните соли се наричат бикарбонати.
Качествена реакция
Един възможен начин за откриване на въглероден двуокис е да се промени прозрачността на варовия разтвор.
Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O.
Този опит е известен от училищен курс по химия. В началото на реакцията се образува малко количество бяла утайка, която впоследствие изчезва, когато въглеродният диоксид преминава през водата. Промяната в прозрачността възниква, защото по време на процеса на взаимодействие неразтворимото съединение - калциев карбонат - се превръща в разтворимо вещество - калциев бикарбонат. Реакцията протича по този път:
CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca(HCO 3) 2.
Производство на въглероден диоксид
Ако трябва да получите малко количество CO2, можете да започнете реакцията на солна киселина с калциев карбонат (мрамор). Химическата нотация за това взаимодействие изглежда така:
CaCO3 + HCl = CaCl2 + H2O + CO2.
Също така за тази цел се използват реакции на горене на въглеродсъдържащи вещества, например ацетилен:
CH 4 + 2O 2 → 2H 2 O + CO 2 -.
Използва се апарат на Kipp за събиране и съхраняване на полученото газообразно вещество.
За нуждите на промишлеността и селското стопанство мащабът на производството на въглероден диоксид трябва да бъде голям. Популярен метод за тази широкомащабна реакция е изгарянето на варовик, който произвежда въглероден диоксид. Реакционната формула е дадена по-долу:
CaCO 3 = CaO + CO 2.
Приложения на въглероден диоксид
Хранителната промишленост, след мащабно производство на „сух лед“, премина към принципно нов метод за съхранение на храна. Незаменим е при производството на газирани напитки и минерална вода. Съдържанието на CO 2 в напитките им придава свежест и значително увеличава трайността им. А карбидизацията на минералните води ви позволява да избегнете мухъл и неприятен вкус.
В готвенето често се използва методът за гасене на лимонена киселина с оцет. Отделяният при този процес въглероден диоксид придава пухкавост и лекота на сладкарските изделия.
Това съединение често се използва като хранителна добавка за увеличаване на срока на годност на хранителните продукти. Според международните стандарти за класификация на химическите добавки, съдържащи се в продуктите, той е кодиран с Е 290,
Прахообразният въглероден диоксид е едно от най-популярните вещества, включени в пожарогасителни смеси. Това вещество се намира и в пяната за пожарогасители.
Най-добре е въглеродният диоксид да се транспортира и съхранява в метални бутилки. При температури над 31⁰C налягането в цилиндъра може да достигне критично и течният CO 2 ще премине в свръхкритично състояние с рязко покачване на работното налягане до 7,35 MPa. Металният цилиндър може да издържи вътрешно налягане до 22 MPa, така че диапазонът на налягане при температури над тридесет градуса се счита за безопасен.
Вече знаете, че когато издишвате, въглеродният диоксид излиза от дробовете ви. Но какво знаете за това вещество? Вероятно малко. Днес ще отговоря на всички ваши въпроси относно въглеродния диоксид.
Определение
Това вещество при нормални условия е безцветен газ. В много източници може да се нарече по различен начин: въглероден оксид (IV), въглероден анхидрид, въглероден диоксид и въглероден диоксид.
Имоти
Въглеродният диоксид (формула CO 2) е безцветен газ, има кисел мирис и вкус и е разтворим във вода. Ако се охлади правилно, образува снежна маса, наречена сух лед (снимката по-долу), която сублимира при температура от -78 o C.
Това е един от продуктите на гниене или изгаряне на всяка органична материя. Разтваря се във вода само при температура 15 o C и само ако съотношението вода:въглероден диоксид е 1:1. Плътността на въглеродния диоксид може да варира, но при стандартни условия е равна на 1,976 kg/m3. Това е, ако е в газообразна форма, а в други състояния (течно/газообразно) стойностите на плътността също ще бъдат различни. Това вещество е киселинен оксид; добавянето му към вода произвежда въглеродна киселина. Ако комбинирате въглероден диоксид с някаква основа, последващата реакция води до образуването на карбонати и бикарбонати. Този оксид не може да поддържа горене, с изключение на някои изключения. Това са реактивни метали и при този тип реакция те отнемат кислород от него.
Касова бележка
Въглеродният диоксид и някои други газове се отделят в големи количества, когато се произвежда алкохол или се разлагат естествени карбонати. След това получените газове се промиват с разтворен калиев карбонат. Това е последвано от тяхното абсорбиране на въглероден диоксид, продуктът на тази реакция е бикарбонат, при нагряване на разтвора от който се получава желаният оксид.
Но сега той успешно се заменя с етаноламин, разтворен във вода, който абсорбира въглеродния окис, съдържащ се в димните газове, и го освобождава при нагряване. Този газ също е страничен продукт от тези реакции, които произвеждат чист азот, кислород и аргон. В лабораторията се получава известно количество въглероден диоксид, когато карбонатите и бикарбонатите реагират с киселини. Образува се и при реакция на сода бикарбонат и лимонов сок или същият натриев бикарбонат и оцет (снимка).
Приложение
Хранително-вкусовата промишленост не може без използването на въглероден диоксид, където той е известен като консервант и набухвател, код Е290. Всеки пожарогасител го съдържа в течна форма.
Освен това четиривалентният въглероден оксид, който се отделя по време на процеса на ферментация, служи като добра храна за аквариумните растения. Съдържа се и в добре познатата газирана напитка, която много хора често купуват от хранителния магазин. Заваряването на тел се извършва в среда на въглероден диоксид, но ако температурата на този процес е много висока, то се придружава от дисоциация на въглероден диоксид, който освобождава кислород, който окислява метала. Тогава заваряването не може да се извърши без дезоксидиращи агенти (манган или силиций). Въглеродният диоксид се използва за надуване на велосипедни колела, има го и в кутиите на въздушните пистолети (този тип се нарича газов цилиндър). Също така този оксид в твърдо състояние, наречен сух лед, е необходим като хладилен агент в търговията, научните изследвания и при ремонт на някои съоръжения.
Ето колко полезен е въглеродният диоксид за хората. И не само в промишлеността, той играе и важна биологична роля: без него не може да се случи газообмен, регулиране на съдовия тонус, фотосинтеза и много други естествени процеси. Но неговият излишък или недостиг във въздуха за известно време може да повлияе негативно на физическото състояние на всички живи организми.
Всички знаем от училище, че въглеродният диоксид се отделя в атмосферата като продукт на живота на хората и животните, тоест това е, което издишваме. В сравнително малки количества се абсорбира от растенията и се превръща в кислород. Една от причините за глобалното затопляне е въглеродният диоксид или с други думи въглеродният диоксид.
Но не всичко е толкова лошо, колкото изглежда на пръв поглед, защото човечеството се е научило да го използва в широка сфера на своята дейност за добри цели. Например въглеродният диоксид се използва в газираните води или в хранително-вкусовата промишленост може да се намери на етикета под код E290 като консервант. Много често въглеродният диоксид действа като набухвател в продуктите от брашно, където влиза при приготвянето на тестото. Най-често въглеродният диоксид се съхранява в течно състояние в специални бутилки, които се използват многократно и могат да се презареждат. Можете да научите повече за това на уебсайта https://wice24.ru/product/uglekislota-co2. Може да се намери както в газообразно състояние, така и под формата на сух лед, но съхраняването му във втечнено състояние е много по-изгодно.
Биохимиците са доказали, че наторяването на въздуха с въглероден газ е много добро средство за получаване на големи добиви от различни култури. Тази теория отдавна е намерила своето практическо приложение. Така в Холандия производителите на цветя ефективно използват въглероден диоксид за наторяване на различни цветя (гербери, лалета, рози) в оранжерийни условия. И ако преди това необходимият климат се създаваше чрез изгаряне на природен газ (тази технология се смяташе за неефективна и вредна за околната среда), днес въглеродният газ достига до растенията през специални тръби с отвори и се използва в необходимото количество, главно през зимата.
Въглеродният диоксид също се използва широко в пожарната индустрия като пълнител за пожарогасители. Въглеродният диоксид в кутиите е намерил своето място във въздушните оръжия, а в авиомоделизма служи като източник на енергия за двигателите.
В твърдото си състояние CO2 има, както вече беше споменато, името сух лед и се използва в хранително-вкусовата промишленост за съхранение на храни. Заслужава да се отбележи, че в сравнение с обикновения лед, сухият лед има редица предимства, включително висок капацитет на охлаждане (2 пъти по-висок от обичайния), а когато се изпари, не остават странични продукти.
И това не са всички области, където въглеродният диоксид се използва ефективно и ефикасно.
Ключови думи:Къде се използва въглероден диоксид, използване на въглероден диоксид, индустрия, в ежедневието, презареждане на бутилки, съхранение на въглероден диоксид, E290
Новите катализатори ще помогнат за превръщането на въглеродния диоксид в гориво.
За да се получи енергия, като правило е необходимо да се изгори нещо: конвенционалните автомобили изгарят гориво в двигатели с вътрешно горене, електрическите автомобили зареждат батериите си от електричество, доставяно например на топлоелектрически централи, където се изгаря природен газ, и дори за мускулни или умствена работа, от която се нуждаем, „изгорете“ закуската, която ядете, вътре в себе си.
Всяко органично гориво, било то бензинови въглеводороди или въглехидрати от шоколадово блокче, съдържа въглеродни атоми, които в края на своя енергиен път се превръщат във въглероден диоксид. Е, газът от своя страна се изпраща в атмосферата, където може да се натрупа и да причини всякакви лоши ефекти като глобалното затопляне.
От енергийна гледна точка въглеродният диоксид е абсолютно безполезен, тъй като въглеродът в него е напълно „изгорял“, здраво и неразривно свързан с два кислородни атома. Вече не гори и единственото, което може да се направи с него, е да се удави или зарови. Можете да го удавите, като го разтворите в океана - и това наистина е един от начините за използване на CO 2. Друг начин е да се инжектира под високо налягане под земята, за предпочитане там, където има нефтени полета; Това ще увеличи производителността на петролните резервоари и ще помогне за производството на повече петрол. Въпреки това, химиците все още са намерили начин да „готвят каша от брадва“ - има трети начин за използване на CO 2, когато се превръща в гориво.
За да превърнете CO 2 в гориво, трябва да „направите химикали“ с молекула въглероден диоксид, например да отнемете един кислороден атом от нея. Тогава въглеродният диоксид ще се превърне във въглероден оксид CO. Въпреки факта, че за повечето хора въглеродният окис е „онзи газ, който периодично убива небрежните потребители на печки на дърва“, в промишлеността той се използва в различни процеси: първо, може да се изгаря и да се получава енергия, и второ, може да се използва се в металургичните процеси, и трето, от него могат да се синтезират различни органични молекули, включително течно гориво. Точно последната точка отваря нефтохимическите перспективи за въглеродния диоксид.
Заслужава обаче да се отбележи, че използването на въглероден окис за химически цели не е нещо съвсем ново. В зората на двадесети век немските химици Франц Фишер и Ханс Тропш разработиха начин за получаване на течно гориво от обикновени въглища: първо, синтезният газ се произвежда от въглища и вода - това е името на смес от въглероден окис и водород, и след това с помощта на катализатор от синтез газ се произвеждат различни въглеводороди. Този метод беше търсен, когато конвенционалният петрол беше в недостиг, но с течение на времето, през втората половина на ХХ век, методът за производство на гориво от въглища стана просто скъпа алтернатива на „класическите“ технологии за рафиниране на нефт. Но ако в процеса на Фишер-Тропш като суровина се използват въглища, които сами по себе си са минерали, тогава химиците за същата цел - производство на синтезен газ - са разработили метод, който позволява той да бъде направен от "ненужен" въглероден диоксид .
Подобни неща са невъзможни без използването на катализатори и за да получат работещ катализатор, химиците понякога трябва да прибягват до различни трикове. Факт е, че в допълнение към определен химичен състав, неговата вътрешна структура е много важна за катализатора. Казано по-просто, катализатор, нанесен върху равна повърхност, може да не работи, но ако се нанесе върху пореста повърхност и ако порите имат определен размер, тогава той ще може да работи с пълна сила.
За да създадат такъв катализатор, химиците са взели електропроводим материал като субстрат и са отложили върху него слой от полистиренови перли с диаметър около 200 нанометра. След което кухините, останали в пространството между топките, бяха запълнени със сребърни атоми. (Като аналогия, можем да си представим, че сме изсипали слой билярдни топки върху пода и след това сме изсипали равен слой разтопен парафин върху всичко.) Сега, за да получим порест субстрат, трябва по някакъв начин да премахнем всички топки от материала, оставяйки останалата структура непокътната. В случай на билярдни топки това би било много проблематично, но в случая на полистиренови топки всичко се оказа много по-просто - и в резултат на това след отстраняване на полистирола се образува клетъчна структура от сребро с „пчелни пити“ от се получава определен размер на повърхността на електрода.
Такъв материал, както се оказа, добре превръща въглеродния диоксид в синтезен газ, а ефективността и селективността на катализатора се контролира от размера на пчелната пита: ако на етапа на синтез на катализатора вземете по-големи полистиренови перли, след това след реакция ще получите една композиция от продукти, а ако са по-малки, тогава друга. Резултатите от изследването са публикувани подробно в списанието Angewandte Chemie .
И изглежда, че всичко е наред и човечеството трябва да празнува победата над емисиите на парникови газове и всяка тръба, която изпуска продуктите от горенето в атмосферата, трябва да бъде оборудвана с подобен сребърен катализатор, но все пак си струва да се направи една забележка. Един от важните закони, по които живее светът около нас, е законът за запазване: масата и енергията не се появяват от никъде и не изчезват никъде. Това важи и за атомите на химичните елементи, и за топлината, генерирана от изгарянето на гориво, и за електрическата енергия. Следователно, без значение колко енергия се получава чрез изгаряне на въглероден оксид до въглероден диоксид, поне същото количество енергия трябва да бъде изразходвано (опростено), за да се превърне молекула въглероден диоксид обратно в молекула въглероден оксид. И е очевидно, че за такава, като цяло, „зелена“ технология за оползотворяване на парникови газове, вие се нуждаете от собствен източник на енергия, който поне няма да „инжектира“ в атмосферата толкова CO 2, колкото може да се превърне в полезен продукт.
Откъде идва енергията за трансформиране на един газ в друг? Например от вятърни или слънчеви електроцентрали, които произвеждат енергия, но не отделят продукти от изгарянето на горивото в атмосферата - в резултат това би намалило общото количество въглероден диоксид.
Странно е, че древните растения и бактерии са се занимавали с подобни дейности, абсорбирайки въглероден диоксид, който тогава е бил в изобилие в атмосферата, и го е превръщал в органични вещества, които по-късно са станали изкопаеми горива. Възможно е в бъдеще човечеството да трябва да направи нещо подобно, но само с помощта на химически технологии.
Приложение на въглеродна киселина (въглероден диоксид)
В момента въглеродният диоксид във всичките си състояния се използва широко във всички сектори на промишлеността и агропромишления комплекс.
В газообразно състояние (въглероден диоксид)
В хранително-вкусовата промишленост
1. За създаване на инертна бактериостатична и фунгистатична атмосфера (при концентрации над 20%):
· при преработка на растителна и животинска продукция;
· при опаковане на хранителни продукти и лекарства за значително увеличаване на срока им на годност;
· при наливане на бира, вино и сокове като изместващ газ.
2. При производството на безалкохолни напитки и минерални води (насищане).
3. В пивоварството и производството на шампанско и пенливи вина (газиране).
4. Приготвяне на газирани води и напитки чрез сифони и сатуратори за персонала в топли цехове и през лятото.
5. Използване във вендинг машини за продажба на газ и вода в бутилки и за ръчна продажба на бира и квас, газирана вода и напитки.
6. При производството на газирани млечни напитки и газирани сокове от плодове и горски плодове („газирани продукти“).
7. При производството на захар (дефекация - насищане).
8. За дългосрочно съхранение на плодови и зеленчукови сокове при запазване на миризмата и вкуса на прясно изцеден продукт чрез насищане с CO2 и съхранение под високо налягане.
9. Да интензифицира процесите на утаяване и отстраняване на солите на винената киселина от вина и сокове (детартация).
10. За приготвяне на питейна обезсолена вода по метода на филтриране. За насищане на безсолна питейна вода с калциеви и магнезиеви йони.
В производството, съхранението и преработката на селскостопанска продукция
11. Да се увеличи срока на годност на хранителни продукти, зеленчуци и плодове в контролирана атмосфера (2-5 пъти).
12. Съхранение на нарязани цветя за 20 дни или повече в атмосфера на въглероден диоксид.
13. Съхраняване на зърнени храни, тестени изделия, зърнени храни, сушени плодове и други хранителни продукти в атмосфера на въглероден диоксид, за да се предпазят от увреждане от насекоми и гризачи.
14. За обработка на плодове и плодове преди съхранение, което предотвратява развитието на гъбично и бактериално гниене.
15. За насищане под високо налягане на нарязани или цели зеленчуци, което подобрява вкусовите нотки („пенливи продукти“) и подобрява срока им на годност.
16. За подобряване на растежа и увеличаване на продуктивността на растенията в защитена почва.
Днес във фермите за отглеждане на зеленчуци и цветя в Русия въпросът за торенето на растения в защитена почва с въглероден диоксид е неотложен проблем. Дефицитът на CO2 е по-сериозен проблем от дефицита на минерални хранителни вещества. Средно растението синтезира 94% от масата си на сухо вещество от вода и въглероден диоксид; растението получава останалите 6% от минерални торове! Ниското съдържание на въглероден диоксид сега е фактор, ограничаващ добива (предимно при култури с малък обем). Въздухът в оранжерия от 1 хектар съдържа около 20 kg CO2. При максимални нива на осветеност през пролетните и летните месеци консумацията на CO2 от краставичните растения по време на фотосинтезата може да достигне 50 kg h/ha (т.е. до 700 kg/ha CO2 на дневни часове). Възникналият дефицит се покрива само частично от притока на атмосферен въздух през гредите и пропускането на ограждащите конструкции, както и от нощното дишане на растенията. В наземните оранжерии допълнителен източник на въглероден диоксид е почвата, пълна с тор, торф, слама или дървени стърготини. Ефектът от обогатяването на парниковия въздух с въглероден диоксид зависи от количеството и вида на тези органични вещества, които се подлагат на микробиологично разлагане. Например, при добавяне на дървени стърготини, навлажнени с минерални торове, нивото на въглероден диоксид отначало може да достигне високи стойности през нощта и през деня, когато фрамугите са затворени. Като цяло обаче този ефект не е достатъчно голям и задоволява само част от нуждите на растенията. Основният недостатък на биологичните източници е кратката продължителност на повишаване на концентрацията на въглероден диоксид до желаното ниво, както и невъзможността за регулиране на процеса на хранене. Често в наземни оранжерии в слънчеви дни с недостатъчен въздухообмен, съдържанието на CO2 в резултат на интензивно усвояване от растенията може да падне под 0,01% и фотосинтезата практически спира! Липсата на CO2 става основният фактор, ограничаващ усвояването на въглехидратите и съответно растежа и развитието на растенията. Възможно е напълно да се покрие дефицитът само чрез използване на технически източници на въглероден диоксид.
17. Производство на микроводорасли за животновъдство. При насищане на водата с въглероден диоксид в инсталациите за автономно отглеждане на водорасли скоростта на растеж на водораслите се увеличава значително (4-6 пъти).
18. Да се подобри качеството на силажа. При силажиране на сочни фуражи, изкуственото въвеждане на CO2 в растителната маса предотвратява проникването на кислород от въздуха, което допринася за образуването на висококачествен продукт с благоприятно съотношение на органични киселини, високо съдържание на каротин и смилаем протеин .
19. За безопасно обезпаразитяване на хранителни и нехранителни продукти. Атмосфера, съдържаща повече от 60% въглероден диоксид, в рамките на 1-10 дни (в зависимост от температурата) унищожава не само възрастните насекоми, но и техните ларви и яйца. Тази технология е приложима за продукти със съдържание на свързана вода до 20%, като зърно, ориз, гъби, сушени плодове, ядки и какао, храни за животни и много други.
20. За пълно унищожаване на мишевидни гризачи чрез краткотрайно запълване на дупки, складове и камери с газ (достатъчна концентрация от 30% въглероден диоксид).
21. За анаеробна пастьоризация на храни за животни, смесени с водна пара при температура не по-висока от 83 градуса С - като заместител на гранулирането и екструдирането, което не изисква големи енергийни разходи.
22. За евтаназиране на птици и дребни животни (прасета, телета, овце) преди клане. За анестезия на риби по време на транспортиране.
23. За анестезия на пчелни майки и земни пчели с цел ускоряване на началото на яйцеснасянето.
24. За насищане на питейна вода за пилета, което значително намалява отрицателното въздействие на високите летни температури върху домашните птици, спомага за удебеляване на черупките на яйцата и укрепване на костите.
25. Да се насищат работни разтвори на фунгициди и хербициди за по-добро действие на препаратите. Този метод ви позволява да намалите консумацията на разтвор с 20-30%.
В медицината
26. а) смесен с кислород като дихателен стимулант (в концентрация 5%);
б) за сухи газирани бани (в концентрация 15-30%) с цел понижаване на кръвното налягане и подобряване на кръвотока.
27. Криотерапия в дерматологията, сухи и водни бани с въглероден диоксид в балнеолечение, дихателни смеси в хирургия.
В химическата и хартиената промишленост
28. За производство на сода, амониеви въглеродни соли (използвани като торове в растениевъдството, добавки в храните за преживни животни, вместо мая в хлебни и брашнени сладкарски изделия), оловно бяло, карбамид, хидроксикарбоксилни киселини. За каталитичен синтез на метанол и формалдехид.
29. За неутрализиране на алкални отпадъчни води. Благодарение на самобуфериращия ефект на разтвора, прецизното регулиране на рН избягва корозията на оборудването и отходните тръби и няма образуване на токсични странични продукти.
30. При производството на хартия за обработка на целулоза след алкално избелване (увеличава ефективността на процеса с 15%).
31. Да се увеличи добивът и да се подобрят физико-механичните свойства и избелването на целулозата при кислородно-содова обработка на дървесина.
32. За почистване на топлообменници от котлен камък и предотвратяване на образуването му (комбинация от хидродинамични и химични методи).
В строителството и други индустрии
33. За бързо химическо втвърдяване на форми за стоманени и чугунени отливки. Доставянето на въглероден диоксид към леярските форми ускорява тяхното втвърдяване 20-25 пъти в сравнение с термичното сушене.
34. Като пенообразуващ газ при производството на порести пластмаси.
35. За укрепване на огнеупорни тухли.
36. За полуавтоматични заваръчни машини за ремонт на каросерии на пътнически и леки автомобили, ремонт на кабини на товарни автомобили и трактори и за електрозаваряване на тънколистови стоманени изделия.
37. При производството на заварени конструкции с автоматично и полуавтоматично електрозаваряване в среда на въглероден диоксид като защитен газ. В сравнение със заваряването с пръчков електрод, удобството на работа се увеличава, производителността се увеличава 2-4 пъти, цената на 1 kg отложен метал в среда на CO2 е повече от два пъти по-ниска в сравнение с ръчното дъгово заваряване.
38. Като защитна среда в смеси с инертни и благородни газове при автоматизирано заваряване и рязане на метал, благодарение на което се получават много качествени шевове.
39. Зареждане и презареждане на пожарогасители, за противопожарна техника. В пожарогасителни системи, за пълнене на пожарогасители.
40. Зарядни кутии за газови оръжия и сифони.
41. Като газ за пулверизатор в аерозолни кутии.
42. За пълнене на спортно оборудване (топки, топки и др.).
43. Като активна среда в медицински и индустриални лазери.
44. За прецизно калибриране на инструменти.
В минната индустрия
45. За размекване на въглищната скална маса при добив на каменни въглища в скални пластове.
46. За извършване на взривни работи без създаване на пламък.
47. Повишаване на ефективността на производството на нефт чрез добавяне на въглероден диоксид към нефтените резервоари.
В течно състояние (нискотемпературен въглероден диоксид)
В хранително-вкусовата промишленост
1. За бързо замразяване, до температура от -18 градуса С и по-ниска, на хранителни продукти в контактни фризери. Наред с течния азот, течният въглероден диоксид е най-подходящ за директно контактно замразяване на различни видове продукти. Като контактен хладилен агент е привлекателен поради ниската си цена, химическа пасивност и термична стабилност, не корозира металните компоненти, не е запалим и не е опасен за персонала. Течният въглероден диоксид се подава към продукта, движещ се по конвейерната лента от дюзите на определени порции, които при атмосферно налягане моментално се превръщат в смес от сух сняг и студен въглероден диоксид, докато вентилаторите непрекъснато смесват газовата смес вътре в апарата, което, по принцип е в състояние да охлади продукта от +20 градуса C до -78,5 градуса C за няколко минути. Използването на контактни бързи фризери има редица основни предимства в сравнение с традиционната технология на замразяване:
Времето за замразяване се намалява до 5-30 минути; ензимната активност в продукта бързо спира;
· структурата на тъканите и клетките на продукта е добре запазена, тъй като ледените кристали се образуват с много по-малки размери и почти едновременно в клетките и в междуклетъчното пространство на тъканите;
· при бавно замразяване в продукта се появяват следи от бактериална активност, докато при шоково замразяване те просто нямат време да се развият;
· загубата на тегло на продукта в резултат на свиване е само 0,3-1% (срещу 3-6%);
· Лесно летливите ценни ароматни вещества ще се запазят в много по-големи количества. В сравнение със замразяването с течен азот, замразяването с въглероден диоксид:
· не се наблюдава напукване на продукта поради твърде голяма температурна разлика между повърхността и сърцевината на замразения продукт
· при процеса на замразяване CO2 прониква в продукта и при размразяване го предпазва от окисление и развитие на микроорганизми. Плодовете и зеленчуците, подложени на бързо замразяване и опаковане на място, най-пълно запазват вкуса и хранителната си стойност, всички витамини и биологично активни вещества, което дава възможност за широкото им използване за производство на продукти за детско и диетично хранене. Важно е, че нестандартните плодове и зеленчуци могат успешно да се използват за приготвяне на скъпи замразени смеси. Бързите фризери, използващи течен въглероден диоксид, са компактни, прости по дизайн и евтини за работа (ако наблизо има източник на евтин течен въглероден диоксид). Уредите съществуват в мобилен и стационарен вариант, спирален, тунелен и шкафов тип, които представляват интерес за земеделски производители и преработватели. Те са особено удобни, когато производството изисква замразяване на различни хранителни продукти и суровини при различни температурни условия (-10...-70 градуса С). Бързо замразените храни могат да се сушат при условия на висок вакуум - сушене чрез замразяване. Продуктите, изсушени по този метод, са с високо качество: те запазват всички хранителни вещества, имат повишена възстановителна способност, имат минимално свиване и пореста структура и запазват естествения си цвят. Лиофилизираните продукти са 10 пъти по-леки от оригиналните поради отстраняването на водата от тях, те се съхраняват много дълго време в запечатани торби (особено когато торбите са пълни с въглероден диоксид) и могат да бъдат евтино доставени до най-отдалечените райони.
2. За бързо охлаждане на пресни хранителни продукти, опаковани и неопаковани, до +2…+6 градуса С. Използване на инсталации, чиято работа е подобна на работата на бързи фризери: при впръскване на течен въглероден диоксид се образува дребен сух сняг, с който продуктът се обработва за определено време. Сухият сняг е ефективно средство за бързо понижаване на температурата, което не води до изсушаване на продукта, както при въздушно охлаждане, и не повишава съдържанието на влага в него, както се случва при охлаждане с воден лед. Охлаждането със сух сняг осигурява необходимото намаляване на температурата само за няколко минути, вместо часовете, необходими при конвенционалното охлаждане. Естественият цвят на продукта се запазва и дори подобрява поради леката дифузия на CO2 вътре. В същото време срокът на годност на продуктите се увеличава значително, тъй като CO2 потиска развитието както на аеробни, така и на анаеробни бактерии и плесени. Удобно и изгодно е да охлаждате птиче месо (нарязано или в трупове), порционно месо, колбаси и полуфабрикати. Уредите се използват и когато технологията изисква бързо охлаждане на продукта по време или преди формоване, пресоване, екструдиране, смилане или нарязване. Устройствата от този тип са много удобни и за използване в птицеферми за линейно ултра-бързо охлаждане от 42,7 градуса С до 4,4-7,2 градуса С на прясно снесени кокоши яйца.
3. За да премахнете кожата от плодове, като използвате метода на замразяване.
4. За криоконсервация на сперма и ембриони на говеда и свине.
В хладилната индустрия
5. За използване като алтернативен хладилен агент в хладилни системи. Въглеродният диоксид може да служи като ефективен хладилен агент, тъй като има ниска критична температура (31,1 градуса C), относително висока температура на тройната точка (-56 градуса C), високо налягане на тройната точка (0,5 mPa) и високо критично налягане (7,39 mPa). Като хладилен агент има следните предимства:
· много ниска цена в сравнение с други хладилни агенти;
· нетоксичен, негорим и неексплозивен;
· съвместим с всички електроизолационни и структурни материали;
· не разрушава озоновия слой;
· има умерен принос за увеличаване на парниковия ефект в сравнение със съвременните халогенирани хладилни агенти. Високото критично налягане има положителния аспект на ниското съотношение на компресия, което води до значителна ефективност на компресора, което позволява компактни и евтини хладилни конструкции. В същото време е необходимо допълнително охлаждане на електродвигателя на кондензатора, а консумацията на метал на хладилния агрегат се увеличава поради увеличаването на дебелината на тръбите и стените. Обещаващо е използването на CO2 в нискотемпературни двустепенни инсталации за промишлени и полупромишлени приложения и особено в климатични системи за автомобили и влакове.
6. За високопроизводително замразено смилане на меки, термопластични и еластични продукти и вещества. В криогенните мелници тези продукти и вещества, които не могат да бъдат смлени в обичайната им форма, например желатин, каучук, всякакви полимери, гуми, се смилат бързо и с ниска консумация на енергия в замразена форма. Студеното смилане в суха, инертна атмосфера е необходимо за всички билки и подправки, какаови зърна и кафе на зърна.
7. За тестване на технически системи при ниски температури.
В металургията
8. За охлаждане на трудни за рязане сплави при обработка на стругове.
9. За образуване на защитна среда за потискане на дима в процеси на топене или бутилиране на мед, никел, цинк и олово.
10. При отгряване на твърда медна тел за кабелни продукти.
В минната индустрия
11. Като нисковзривно вещество във въгледобива, което не води до запалване на метан и въглищен прах по време на експлозия и не произвежда токсични газове.
12. Предотвратяване на пожари и експлозии чрез изместване на въздух от контейнери и мини, съдържащи експлозивни пари и газове с въглероден диоксид.
Свръхкритичен
В процесите на екстракция
1. Улавяне на ароматни вещества от сокове от плодове и горски плодове, получаване на растителни екстракти и лечебни билки с помощта на течен въглероден диоксид. При традиционните методи за извличане на растителни и животински суровини се използват различни видове органични разтворители, които са силно специфични и рядко осигуряват извличането на пълния комплекс от биологично активни съединения от суровините. Освен това проблемът с отделянето на остатъците от разтворителя от екстракта винаги възниква, а технологичните параметри на този процес могат да доведат до частично или дори пълно разрушаване на някои компоненти на екстракта, което води до промяна не само в състава, но и в свойства на изолирания екстракт. В сравнение с традиционните методи, процесите на екстракция (както и фракциониране и импрегниране) с използване на суперкритичен въглероден диоксид имат редица предимства:
· енергоспестяващ характер на процеса;
· високи масопреносни характеристики на процеса поради нисък вискозитет и висока проникваща способност на разтворителя;
· висока степен на извличане на съответните компоненти и високо качество на получения продукт;
· практически отсъствие на CO2 в готовите продукти;
· използва се инертна разтворителна среда при температура, която не застрашава термичното разграждане на материалите;
· процесът не произвежда отпадъчни води и отпадъчни разтворители след декомпресия, CO2 може да се събира и използва повторно;
· осигурява се уникална микробиологична чистота на получените продукти;
· липса на сложно оборудване и многоетапност на процеса;
· Използва се евтин, нетоксичен и незапалим разтворител. Селективните и екстракционните свойства на въглеродния диоксид могат да варират в широки граници при промени в температурата и налягането, което прави възможно извличането на по-голямата част от спектъра на известните в момента биологично активни съединения от растителни материали при ниски температури.
2. За получаване на ценни натурални продукти - CO2 екстракти от подправки, етерични масла и биологично активни вещества. Екстрактът практически копира оригиналния растителен материал, за концентрацията на съставните вещества можем да кажем, че няма аналози сред класическите екстракти. Данните от хроматографския анализ показват, че съдържанието на ценни вещества превишава десетки пъти класическите екстракти. Усвоено е производство в индустриален мащаб:
· екстракти от подправки и лечебни билки;
· плодови аромати;
· екстракти и киселини от хмел;
· антиоксиданти, каротеноиди и ликопени (включително от доматени суровини);
· естествени оцветители (от плодове на червен пипер и др.);
ланолин от вълна;
· естествени растителни восъци;
· масла от морски зърнастец.
3. За извличане на високо пречистени етерични масла, по-специално от цитрусови плодове. При извличане на етерични масла със суперкритичен CO2 успешно се извличат и силно летливи фракции, които придават на тези масла фиксиращи свойства, както и по-пълен аромат.
4. Да премахнете кофеина от чая и кафето, никотина от тютюна.
5. За премахване на холестерола от храната (месо, млечни продукти и яйца).
6. За производство на нискомаслен картофен чипс и соеви продукти;
7. За производство на висококачествен тютюн със зададени технологични свойства.
8. За химическо чистене на дрехи.
9. Отстраняване на уранови съединения и трансуранови елементи от радиоактивно замърсени почви и от повърхностите на метални тела. В същото време обемът на водните отпадъци се намалява стотици пъти и няма нужда да се използват агресивни органични разтворители.
10. За екологична технология за ецване на печатни платки за микроелектроника, без генериране на токсични течни отпадъци.
В процеси на фракциониране
Отделянето на течно вещество от разтвор или отделянето на смес от течни вещества се нарича фракциониране. Тези процеси са непрекъснати и следователно много по-ефективни от отделянето на вещества от твърди субстрати.
11. За рафиниране и дезодориране на масла и мазнини. За да се получи търговско масло, е необходимо да се извърши цял набор от мерки, като отстраняване на лецитин, слуз, киселина, избелване, дезодориране и други. При извличане със свръхкритичен CO2 тези процеси се извършват в рамките на един технологичен цикъл и качеството на полученото масло в този случай е много по-добро, тъй като процесът протича при относително ниски температури.
12. Да се намали съдържанието на алкохол в напитките. Производството на безалкохолни традиционни напитки (вино, бира, сайдер) е във все по-голямо търсене поради етични, религиозни или диетични причини. Въпреки че тези нискоалкохолни напитки често са с по-ниско качество, техният пазар е значителен и расте бързо, така че подобряването на такава технология е много привлекателен въпрос.
13. За енергоспестяващо производство на глицерин с висока чистота.
14. За енергоспестяващо производство на лецитин от соево масло (със съдържание на фосфатидилхолин около 95%).
15. За проточно пречистване на промишлени отпадъчни води от въглеводородни замърсители.
В процесите на импрегниране
Процесът на импрегниране - въвеждането на нови вещества, е по същество обратен процес на извличане. Необходимото вещество се разтваря в суперкритичен CO2, след което разтворът прониква в твърдия субстрат, когато налягането се освободи, въглеродният диоксид моментално се изпарява и веществото остава в субстрата.
16. За екологично чиста технология за боядисване на влакна, тъкани и текстилни аксесоари. Боядисването е специален случай на импрегниране. Багрилата обикновено се разтварят в токсичен органичен разтворител, така че боядисаните материали трябва да бъдат старателно измити, което води до изпаряване на разтворителя в атмосферата или в отпадъчните води. При суперкритично боядисване не се използват вода и разтворители; Този метод предоставя интересна възможност за боядисване на различни видове синтетични материали по едно и също време, като пластмасови зъби и платнена подплата на цип.
17. За екологична технология, нанасяне на боя. Сухото багрило се разтваря в поток от суперкритичен CO2 и заедно с него излита от дюзата на специален пистолет. Въглеродният диоксид веднага се изпарява и боята се утаява на повърхността. Тази технология е особено перспективна за боядисване на автомобили и едра техника.
18. За хомогенизирано импрегниране на полимерни структури с лекарства, като по този начин се осигурява постоянно и продължително освобождаване на лекарството в организма. Тази технология се основава на способността на свръхкритичния CO2 лесно да прониква в много полимери, да ги насища, причинявайки отваряне и набъбване на микропорите.
В технологичните процеси
19. Замяната на високотемпературна водна пара със суперкритичен CO2 в процесите на екструзия, когато се обработват подобни на зърно суровини, позволява използването на относително ниски температури, въвеждането на млечни съставки и всякакви чувствителни към топлина добавки в рецептата. Суперкритичната флуидна екструзия позволява създаването на нови продукти с ултра-пореста вътрешна структура и гладка, плътна повърхност.
20. За производство на полимерни и мастни прахове. Поток от суперкритичен CO2 с разтворени в него полимери или мазнини се инжектира в камера с по-ниско налягане, където се „кондензира“ под формата на напълно хомогенен фино диспергиран прах, най-фини влакна или филми.
21. Да се подготви за сушене на зеленчуци и плодове чрез отстраняване на слоя от кутикуларен восък със струя суперкритичен CO2.
В процесите на химична реакция
22. Обещаваща област на приложение на суперкритичен CO2 е използването му като инертна среда по време на химични реакции на полимеризация и синтез. В свръхкритична среда синтезът може да се осъществи хиляда пъти по-бързо от синтеза на същите вещества в традиционните реактори. За промишлеността е много важно, че такова значително ускоряване на скоростта на реакцията, дължащо се на високи концентрации на реагенти в суперкритична среда с нейния нисък вискозитет и висока дифузия, позволява съответно да се намали времето за контакт на реагентите. От технологична гледна точка това прави възможно замяната на статични затворени реактори с проточни реактори, които са фундаментално по-малки, по-евтини и по-безопасни.
При топлинни процеси
23. Като работна течност за съвременни електроцентрали.
24. Като работен флуид на газови термопомпи, произвеждащи високотемпературна топлина за системи за топла вода.
В твърдо състояние (сух лед и сняг)
В хранително-вкусовата промишленост
1. За контактно замразяване на месо и риба.
2. За контактно бързо замразяване на горски плодове (червено и касис, цариградско грозде, малини, арония и други).
3. Продажба на сладолед и безалкохолни напитки на отдалечени от електропреносната мрежа места, охлаждани със сух лед.
4. При съхранение, транспортиране и продажба на замразени и охладени хранителни продукти. Развива се производството на брикетиран и гранулиран сух лед за купувачи и продавачи на бързоразвалящи се продукти. Сухият лед е много удобен за транспортиране и продажба на месо, риба и сладолед в горещо време - продуктите остават замразени за много дълго време. Тъй като сухият лед само се изпарява (сублимира), няма разтопена течност и транспортните контейнери винаги остават чисти. Автохладилниците могат да бъдат оборудвани с малка охладителна система със сух лед, която се характеризира с изключителна простота на устройството и висока експлоатационна надеждност; цената му е в пъти по-ниска от цената на всеки класически хладилен агрегат. При транспортиране на кратки разстояния такава охладителна система е най-икономична.
5. Предварително охлаждане на контейнерите преди зареждане на продукти. Издухването на сух сняг в студен въглероден диоксид е един от най-ефективните начини за предварително охлаждане на всякакви контейнери.
6. За въздушен транспорт като основен хладилен агент в изотермични контейнери с автономна двустепенна хладилна система (сух гранулиран лед - фреон).
По време на работа по почистване на повърхността
8. Почистване на части и компоненти, двигатели от замърсители с помощта на пречиствателни станции с помощта на гранули от сух лед в газов поток За почистване на повърхностите на компоненти и части от експлоатационни замърсители. Напоследък има голямо търсене на неабразивно експресно почистване на материали, сухи и мокри повърхности със струя фино гранулиран сух лед (бластиране). Без да разглобявате модулите, можете успешно да извършите:
· почистване на заваръчни линии;
· отстраняване на стара боя;
· почистване на леярски форми;
· почистване на агрегати на печатни машини;
· почистване на оборудване за хранително-вкусовата промишленост;
· почистване на форми за производство на изделия от пенополиуретан.
· почистване на форми за производство на автомобилни гуми и други каучукови изделия;
· почистване на форми за производство на пластмасови изделия, включително почистване на форми за производство на PET бутилки; Когато топчетата сух лед ударят повърхност, те незабавно се изпаряват, създавайки микроексплозия, която премахва замърсителите от повърхността. При отстраняване на чуплив материал като боя, процесът създава вълна на натиск между покритието и субстрата. Тази вълна е достатъчно силна, за да премахне покритието, повдигайки го отвътре. При отстраняване на лепкави или лепкави материали като масло или мръсотия процесът на почистване е подобен на силна водна струя.
7. За почистване на щамповани гумени и пластмасови изделия от неравности (тумблинг).
По време на строителни работи
9. В процеса на производство на порести строителни материали с еднакъв размер мехурчета въглероден диоксид, равномерно разпределени в целия обем на материала.
10. За замръзване на почви по време на строителство.
11. Поставяне на ледени тапи във водопроводи (чрез замразяването им отвън със сух лед) при ремонт на тръбопроводи без източване на водата.
12. За почистване на артезиански кладенци.
13. При премахване на асфалтови настилки в горещо време.
В други индустрии
14. Получаване на ниски температури до минус 100 градуса (при смесване на сух лед с етер) за тестване на качеството на продукта, за лабораторна работа.
15. За студен монтаж на детайли в машиностроенето.
16. При производството на пластични марки легирани и неръждаеми стомани, отгряти алуминиеви сплави.
17. При раздробяване, смилане и консервиране на калциев карбид.
18. Да се създаде изкуствен дъжд и да се получат допълнителни валежи.
19. Изкуствено разпръскване на облаци и мъгли, борба с градушките.
20. Да генерира безвреден дим по време на представления и концерти. Получаване на ефект на дим на поп сцени по време на изпълнения на артисти с помощта на сух лед.
В медицината
21. За лечение на някои кожни заболявания (криотерапия).
