, anglies dioksidas, anglies dioksido savybės, anglies dioksido gavimas
Jis netinka gyvybei palaikyti. Tačiau tuo „maitina“ augalai, paversdami tai organine medžiaga. Be to, tai savotiška Žemės „antklodė“. Jei šios dujos staiga išnyks iš atmosferos, Žemėje taps daug vėsesnė, o liūtys praktiškai išnyks.
"Žemės antklodė"
(anglies dioksidas, anglies dioksidas, CO 2) susidaro, kai susijungia du elementai: anglis ir deguonis. Jis susidaro degant anglies ar angliavandenilių junginiams, fermentuojant skysčius, taip pat kaip žmonių ir gyvūnų kvėpavimo produktas. Taip pat nedideliais kiekiais randama atmosferoje, iš kur ją pasisavina augalai, kurie savo ruožtu gamina deguonį.
Anglies dioksidas yra bespalvis ir sunkesnis už orą. Užšąla -78,5 ° C temperatūroje, kai susidaro sniegas, susidedantis iš anglies dioksido. Vandeninio tirpalo pavidalu susidaro anglies rūgštis, tačiau ji nėra pakankamai stabili, kad būtų lengvai atskiriama.
Anglies dioksidas yra Žemės „antklodė“. Jis lengvai perduoda ultravioletinius spindulius, kurie šildo mūsų planetą, ir atspindi infraraudonuosius spindulius, skleidžiamus nuo jos paviršiaus į kosmosą. O jei staiga iš atmosferos išnyks anglies dioksidas, tai pirmiausia paveiks klimatą. Žemėje taps daug vėsiau, lietus kris labai retai. Kur tai galiausiai nuves, nesunku atspėti.
Tiesa, tokia katastrofa mums kol kas negresia. Greičiau yra atvirkščiai. Deginant organines medžiagas: naftą, anglį, gamtines dujas, medieną – palaipsniui didėja anglies dvideginio kiekis atmosferoje. Tai reiškia, kad laikui bėgant reikia sulaukti reikšmingo žemės klimato atšilimo ir drėgnumo. Beje, senbuviai tikina, kad jau dabar pastebimai šilčiau nei buvo jaunystėje...
Išsiskiria anglies dioksidas skystas žemos temperatūros, aukšto slėgio skystis ir dujinis... Jis gaunamas iš išmetamųjų dujų, susidarančių gaminant amoniaką ir alkoholius, taip pat naudojant specialų kuro deginimą ir kitose pramonės šakose. Dujinis anglies dioksidas yra bespalvės ir bekvapės dujos, kurių temperatūra 20 ° C ir slėgis 101,3 kPa (760 mm Hg), tankis - 1,839 kg / m 3. Skystas anglies dioksidas yra tiesiog bespalvis, bekvapis skystis.
Netoksiškas ir nesprogus. Esant didesnei nei 5% koncentracijai (92 g/m 3), anglies dioksidas daro žalingą poveikį žmonių sveikatai – yra sunkesnis už orą ir gali kauptis prastai vėdinamose patalpose prie grindų. Tuo pačiu metu mažėja deguonies tūrinė dalis ore, o tai gali sukelti deguonies trūkumo ir uždusimo reiškinį.
Anglies dioksido gavimas
Pramonėje anglies dioksidas gaunamas iš krosnies dujos, nuo natūralių karbonatų skilimo produktai(kalkakmenis, dolomitas). Dujų mišinys plaunamas kalio karbonato tirpalu, kuris sugeria anglies dioksidą ir pereina į bikarbonatą. Bikarbonato tirpalas kaitinant suyra, išskirdamas anglies dioksidą. Pramoninėje gamyboje dujos pumpuojamos į balionus.
Laboratorinėmis sąlygomis gaunami nedideli kiekiai karbonatų ir hidrokarbonatų sąveika su rūgštimis, pavyzdžiui, marmuras su druskos rūgštimi.
„Sausasis ledas“ ir kitos naudingos anglies dioksido savybės
Kasdienėje praktikoje anglies dioksidas plačiai naudojamas. Pavyzdžiui, gazuotas vanduo su aromatinių esencijų priedu – nuostabus gaivus gėrimas. V Maisto pramone anglies dioksidas naudojamas ir kaip konservantas – tai nurodyta ant pakuotės po kodu E290 taip pat kaip kepimo miltelius.
Anglies dioksido gesintuvai naudojamas gaisruose. Biochemikai tai nustatė oro tręšimas anglies dioksidu labai efektyvi priemonė įvairių kultūrų produktyvumui didinti. Galbūt šios trąšos turi vieną, bet reikšmingą trūkumą: jas galima naudoti tik šiltnamiuose. Anglies dioksidą gaminančiose gamyklose suskystintos dujos pilamos į plieninius balionus ir siunčiamos vartotojams. Jei atidarysite vožtuvą, tada ... sniegas iš skylės išbėga šnypšdamas. Koks stebuklas?
Viskas paaiškinama paprastai. Dujoms suspausti tenka daug mažiau darbų, nei reikia joms plėsti. Ir norint kažkaip kompensuoti susidariusį deficitą, anglies dioksidas smarkiai atvėsta, virsdamas "sausas ledas"... Jis plačiai naudojamas maisto konservavimui ir turi didelių pranašumų prieš įprastą ledą: pirma, jo „aušinimo pajėgumas“ yra dvigubai didesnis svorio vienetui; antra, jis išgaruoja be likučių.
Anglies dioksidas naudojamas kaip aktyvi terpė vielos suvirinimas, nes lanko temperatūroje anglies dioksidas skyla į anglies monoksidą CO ir deguonį, kuris, savo ruožtu, sąveikauja su skystu metalu, jį oksiduodamas.
Skardinėse esantis anglies dioksidas naudojamas pneumatinis ginklas ir kaip energijos šaltinis varikliams aviamodeliavime.
Kolegialus „YouTube“.
-
1 / 5
Anglies monoksidas (IV) nepalaiko degimo. Jame dega tik kai kurie aktyvūs metalai:
2 Mg + C O 2 → 2 M g O + C (\ displaystyle (\ mathsf (2Mg + CO_ (2) \ rodyklė dešinėn 2MgO + C)))Sąveika su aktyviuoju metalo oksidu:
C a O + C O 2 → C a C O 3 (\ displaystyle (\ mathsf (CaO + CO_ (2) \ rodyklė dešinėn CaCO_ (3))))Ištirpus vandenyje, susidaro anglies rūgštis:
C O 2 + H 2 O ⇄ H 2 C O 3 (\ displaystyle (\ mathsf (CO_ (2) + H_ (2) O \ rightleftarrows H_ (2) CO_ (3))))Reaguoja su šarmais, sudarydamas karbonatus ir angliavandenilius:
C a (OH) 2 + CO 2 → C a CO 3 ↓ + H 2 O (\ ekrano stilius (\ mathsf (Ca (OH) _ (2) + CO_ (2)) \ rodyklė dešinėn CaCO_ (3)) \ rodyklė žemyn + H_) 2) O)))(kokybinė reakcija į anglies dioksidą) K O H + C O 2 → K H C O 3 (\ displaystyle (\ mathsf (KOH + CO_ (2) \ rodyklė dešinėn KHCO_ (3))))Biologinis
Žmogaus kūnas per dieną išskiria apie 1 kg anglies dioksido.
Šis anglies dioksidas yra pernešamas iš audinių, kur susidaro kaip vienas iš galutinių medžiagų apykaitos produktų, per venų sistemą, o paskui pašalinamas su iškvepiamu oru per plaučius. Taigi anglies dvideginio kiekis kraujyje yra didelis veninėje sistemoje, o sumažėja plaučių kapiliarų tinkle, o arteriniame kraujyje – mažai. Anglies dioksido kiekis kraujo mėginyje dažnai išreiškiamas daliniu slėgiu, ty slėgiu, kurį kraujo mėginyje esantis anglies dioksidas turėtų, jei tik jis užimtų visą kraujo mėginio tūrį.
Anglies dioksidas (CO 2) krauju transportuojamas trimis skirtingais būdais (tikslus kiekvieno iš šių trijų transportavimo būdų santykis priklauso nuo to, ar kraujas yra arterinis, ar veninis).
Hemoglobinas, pagrindinis raudonųjų kraujo kūnelių deguonį pernešantis baltymas, gali pernešti ir deguonį, ir anglies dioksidą. Tačiau anglies dioksidas su hemoglobinu jungiasi kitoje vietoje nei deguonis. Jis jungiasi prie globino grandinių N-galų, o ne su hemo. Tačiau dėl allosterinio poveikio, dėl kurio pasikeičia hemoglobino molekulės konfigūracija jungiantis, anglies dioksido jungimasis sumažina deguonies gebėjimą prisijungti prie jo, esant tam tikram deguonies daliniam slėgiui, ir atvirkščiai - deguonies pavertimas hemoglobinu sumažina anglies dioksido gebėjimą jungtis su juo.esant tam tikram daliniam anglies dioksido slėgiui. Be to, hemoglobino gebėjimas pirmiausia jungtis su deguonimi arba anglies dioksidu taip pat priklauso nuo terpės pH. Šios savybės yra labai svarbios sėkmingam deguonies paėmimui ir transportavimui iš plaučių į audinius bei sėkmingam jo išsiskyrimui audiniuose, taip pat sėkmingam anglies dvideginio surinkimui ir transportavimui iš audinių į plaučius bei ten patekimui.
Anglies dioksidas yra vienas iš svarbiausių kraujotakos autoreguliacijos tarpininkų. Tai galingas vazodilatatorius. Atitinkamai, padidėjus anglies dvideginio kiekiui audinyje ar kraujyje (pavyzdžiui, dėl intensyvios medžiagų apykaitos – sukeltos, tarkime, fizinio krūvio, uždegimo, audinių pažeidimo arba dėl kraujotakos sutrikimo, audinių išemijos), tada plečiasi kapiliarai, dėl to padidėja kraujotaka ir atitinkamai padidėja deguonies tiekimas į audinius bei susikaupusio anglies dvideginio transportavimas iš audinių. Be to, anglies dioksidas tam tikromis koncentracijomis (padidėjusiomis, bet dar nepasiekiančiomis toksinių verčių) turi teigiamą inotropinį ir chronotropinį poveikį miokardui ir padidina jo jautrumą adrenalinui, dėl kurio padidėja širdies susitraukimų stiprumas ir dažnis. širdies išstūmimo vertė ir dėl to insultas bei minutinis kraujo tūris. Tai taip pat prisideda prie audinių hipoksijos ir hiperkapnijos (padidėjusio anglies dioksido kiekio) korekcijos.
Bikarbonato jonai labai svarbūs reguliuojant kraujo pH ir palaikant normalią rūgščių-šarmų pusiausvyrą. Kvėpavimo dažnis turi įtakos anglies dioksido kiekiui kraujyje. Prastas arba lėtas kvėpavimas sukelia kvėpavimo acidozę, o greitas ir pernelyg gilus kvėpavimas sukelia hiperventiliaciją ir kvėpavimo alkalozės vystymąsi.
Be to, anglies dioksidas taip pat svarbus reguliuojant kvėpavimą. Nors mūsų organizmui reikalingas deguonis medžiagų apykaitai užtikrinti, mažas deguonies kiekis kraujyje ar audiniuose dažniausiai neskatina kvėpavimo (tiksliau, deguonies trūkumo stimuliuojantis poveikis kvėpavimui yra per silpnas ir „įsijungia“ vėlai, esant labai mažam deguonies kiekiui. kraujyje, dėl kurio žmogus dažnai jau praranda sąmonę). Kvėpavimą paprastai skatina padidėjęs anglies dioksido kiekis kraujyje. Kvėpavimo centras yra daug jautresnis anglies dvideginio kiekio padidėjimui nei deguonies trūkumui. Dėl to kvėpavimas labai išretėjusiu oru (su žemu daliniu deguonies slėgiu) arba dujų mišiniu, kuriame nėra deguonies (pvz., 100 % azoto arba 100 % azoto oksido), gali greitai prarasti sąmonę ir nejausti dusulio. (kadangi anglies dvideginio kiekis kraujyje nepakyla, nes niekas netrukdo jam iškvėpti). Tai ypač pavojinga dideliame aukštyje skraidančių karinių orlaivių pilotams (avarinio slėgio sumažinimo kabinoje atveju pilotai gali greitai prarasti sąmonę). Ši kvėpavimo reguliavimo sistemos ypatybė taip pat yra priežastis, kodėl orlaivio stiuardesės nurodo keleiviams, kai orlaivio salone sumažėja slėgis, pirmiausia patys užsideda deguonies kaukę, prieš bandydami padėti kitam – tai darydami, padėti žmogui pačiam greitai prarasti sąmonę ir net iki paskutinės akimirkos nejaučiant jokio diskomforto ir deguonies poreikio.
Žmogaus kvėpavimo centras stengiasi palaikyti ne didesnį kaip 40 mm Hg dalinį anglies dioksido slėgį arteriniame kraujyje. Esant sąmoningai hiperventiliacijai, anglies dvideginio kiekis arteriniame kraujyje gali sumažėti iki 10-20 mm Hg, o deguonies kiekis kraujyje beveik nepasikeis arba šiek tiek padidės, o sumažėjus poreikis dar kartą įkvėpti sumažės. stimuliuojančiame anglies dioksido poveikiui kvėpavimo centro veiklai. Tai yra priežastis, kodėl po sąmoningos hiperventiliacijos periodo lengviau sulaikyti kvėpavimą ilgą laiką nei be išankstinės hiperventiliacijos. Ši tyčinė hiperventiliacija, po kurios sulaikomas kvėpavimas, gali sukelti sąmonės netekimą, kol žmogus nepajunta poreikio kvėpuoti. Saugioje aplinkoje toks sąmonės netekimas niekuo ypatingai negresia (netekęs sąmonės žmogus taip pat nekontroliuos savęs, nustos sulaikyti kvėpavimą ir ims kvėpuoti, kvėpuoti, o kartu ir aprūpinti deguonimi. bus atkurtos smegenys, tada bus atkurta ir sąmonė). Tačiau kitose situacijose, pavyzdžiui, prieš nardymą, tai gali būti pavojinga (netenkama sąmonės ir reikės kvėpuoti giliai, o nesant sąmoningos kontrolės į kvėpavimo takus pateks vanduo, dėl kurio gali nuskęsti ). Štai kodėl hiperventiliacija prieš nardymą yra pavojinga ir nerekomenduojama.
Priėmimas
Pramoniniais kiekiais anglies dioksidas išsiskiria iš išmetamųjų dujų arba kaip šalutinis cheminių procesų produktas, pavyzdžiui, skaidant natūralius karbonatus (kalkakmenis, dolomitą) arba gaminant alkoholį (alkoholinė fermentacija). Gautas dujų mišinys plaunamas kalio karbonato tirpalu, kuris sugeria anglies dioksidą ir pereina į bikarbonatą. Bikarbonato tirpalas suyra kaitinant arba esant sumažintam slėgiui, išskirdamas anglies dioksidą. Šiuolaikiniuose anglies dioksido gamybos įrenginiuose vietoj bikarbonato dažnai naudojamas vandeninis monoetanolamino tirpalas, kuris tam tikromis sąlygomis gali sugerti išmetamosiose dujose esantį CO₂ ir kaitinant jį išskirti; tokiu būdu gatavas produktas atskiriamas nuo kitų medžiagų.
Taip pat anglies dioksidas susidaro oro atskyrimo įrenginiuose kaip gryno deguonies, azoto ir argono gavimo šalutinis produktas.
Laboratorinėmis sąlygomis nedideli kiekiai gaunami karbonatams ir angliavandeniams sąveikaujant su rūgštimis, pavyzdžiui, marmuru, kreida ar soda su druskos rūgštimi, naudojant, pavyzdžiui, Kipp aparatą. Naudojant sieros rūgšties reakciją su kreida ar marmuru, susidaro mažai tirpus kalcio sulfatas, kuris trukdo reakcijai ir kurį pašalina didelis rūgšties perteklius.
Gėrimams ruošti galima naudoti kepimo sodos reakciją su citrinos rūgštimi arba rūgščiomis citrinos sultimis. Būtent tokia forma pasirodė pirmieji gazuoti gėrimai. Jų gamyba ir prekyba užsiėmė vaistininkai.
Taikymas
Maisto pramonėje anglies dioksidas naudojamas kaip konservantas ir kepimo milteliai, ant pakuotės nurodomas kodu E290.
Įtaisas, skirtas tiekti anglies dioksidą į akvariumą, gali turėti dujų rezervuarą. Paprasčiausias ir labiausiai paplitęs anglies dioksido gamybos būdas yra pagrįstas alkoholinių gėrimų košės gamyba. Fermentacijos metu išsiskiriantis anglies dioksidas gali maitinti akvariumo augalus.
Anglies dioksidas naudojamas limonadui ir sodos vandeniui karbonizuoti. Anglies dioksidas taip pat naudojamas kaip apsauginė terpė suvirinant vielą, tačiau esant aukštai temperatūrai jis suyra, išskirdamas deguonį. Išsilaisvinęs deguonis oksiduoja metalą. Šiuo atžvilgiu į suvirinimo laidą būtina įvesti deoksidatorių, tokių kaip manganas ir silicis. Kita deguonies poveikio pasekmė, taip pat susijusi su oksidacija, yra staigus paviršiaus įtempimo sumažėjimas, dėl kurio, be kita ko, atsiranda intensyvesni metalo purslai nei suvirinant inertinėje atmosferoje.
Anglies dioksido laikymas plieniniame balione suskystintoje būsenoje yra pelningesnis nei dujų pavidalu. Anglies dioksido kritinė temperatūra yra palyginti žema - + 31 ° C. Į standartinį 40 litrų balioną supilama apie 30 kg suskystinto anglies dioksido, o kambario temperatūroje balione bus skysta fazė, o slėgis bus apie 6 MPa (60 kgf / cm²). Jei temperatūra yra aukštesnė nei + 31 ° C, anglies dioksidas pateks į superkritinę būseną, kai slėgis viršija 7,36 MPa. Standartinis paprasto 40 litrų baliono darbinis slėgis yra 15 MPa (150 kgf / cm²), tačiau jis turi saugiai atlaikyti 1,5 karto didesnį, tai yra 22,5 MPa, slėgį - taigi, darbas su tokiais balionais gali būti laikomas gana saugiu.
Kietas anglies dioksidas – „sausasis ledas“ – naudojamas kaip šaltnešis laboratoriniams tyrimams, mažmeninėje prekyboje, remontuojant įrangą (pvz.: aušinant vieną iš besijungiančių dalių nusileidžiant įtampa) ir kt. Anglies dioksidas naudojamas suskystinti anglį. dioksidą ir gauti sausą ledą.
Registracijos būdai
Anglies dioksido dalinio slėgio matavimas reikalingas technologiniuose procesuose, medicinos srityse – kvėpavimo mišinių analizė dirbtinės plaučių ventiliacijos metu ir uždarose gyvybės palaikymo sistemose. CO 2 koncentracijos atmosferoje analizė naudojama aplinkosaugos ir moksliniams tyrimams, šiltnamio efektui tirti. Anglies dioksidas fiksuojamas naudojant infraraudonųjų spindulių spektroskopijos principu veikiančius dujų analizatorius ir kitas dujų matavimo sistemas. Medicininių dujų analizatorius anglies dioksido kiekiui iškvepiamame ore fiksuoti vadinamas kapnografu. Norėdami išmatuoti mažas CO 2 koncentracijas (taip pat) proceso dujose arba atmosferos ore, galite naudoti dujų chromatografijos metodą su metanatoriumi ir registracija liepsnos jonizacijos detektoriuje.
Anglies dioksidas gamtoje
Metinius atmosferos anglies dioksido koncentracijos svyravimus planetoje daugiausia lemia šiaurinio pusrutulio vidutinių (40–70 °) platumų augmenija.
Vandenyne yra ištirpęs didelis anglies dioksido kiekis.
Anglies dioksidas sudaro didelę dalį kai kurių Saulės sistemos planetų atmosferos: Veneros, Marso.
Toksiškumas
Anglies dioksidas yra netoksiškas, tačiau dėl padidėjusios jo koncentracijos ore poveikio oru kvėpuojantiems gyviems organizmams priskiriamas dusinamiesiems. (Anglų) rusų... Nedidelis koncentracijos padidėjimas iki 2–4% patalpose sukelia žmonių mieguistumą ir silpnumą. Pavojingomis koncentracijomis laikomi maždaug 7–10 % lygiai, kai atsiranda uždusimas, pasireiškiantis galvos skausmu, galvos svaigimu, klausos pablogėjimu ir sąmonės netekimu (simptomai panašūs į aukščio ligą), priklausomai nuo koncentracijos, per keletą kartų. minučių iki vienos valandos. Įkvėpus oro, kuriame yra didelės koncentracijos dujos, mirtis įvyksta labai greitai nuo uždusimo.
Nors iš tikrųjų net 5-7% CO 2 koncentracija nėra mirtina, jau esant 0,1% koncentracijai (toks anglies dvideginio kiekis stebimas megapolių ore) žmonės pradeda jausti silpnumą, mieguistumą. Tai rodo, kad net esant dideliam deguonies kiekiui, didelė CO 2 koncentracija daro didelę įtaką savijautai.
Padidėjusios šių dujų koncentracijos oro įkvėpimas nesukelia ilgalaikių sveikatos problemų, o ištraukus nukentėjusįjį iš dujomis užterštos atmosferos, greitai visiškai atsistato sveikata.
Pramonėje pagrindiniai anglies dioksido CO2 gamybos būdai yra jo gamyba kaip šalutinis produktas, metano CH4 pavertimo vandeniliu H2, angliavandenilių degimo (oksidacijos) reakcijos, CaCO3 kalkakmenio skilimo reakcija. kalkių CaO ir vandens H20.
CO2 kaip CH4 ir kitų angliavandenilių garų riformingo į vandenilį H2 šalutinis produktas
Pramonei vandenilio H2 pirmiausia reikia naudoti amoniako NH3 gamyboje (Haber procesas, katalizinė vandenilio ir azoto reakcija); amoniako reikia mineralinių trąšų ir azoto rūgšties gamybai. Vandenilis gali būti gaminamas įvairiais būdais, įskaitant ekologų mėgstamą vandens elektrolizę, tačiau, deja, šiuo metu visi vandenilio gamybos būdai, išskyrus angliavandenilių reformavimą, yra absoliučiai ekonomiškai nepateisinami didelio masto. gamybos mastu – nebent būtų „nemokamos“ elektros energijos perteklius. Todėl pagrindinis vandenilio gamybos būdas, kurio metu išsiskiria ir anglies dioksidas, yra metano riformingas garais: apie 700...1100 °C temperatūroje ir 3...25 barų slėgyje, esant katalizatoriui, vandens garai H2O reaguoja su metanu CH4, išskirdami sintezės dujas (procesas yra endoterminis, tai yra, jis sugeria šilumą):
CH4 + H2O (+ šiluma) → CO + 3H2Panašiu būdu propanas gali būti reformuojamas garais:
С3H8 + 3H2O (+ šiluma) → 2CO + 7H2Taip pat etanolis (etilo alkoholis):
C2H5OH + H2O (+ šiluma) → 2CO + 4H2Net benziną galima reformuoti garais. Benzino sudėtyje yra daugiau nei 100 skirtingų cheminių junginių, toliau pateikiamos izooktano ir tolueno garų riformingo reakcijos:
C8H18 + 8H2O (+ šiluma) → 8CO + 17H2
C7H8 + 7H2O (+ šiluma) → 7CO + 11H2Taigi, vieno ar kito angliavandenilio kuro riformingo garais procese buvo gautas vandenilis ir anglies monoksidas CO (anglies monoksidas). Kitame vandenilio gamybos proceso etape anglies monoksidas, esant katalizatoriui, vyksta deguonies atomo O perkėlimo iš vandens į dujas reakciją = CO oksiduojasi iki CO2, o vandenilis H2 išsiskiria laisvu pavidalu. Reakcija egzoterminė, išskiriama apie 40,4 kJ/mol šilumos:
CO + H2O → CO2 + H2 (+ šiluma)Pramoninėje aplinkoje anglies dioksidą CO2, susidarantį iš angliavandenilių riformingo garais, lengva išskirti ir surinkti. Tačiau CO2 šiuo atveju yra nepageidaujamas šalutinis produktas, paprastas laisvas išmetimas į atmosferą, nors dabar vyraujantis CO2 šalinimo būdas, aplinkosaugos požiūriu yra nepageidautinas, o kai kurios įmonės praktikuoja „pažangesnę“ “ metodus, tokius kaip, pavyzdžiui, CO2 įpurškimas į naftos telkinius su mažėjančiu debetu arba jo pumpavimas į vandenyną.
CO2 gamyba visiškai deginant angliavandenilį
Deginant angliavandenilius, tokius kaip metanas, propanas, benzinas, žibalas, dyzelinis kuras ir kt., tai yra oksiduojant su pakankamu deguonies kiekiu, susidaro anglies dioksidas ir dažniausiai vanduo. Pavyzdžiui, CH4 metano degimo reakcija atrodo taip:
CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 OCO2 kaip šalutinis H2 gamybos produktas dalinės kuro oksidacijos būdu
Apie 95% pasaulyje pramoniniu būdu pagaminamo vandenilio yra pagaminama aukščiau aprašytu angliavandenilių kuro, pirmiausia metano CH4, esančio gamtinėse dujose, riformingo garais būdu. Be garų riformingo, vandenilį iš angliavandenilių kuro galima gauti gana dideliu efektyvumu dalinės oksidacijos būdu, kai metanas ir kiti angliavandeniliai reaguoja su nepakankamu deguonies kiekiu, kad kuras visiškai sudegtų (prisiminkime, kad visiško kuro degimo procese) kuro deginimas, trumpai aprašytas šiek tiek aukščiau, anglies dioksidas gaunamas CO2 dujos ir vanduo H20). Tiekiant mažesnį nei stechiometrinį deguonies kiekį, reakcijos produktai daugiausia yra vandenilis H2 ir anglies monoksidas arba anglies monoksidas CO; anglies dioksido CO2 ir kai kurių kitų medžiagų susidaro nedideli kiekiai. Kadangi paprastai praktiškai šis procesas vyksta ne su išvalytu deguonimi, o su oru, tiek proceso įėjime, tiek išėjimo angoje yra azoto, kuris nedalyvauja reakcijoje.
Dalinė oksidacija yra egzoterminis procesas, tai yra, reakcijos metu susidaro šiluma. Dalinė oksidacija paprastai yra daug greitesnė nei riformingas garais ir reikalauja mažesnio reaktoriaus tūrio. Kaip matyti iš toliau pateiktų reakcijų, pradinės dalinės oksidacijos metu viename kuro vienete susidaro mažiau vandenilio, nei susidaro garų riformingo proceso metu.
Metano CH4 dalinės oksidacijos reakcija:
CH 4 + ½O 2 → CO + H 2 (+ šiluma)Propanas C3H8:
C 3 H 8 + 1½O 2 → 3CO + 4H 2 (+ šiluma)Etilo alkoholis C2H5OH:
C 2 H 5 OH + ½O 2 → 2CO + 3H 2 (+ šiluma)Dalinis benzino oksidavimas izooktano ir tolueno pavyzdžiu iš daugiau nei šimto benzine esančių cheminių junginių:
C 8 H 18 + 4O 2 → 8CO + 9H 2 (+ šiluma)
C7H18 + 3½O2 → 7CO + 4H2 (+ šiluma)Norint paversti CO į anglies dioksidą ir gauti papildomo vandenilio, naudojama deguonies poslinkio vandens → dujų reakcija, jau minėta garo riformingo proceso aprašyme:
CO + H 2 O → CO 2 + H 2 (+ šiek tiek šilumos)CO2 iš cukraus fermentacijos
Gaminant alkoholinius gėrimus ir duonos gaminius iš mielinės tešlos, naudojamas cukrų – gliukozės, fruktozės, sacharozės ir kt. – fermentacijos procesas, susidarant etilo alkoholiui C2H5OH ir anglies dioksidui CO2. Pavyzdžiui, gliukozės C6H12O6 fermentacijos reakcija yra tokia:
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2O fruktozės C12H22O11 fermentacija atrodo taip:
C 12 H 22 O 11 + H 2 O → 4C 2 H 5 OH + 4CO 2Wittemann pagaminta CO2 gamybos įranga
Gaminant alkoholinius gėrimus, susidaręs alkoholis yra pageidaujamas ir netgi, galima sakyti, būtinas rūgimo reakcijos produktas. Anglies dioksidas kartais išleidžiamas į atmosferą, o kartais paliekamas gėrime, kad jį gazuotų. Kepant duoną viskas yra priešingai: CO2 reikalingas burbulams susidaryti, todėl tešla pakils, o etilo alkoholis kepant beveik visiškai išgaruoja.
Daugelis įmonių, ypač spirito varyklų, kurioms CO 2 yra visiškai nereikalingas šalutinis produktas, įsirengė jo surinkimą ir pardavimą. Dujos iš fermentacijos rezervuarų per alkoholio gaudykles tiekiamos į anglies dvideginio gamyklą, kur CO2 išvalomas, suskystinamas ir išpilstomas į butelius. Tiesą sakant, distiliavimo gamyklos yra pagrindiniai anglies dvideginio tiekėjai daugelyje regionų – daugeliui jų pardavimas anglies dioksidu jokiu būdu nėra paskutinis pajamų šaltinis.
Yra visa alaus daryklų ir distiliavimo gamyklų gryno anglies dioksido išleidimo įrangos gamybos šaka (Huppmann / GEA Brewery, Wittemann ir kt.), Taip pat jos tiesioginė gamyba iš angliavandenilių. Dujų tiekėjai, tokie kaip „Air Products“ ir „Air Liquide“, taip pat įrengia stotis CO 2 išleidimui ir vėlesniam jo valymui, suskystėjimui ir pilimui į balionus.
CO2 gaminant negesintas kalkes CaO iš CaCO3
Plačiai naudojamų negesintų CaO kalkių gamybos procese anglies dioksidas taip pat yra šalutinis reakcijos produktas. Kalkakmenio CaCO3 skilimo reakcija yra endoterminė, jai reikia apie + 850 ° C temperatūros ir atrodo taip:
CaCO3 → CaO + CO2Jei kalkakmenis (ar kitas metalo karbonatas) reaguoja su rūgštimi, kaip vienas iš reakcijos produktų išsiskiria anglies dioksidas H2CO3. Pavyzdžiui, druskos rūgštis HCl reaguoja su kalkakmeniu (kalcio karbonatu) CaCO3 taip:
2HCl + CaCO 3 → CaCl 2 + H 2 CO 3Anglies rūgštis yra labai nestabili ir atmosferos sąlygomis greitai skyla į CO2 ir vandenį H2O.
Anglies dioksido (anglies dioksido) panaudojimas
Šiuo metu anglies dioksidas visose jo būsenose yra plačiai naudojamas visose pramonės šakose ir agrarinės pramonės komplekse.
Dujinėje būsenoje (anglies dioksidas)
Maisto pramonėje
1. Sukurti inertišką bakteriostatinę ir fungistatinę atmosferą (kai koncentracija didesnė kaip 20%):
· Perdirbant augalinius ir gyvūninius produktus;
· Pakuojant maistą ir medicinines prekes, kad ženkliai pailgėtų jų galiojimo laikas;
· Pilant alų, vyną ir sultis kaip varomąsias dujas.
2. Gaiviųjų gėrimų ir mineralinio vandens gamyboje (sotumas).
3. Gaminant šampaną ir putojančius vynus (karbonizaciją).
4. Gazuoto vandens ir gėrimų ruošimas sifonais ir prisotintuvais, karštų parduotuvių personalui ir vasarą.
5. Naudojimas automatuose, skirtuose prekybai išpilstytomis dujomis ir rankinei prekybai alumi ir gira, gazuotu vandeniu ir gėrimais.
6. Gaminant gazuotus pieno gėrimus ir gazuotas vaisių bei uogų sultis ("putojantys produktai").
7. Gaminant cukrų (tuštinimasis – prisotinimas).
8. Vaisių ir daržovių sulčių ilgalaikiam konservavimui išsaugant šviežiai spausto produkto kvapą ir skonį prisotinant CO2 ir laikant aukštame slėgyje.
9. Suaktyvinti nusodinimo ir vyno rūgšties druskų šalinimo iš vynų ir sulčių procesus (detarticija).
10. Geriamojo gėlinto vandens ruošimui filtravimo būdu. Geriamajam vandeniui be druskos prisotinti kalcio ir magnio jonais.Žemės ūkio produktų gamyboje, sandėliavime ir perdirbime
11. Pailginti maisto produktų, daržovių ir vaisių galiojimo laiką kontroliuojamoje atmosferoje (2-5 kartus).
12. Skintų gėlių laikymas 20 ir daugiau dienų anglies dvideginio atmosferoje.
13. Grūdų, makaronų, grūdų, džiovintų vaisių ir kitų maisto produktų laikymas anglies dvideginio atmosferoje, siekiant apsaugoti juos nuo vabzdžių ir graužikų padarytos žalos.
14. Vaisių ir uogų perdirbimui prieš sandėliavimą, kuris neleidžia vystytis grybeliniam ir bakteriniam puvimui.
15. Supjaustytas arba nesmulkintas daržoves prisotinti aukštu slėgiu, o tai pagerina skonį ("putojantis maistas") ir pailgina jų galiojimo laiką.
16. Gerinti augalų augimą ir didinti produktyvumą šiltnamiuose.
Šiandien Rusijos daržovių ir gėlininkystės ūkiuose aktuali augalų tręšimo anglies dioksidu šiltnamiuose problema. CO2 trūkumas yra rimtesnė problema nei mineralinių maistinių medžiagų trūkumas. Vidutiniškai augalas iš vandens ir anglies dioksido susintetina 94% sausųjų medžiagų masės, likusieji 6% gaunami iš mineralinių trąšų! Mažas anglies dioksido kiekis dabar yra veiksnys, ribojantis derlių (pirmiausia mažo tūrio pasėliuose). 1 ha šiltnamio ore yra apie 20 kg CO2. Esant didžiausiam šviesos lygiui pavasario ir vasaros mėnesiais, fotosintezės metu agurkų augalai sunaudoja CO2 iki 50 kg · h / ha (t. y. iki 700 kg / ha CO2 per dienos šviesą). Susidariusį deficitą tik iš dalies padengia atmosferos oro srautas per skersines ir nesandarumas atitvarinėse konstrukcijose, taip pat naktinis augalų kvėpavimas. Gruntiniuose šiltnamiuose papildomas anglies dvideginio šaltinis yra mėšlu, durpėmis, šiaudais ar pjuvenomis užpildyta žemė. Šiltnamio oro praturtinimo anglies dioksidu poveikis priklauso nuo šių organinių medžiagų, kurios mikrobiologiškai skaidosi, kiekio ir rūšies. Pavyzdžiui, tręšiant mineralinėmis trąšomis sudrėkintas pjuvenas, anglies dioksido lygis iš pradžių gali pasiekti aukštas reikšmes naktį, o dieną su uždaromis skersinėmis. Tačiau apskritai šis efektas nėra pakankamai didelis ir patenkina tik dalį augalų poreikių. Pagrindinis biologinių šaltinių trūkumas yra trumpa anglies dioksido koncentracijos padidėjimo iki norimo lygio trukmė, taip pat negalėjimas reguliuoti šėrimo proceso. Dažnai dirvožemio šiltnamiuose saulėtomis dienomis, esant nepakankamam oro mainams, CO2 kiekis dėl intensyvaus augalų įsisavinimo gali nukristi žemiau 0,01% ir fotosintezė praktiškai sustoja! CO2 trūkumas tampa pagrindiniu veiksniu, ribojančiu angliavandenių asimiliaciją ir atitinkamai augalų augimą bei vystymąsi. Trūkumas gali būti visiškai padengtas tik naudojant techninius anglies dioksido šaltinius.
17. Mikrodumblių auginimas gyvuliams. Vandenį prisotinus anglies dioksidu autonominiuose dumblių auginimo įrenginiuose, dumblių susidarymo norma žymiai padidėja (4-6 kartus).
18. Gerinti siloso kokybę. Silosuojant sultingus pašarus, dirbtinis CO2 įvedimas į augalų masę neleidžia prasiskverbti deguoniui iš oro, o tai prisideda prie aukštos kokybės produkto su palankiu organinių rūgščių santykiu ir padidintu karotino bei virškinamų baltymų kiekiu susidarymo. .
19. Saugiam maisto ir ne maisto produktų dezinfekcijai. Atmosfera, kurioje anglies dioksido yra daugiau nei 60 %, per 1-10 dienų (priklausomai nuo temperatūros) sunaikina ne tik suaugusius vabzdžius, bet ir jų lervas bei kiaušinėlius. Ši technologija taikoma produktams, kuriuose surišto vandens kiekis yra iki 20%, pavyzdžiui, grūdams, ryžiams, grybams, džiovintiems vaisiams, riešutams ir kakavai, kombinuotiesiems pašarams ir kt.
20. Visiškam pelių graužikų naikinimui trumpalaikiu užpildymu dujų angomis, saugyklomis, kameromis (pakankama 30 % anglies dioksido koncentracija).
21. Gyvūnų pašarų anaerobinei pasterizacijai, sumaišyti su vandens garais ne aukštesnėje kaip 83 laipsnių C temperatūroje - kaip granuliavimo ir ekstruzijos pakaitalas, nereikalaujantis didelių energijos sąnaudų.
22. Naminių paukščių ir smulkių gyvulių (kiaulių, veršelių, avių) eutanazijai prieš skerdimą. Žuvies anestezijai transportavimo metu.
23. Bičių ir kamanių motinėlių anestezijai, siekiant paspartinti kiaušinių dėjimo pradžią.
24. Viščiukams prisotinti geriamąjį vandenį, kuris žymiai sumažina neigiamą aukštų vasaros temperatūrų poveikį naminiams paukščiams, padeda sutirštinti kiaušinio lukštą ir sustiprinti skeletą.
25. Fungicidų ir herbicidų darbiniams tirpalams prisotinti geresniam vaistų veikimui. Šis metodas leidžia sumažinti tirpalo suvartojimą 20-30%.Medicinoje
26. a) sumaišytas su deguonimi kaip kvėpavimo stimuliatorius (5 % koncentracijos);
b) sausoms gazuotoms vonioms (15-30 proc. koncentracijos), siekiant sumažinti kraujospūdį ir pagerinti kraujotaką.
27. Krioterapija dermatologijoje, sausos ir vandens anglies dvideginio vonios balneoterapijoje, kvėpavimo mišiniai chirurgijoje.Chemijos ir popieriaus pramonėje
28. Sodos, amonio druskų (naudojamos kaip trąšos augalininkystėje, priedai atrajotojams pašarams, vietoj mielių kepykloje ir miltiniuose konditerijos gaminiuose), švino baltumo, karbamido, hidroksikarboksirūgštys gamybai. Metanolio ir formaldehido katalizinei sintezei.
29. Šarminėms nuotekoms neutralizuoti. Dėl savaiminio buferinio tirpalo poveikio, tiksliai kontroliuojant pH, išvengiama įrangos ir nuotekų vamzdžių korozijos, nesusidaro toksiški šalutiniai produktai.
30. Gaminant popierių, skirtą plaušienos perdirbimui po šarminio balinimo (padidina proceso efektyvumą 15%).
31. Padidinti derlių ir pagerinti celiuliozės fizines ir mechanines savybes bei balinamumą verdant medieną deguonimi-sodoje.
32. Šilumokaičiams valyti nuo apnašų ir užkirsti kelią jo susidarymui (hidrodinaminių ir cheminių metodų derinys).Statybose ir kitose pramonės šakose
33. Greitam cheminiam plieno ir geležies liejimo formų kietėjimui. Anglies dioksido tiekimas į liejimo formas pagreitina jų kietėjimą 20-25 kartus, lyginant su džiovinimu karštyje.
34. Kaip pūtimo dujos porėto plastiko gamyboje.
35. Ugniai atsparioms plytoms sutvirtinti.
36. Suvirinti pusautomačius remontuojant keleivinių ir lengvųjų transporto priemonių kėbulus, remontuojant sunkvežimių ir vilkikų kabinas bei suvirinant gaminius iš plono lakštinio plieno.
37. Gaminant suvirintas konstrukcijas su automatiniu ir pusiau automatiniu elektriniu suvirinimu anglies dvideginio, kaip apsauginių dujų, aplinkoje. Lyginant su suvirinimu lazdele, padidėja darbo patogumas, našumas padidėja 2-4 kartus, 1 kg nusodinto metalo sąnaudos CO2 aplinkoje yra daugiau nei du kartus mažesnės nei rankinis lankinis suvirinimas.
38. Kaip apsauginė terpė mišiniuose su inertinėmis ir tauriosiomis dujomis automatizuotai suvirinant ir pjaustant metalą, dėl ko gaunamos labai aukštos kokybės suvirinimo siūlės.
39. Gesintuvų, gaisro gesinimo priemonių įkrovimas ir papildymas. Gaisro gesinimo sistemose, gesintuvams užpildyti.
40. Dujinių balionų ginklų ir sifonų įkrovimo skardinės.
41. Kaip purškiamos dujos aerozolių balionėliuose.
42. Papildyti sporto inventorių (kamuoliais, kamuoliais ir kt.).
43. Kaip aktyvioji terpė medicininiuose ir pramoniniuose lazeriuose.
44. Tiksliam prietaiso kalibravimui.Kasybos pramonėje
45. Anglies masyvo minkštinimui išgaunant anglį uolienų sprogimui pavojingose siūlėse.
46. Sprogdinimo darbams be liepsnos susidarymo.
47. Naftos gavybos efektyvumo didinimas į naftos rezervuarus įpilant anglies dvideginio.Skystos būsenos (žemos temperatūros anglies dioksidas)
Maisto pramonėje
1. Greitam užšaldymui, iki -18 laipsnių C ir žemesnės temperatūros, maisto produktai kontaktiniuose šaldikliuose. Kartu su skystuoju azotu, įvairių rūšių maisto produktų tiesioginiam kontaktiniam šaldymui labiausiai tinka skystas anglies dioksidas. Kaip kontaktinis šaltnešis, jis patrauklus dėl mažos kainos, cheminio pasyvumo ir terminio stabilumo, nerūdija metalinių mazgų, nėra degus ir nepavojingas personalui. Į konvejerio juostą judantį gaminį iš purkštukų tam tikromis porcijomis tiekiamas skystas anglies dioksidas, kuris esant atmosferos slėgiui akimirksniu virsta sauso sniego ir šalto anglies dvideginio mišiniu, o ventiliatoriai nuolat maišo dujų mišinį aparato viduje. , kuris iš principo gali atvėsinti gaminį nuo +20 laipsnių.Iki -78,5 laipsnių C per kelias minutes. Kontaktinių šaldiklių naudojimas turi keletą esminių pranašumų, palyginti su tradicine šaldymo technologija:
· Šaldymo laikas sumažinamas iki 5-30 minučių; fermentinis aktyvumas produkte greitai nutrūksta;
· Produkto audinių ir ląstelių struktūra yra gerai išsaugota, nes ledo kristalai susidaro daug mažesnių dydžių ir beveik vienu metu susidaro ląstelėse ir audinių tarpląstelinėje erdvėje;
· Lėtai šaldant gaminyje atsiranda bakterijų gyvybinės veiklos pėdsakų, o šaldant šokiniu būdu, jie tiesiog nespėja vystytis;
· Produkto svorio mažėjimas dėl susitraukimo yra tik 0,3-1% (palyginti su 3-6%);
· Lakios vertingos aromatinės medžiagos bus išsaugotos daug didesniais kiekiais. Palyginti su užšaldymu skystu azotu, užšaldant anglies dioksidu:
Dėl per didelio temperatūrų skirtumo tarp paviršiaus ir šaldyto produkto šerdies gaminio įtrūkimų nepastebėta
· Šaldant CO2 prasiskverbia į gaminį ir atitirpinant apsaugo jį nuo oksidacijos ir mikroorganizmų vystymosi. Vaisiai ir daržovės, greitai užšaldomi ir pakuojami vietoje, geriausiai išlaiko savo skonį ir maistinę vertę, visus vitaminus ir biologiškai aktyvias medžiagas, todėl juos galima plačiai panaudoti gaminant produktus kūdikių ir dietiniam maistui. Svarbu, kad nestandartiniai vaisių ir daržovių produktai būtų sėkmingai naudojami brangiems šaldytiems mišiniams ruošti. Greitieji šaldikliai su skystu anglies dioksidu yra kompaktiški, paprastos konstrukcijos ir nebrangūs (jei netoliese yra pigaus skysto anglies dioksido šaltinis). Yra mobiliųjų ir stacionarių versijų, spiralinių, tunelinių ir spintelių, kurios domina žemės ūkio gamintojus ir produkcijos perdirbėjus. Jie ypač patogūs, kai gamyboje reikia šaldyti įvairius maisto produktus ir žaliavas įvairiomis temperatūros sąlygomis (-10 ... -70 laipsnių C). Greitai užšaldytą maistą galima džiovinti aukštame vakuume – džiovinimas šalčiu. Taip išdžiovinti produktai yra kokybiški: išlaiko visas maistines medžiagas, turi padidintą regeneracinį pajėgumą, šiek tiek susitraukia, porėtos struktūros, išlaiko natūralią spalvą. Liofilizuoti produktai yra 10 kartų lengvesni už originalius dėl vandens pašalinimo iš jų, sandariuose maišeliuose išsilaiko labai ilgai (ypač užpildant maišelius anglies dvideginiu) ir gali būti pigiai pristatyti į atokiausius srityse.
2. Greitam supakuotų ir nesupakuotų šviežių maisto produktų atvėsinimui iki + 2 ... + 6 laipsnių C. Instaliacijų, kurių veikimas panašus į šaldymo kamerų, pagalba: įpurškus skystą anglies dvideginį susidaro mažiausias sausas sniegas, su kuriuo tam tikrą laiką apdorojamas produktas. Sausas sniegas yra efektyvi priemonė greitai sumažinti temperatūrą, kuri neišsausina gaminio, kaip vėsinant oru, ir nepadidina jo drėgmės, kaip atsitinka aušinant vandens ledu. Sauso sniego aušinimas užtikrina reikiamą temperatūros sumažinimą vos per kelias minutes, o ne valandas, kaip naudojant įprastą aušinimą. Natūrali gaminio spalva išsaugoma ir net pagerėjo dėl nežymios CO2 difuzijos į vidų. Tuo pačiu metu žymiai pailgėja produktų galiojimo laikas, nes CO2 stabdo tiek aerobinių, tiek anaerobinių bakterijų ir pelėsių vystymąsi. Patogu ir apsimoka šaldyti paukštieną (supjaustytą ar skerdenose), porcijomis, dešreles, pusgaminius. Įrenginiai taip pat naudojami ten, kur technologija reikalauja greito gaminio aušinimo formuojant, presuojant, išspaudžiant, šlifuojant ar pjaustant arba prieš tai. Šio tipo prietaisus taip pat labai patogu naudoti paukštynuose, kuriuose yra itin greitas aušinimas nuo 42,7 laipsnių C iki 4,4-7,2 laipsnių C nuo ką tik padėtų vištų kiaušinių.
3. Uogų lupimui šaldant.
4. Galvijų ir kiaulių spermai ir embrionams užšaldyti.Šaldymo pramonėje
5. Naudoti kaip alternatyvų šaltnešį šaldymo įrenginiuose. Anglies dioksidas gali būti veiksmingas šaltnešis, nes jo kritinė temperatūra yra žema (31,1 °C), santykinai aukšta trigubo taško temperatūra (-56 °C), aukštas slėgis trigubame taške (0,5 MPa) ir aukštas kritinis slėgis (7,39). MPa). Kaip šaltnešis, jis turi šiuos privalumus:
· Labai maža kaina, lyginant su kitais šaltnešiais;
· Netoksiškas, nedegus ir nesprogus;
· Suderinamas su visomis elektros izoliacinėmis ir statybinėmis medžiagomis;
· Neardo ozono sluoksnio;
· Palyginti su šiuolaikiniais halogenintais šaltnešiais, prisideda prie šiltnamio efekto didinimo saikingai. Aukštas kritinis slėgis turi teigiamą aspektą, susijusį su mažu suspaudimo laipsniu, dėl kurio kompresoriaus efektyvumas tampa reikšmingas, o tai leidžia naudoti kompaktiškus ir nebrangius šaldymo agregatų konstrukcinius sprendimus. Tuo pačiu reikalingas papildomas kondensatoriaus elektros variklio aušinimas, didėja šaldymo įrenginio metalo sąnaudos dėl vamzdžių ir sienų storio padidėjimo. Daug žada naudoti CO2 žemos temperatūros dviejų pakopų įrenginiuose, skirtuose pramoniniam ir pusiau pramoniniam naudojimui, ypač automobilių ir traukinių oro kondicionavimo sistemose.
6. Didelio našumo šaldytam minkštų, termoplastinių ir elastingų gaminių ir medžiagų šlifavimui. Kriogeniniuose malūnuose produktai ir medžiagos, kurių negalima sumalti įprastu pavidalu, pvz., želatina, guma ir guma, bet kokie polimerai, padangos, užšaldomi greitai ir naudojant mažai energijos. Šaltasis malimas sausoje, inertinėje atmosferoje reikalingas visiems prieskoniams, kakavos ir kavos pupelėms.
7. Techninių sistemų testavimui žemoje temperatūroje.Metalurgijoje
8. Sunkiai apdirbamiems lydiniams aušinti apdirbant tekinimo staklėmis.
9. Sukurti izoliacinę aplinką vario, nikelio, cinko ir švino lydymosi arba išsiliejimo dūmams slopinti.
10. Atkaitinant kietą vario laidą kabelių gaminiams.Gavybos pramonėje
11. Kaip silpnai sprogstantis sprogmuo anglies kasyboje, dėl kurio sprogimo metu neužsidega metanas ir anglies dulkės, neišskiria nuodingų dujų.
12. Gaisrų ir sprogimų prevencija iš konteinerių ir kasyklų su sprogiais garais ir dujomis išstumiant orą anglies dioksidu.Superkritiškas
Ekstrahavimo procesuose
1. Aromatinių medžiagų surinkimas iš vaisių ir uogų sulčių, augalų ir vaistinių žolelių ekstraktų gavimas naudojant skystą anglies dioksidą. Tradiciniuose augalinių ir gyvulinių žaliavų gavybos metoduose naudojami įvairūs organiniai tirpikliai, kurie yra siaurai specifiniai ir retai užtikrina pilno biologiškai aktyvių junginių komplekso išskyrimą iš žaliavos. Be to, tokiu atveju visada iškyla likutinio tirpiklio atskyrimo nuo ekstrakto problema, o dėl šio proceso technologinių parametrų kai kurie ekstrakto komponentai gali būti iš dalies ar net visiškai sunaikinti, o tai lemia ne tik ekstrakto sudėties pokyčius. sudėtį, bet ir izoliuoto ekstrakto savybes. Palyginti su tradiciniais metodais, ekstrahavimo procesai (taip pat ir frakcionavimas bei impregnavimas), naudojant superkritinį anglies dioksidą, turi daug privalumų:
· Energiją taupantis proceso pobūdis;
· Didelio masės perdavimo proceso charakteristika dėl mažo klampumo ir didelės tirpiklio įsiskverbimo galios;
· Aukštas atitinkamų komponentų ekstrahavimo laipsnis ir aukšta gaunamo produkto kokybė;
· Praktinis СО2 nebuvimas gatavuose gaminiuose;
· Inertinė tirpioji terpė naudojama esant temperatūros režimui, kuris nekelia grėsmės medžiagų terminiam skilimui;
· Proceso metu nesusidaro nuotekos ir tirpiklių atliekos, po dekompresijos CO2 gali būti surenkamas ir panaudojamas pakartotinai;
· Užtikrinamas unikalus gautų produktų mikrobiologinis grynumas;
· Sudėtingos įrangos ir daugiapakopio proceso trūkumas;
· Naudojamas pigus, netoksiškas ir nedegus tirpiklis. Anglies dioksido selektyvinės ir ekstrahavimo savybės gali skirtis plačiame diapazone, kintant temperatūrai ir slėgiui, todėl iš augalinių medžiagų žemoje temperatūroje galima išgauti didžiąją iki šiol žinomo biologiškai aktyvių junginių spektro dalį.
2. Gauti vertingus natūralius produktus - aromatinių medžiagų CO2 ekstraktus, eterinius aliejus ir biologiškai aktyvias medžiagas. Ekstraktas praktiškai kopijuoja originalią augalinę medžiagą, nes pagal jį sudarančių medžiagų koncentraciją galima teigti, kad tarp klasikinių ekstraktų nėra analogų. Chromatografinės analizės duomenys rodo, kad vertingųjų medžiagų kiekis dešimtis kartų viršija klasikinius ekstraktus. Mes įvaldėme gamybą pramoniniu mastu:
· Prieskonių ir vaistinių žolelių ekstraktai;
· Vaisių aromatai;
· Apynių ekstraktai ir rūgštys;
Antioksidantai, karotinoidai ir likopenai (įskaitant iš pomidorų žaliavos);
· Natūralūs dažikliai (iš raudonųjų pipirų ir kitų vaisių);
· Vilnos lanolinas;
· Natūralūs augaliniai vaškai;
· Šaltalankių aliejai.
3. Labai rafinuotiems eteriniams aliejams, ypač iš citrusinių vaisių, išskirti. Ekstrahuojant eterinius aliejus su superkritiniu CO2, taip pat sėkmingai išgaunamos labai lakios frakcijos, kurios suteikia šiems aliejams fiksuojamųjų savybių bei pilnesnį aromatą.
4. Iš arbatos ir kavos pašalinti kofeiną, iš tabako – nikotiną.
5. Pašalinti cholesterolį iš maisto (mėsos, pieno produktų ir kiaušinių).
6. Neriebiems bulvių traškučiams ir sojos produktams gaminti;
7. Aukštos kokybės tabako su pageidaujamomis technologinėmis savybėmis gamybai.
8. Drabužių sausam valymui.
9. Pašalinti urano junginius ir transuraninius elementus iš radioaktyviai užteršto grunto ir metalinių kūnų paviršių. Tuo pačiu metu vandens atliekų kiekis sumažėja šimtus kartų ir nereikia naudoti agresyvių organinių tirpiklių.
10. Už aplinką tausojančią mikroelektronikos spausdintinių plokščių ėsdinimo technologiją, nesusidarant toksiškų skystų atliekų.Frakcionavimo procesuose
Skystos medžiagos atskyrimas nuo tirpalo arba skystų medžiagų mišinio atskyrimas vadinamas frakcionavimu. Šie procesai yra nuolatiniai ir todėl daug efektyvesni nei medžiagų išsiskyrimas iš kietų substratų.
11. Aliejams ir riebalams rafinuoti ir dezodoruoti. Norint gauti prekinį aliejų, būtina atlikti daugybę priemonių, tokių kaip lecitino, gleivių, rūgščių pašalinimas, balinimas, dezodoravimas ir kt. Ekstrahuojant superkritiniu CO2, šie procesai atliekami per vieną technologinį ciklą, o gaunamos alyvos kokybė šiuo atveju yra daug geresnė, nes procesas vyksta santykinai žemoje temperatūroje.
12. Mažinti alkoholio kiekį gėrimuose. Nealkoholinių tradicinių gėrimų (vyno, alaus, sidro) gamyba didėja dėl etinių, religinių ar dietinių priežasčių. Nors šie nealkoholiniai gėrimai dažnai yra prastesnės kokybės, rinka yra didelė ir sparčiai auga, todėl tokios technologijos tobulinimas yra labai patrauklus klausimas.
13. Energiją taupančiam didelio grynumo glicerino gamybai.
14. Energiją taupančiam lecetino gamybai iš sojų aliejaus (kuriame fosfatidilcholino kiekis apie 95%).
15. Pramoninių nuotekų tekėjimui valyti nuo angliavandenilių teršalų.Impregnavimo procesuose
Impregnavimo procesas – naujų medžiagų įvedimas iš esmės yra atvirkštinis ekstrahavimo procesas. Reikalinga medžiaga ištirpsta superkritiniame CO2, tada tirpalas prasiskverbia į kietą substratą, kai išsiskiria slėgis, anglies dioksidas akimirksniu išgaruoja, o medžiaga lieka substrate.
16. Už aplinką tausojančią pluoštų, audinių ir tekstilės priedų dažymo technologiją. Dažymas yra ypatingas impregnavimo atvejis. Dažai dažniausiai ištirpinami toksiškame organiniame tirpiklyje, todėl dažytos medžiagos turi būti kruopščiai nuplaunamos, nes tai arba išgarina tirpiklį į atmosferą, arba patenka į nuotekas. Superkritiniam dažymui nenaudojamas vanduo ir tirpikliai, dažai ištirpinami superkritiniame CO2. Šis metodas suteikia įdomią galimybę vienu metu dažyti įvairių tipų sintetines medžiagas, tokias kaip plastikiniai strypai ir medžiaginis užtrauktuko pamušalas.
17. Aplinkai nekenksminga technologija, dažymas. Sausi dažai ištirpsta superkritinio CO2 sraute ir kartu su juo išskrenda iš specialaus ginklo antgalio. Anglies dioksidas iš karto išgaruoja ir dažai nusėda ant paviršiaus. Ši technologija ypač perspektyvi dažant automobilius ir dideles transporto priemones.
18. Polimerinių struktūrų homogenizuotam impregnavimui vaistais, taip užtikrinant pastovų ir ilgalaikį vaistų išsiskyrimą organizme. Ši technologija pagrįsta superkritinio CO2 gebėjimu lengvai prasiskverbti į daugelį polimerų, juos prisotinti, todėl mikroporos atsiveria ir išsipučia.Technologiniuose procesuose
19. Aukštos temperatūros vandens garų pakeitimas superkritiniu CO2 ekstruzijos procesuose, apdorojant grūdines žaliavas, leidžia naudoti santykinai žemą temperatūrą, į kompoziciją įterpti pieno ingredientų ir bet kokių karščiui jautrių priedų. Superkritinė skysčio ekstruzija leidžia sukurti naujus gaminius su itin porėta vidine struktūra ir lygiu, tankiu paviršiumi.
20. Polimerų ir riebalų milteliams gauti. Superkritinio CO2 čiurkšlė su jame ištirpusiais kai kuriais polimerais ar riebalais įpurškiama į žemesnio slėgio kamerą, kurioje jie „kondensuoja“ visiškai vienalyčių smulkiai išsklaidytų miltelių, smulkiausių pluoštų ar plėvelių pavidalu.
21. Paruošti žalumynus ir vaisius džiovinti, pašalinant odelių vaško sluoksnį superkritinio CO2 srove.Vykdant chemines reakcijas
22. Perspektyvi superkritinio CO2 panaudojimo sritis yra jo, kaip inertinės terpės, naudojimas vykstant cheminėms polimerizacijos ir sintezės reakcijoms. Superkritinėje aplinkoje sintezė gali vykti tūkstantį kartų greičiau nei tų pačių medžiagų sintezė tradiciniuose reaktoriuose. Pramonei labai svarbu, kad toks reikšmingas reakcijos greičio pagreitis dėl didelės reagentų koncentracijos superkritinėje terpėje, pasižyminčioje mažu klampumu ir didele difuzine talpa, leistų atitinkamai sutrumpinti reagentų sąlyčio laiką. Technologiniu požiūriu tai leidžia pakeisti statinius uždarojo ciklo reaktorius pratekėjimo reaktoriais, iš esmės mažesnio dydžio, pigesniais ir saugesniais.
Šiluminiuose procesuose
23. Kaip darbinis skystis šiuolaikinėms elektrinėms.
24. Kaip darbinė terpė dujiniams šilumos siurbliams, gaminantiems aukštos temperatūros šilumą karšto vandens tiekimo sistemoms.Kietas (sausas ledas ir sniegas)
Maisto pramonėje
1. Kontaktiniam mėsos ir žuvies užšaldymui.
2. Kontaktiniam greitam uogų (raudonųjų ir juodųjų serbentų, agrastų, aviečių, aronijų ir kitų) užšaldymui.
3. Prekyba ledais ir gaiviaisiais gėrimais nuo elektros tinklo nutolusiose vietose, su sauso ledo aušinimu.
4. Šaldytų ir atšaldytų maisto produktų sandėliavimo, transportavimo ir realizavimo metu. Plėtojama briketuoto ir granuliuoto sauso ledo gamyba greitai gendančių produktų pirkėjams ir pardavėjams. Sausas ledas labai patogus transportuojant ir parduodant mėsą, žuvį, ledus karštu oru – produktai labai ilgai išlieka sušalę. Kadangi sausas ledas tik išgaruoja (sublimuoja), nėra ištirpusio skysčio, o transportavimo konteineriai visada išlieka švarūs. Automatiniuose šaldytuvuose gali būti sumontuota mažo dydžio sausojo ledo aušinimo sistema, kuri pasižymi ypatingu įrenginio paprastumu ir dideliu veikimo patikimumu; jo kaina yra daug kartų mažesnė už bet kurio klasikinio šaldymo įrenginio kainą. Ši aušinimo sistema yra ekonomiškiausia vežant nedideliais atstumais.
5. Išankstiniam konteinerių atšaldymui prieš pakraunant produktus. Sauso sniego valymas šaltu anglies dioksidu yra vienas iš efektyviausių būdų iš anksto atvėsinti bet kokį konteinerį.
6. Oro transportavimui kaip pirminis šaltnešis izoterminiuose konteineriuose su autonomine dviejų pakopų šaldymo sistema (granuliuotas sausas ledas – freonas).Valant paviršius
8. Detalių ir mazgų, variklių valymas nuo užteršimo valymo įrenginiais naudojant sauso ledo granules dujų sraute.Montelių ir detalių paviršių valymui nuo eksploatacinio užteršimo. Pastaruoju metu labai paklausa neabrazyvinis greitas medžiagų, sausų ir šlapių paviršių valymas smulkiai granuliuoto sauso ledo srove (pūtimas pūtimu). Neišardydami vienetų galite sėkmingai atlikti:
· Suvirinimo linijų valymas;
· Senų dažų pašalinimas;
· Liejimo formų valymas;
· Spausdinimo mašinų blokų valymas;
· Maisto pramonės įrenginių valymas;
· Poliuretano putų gaminių gamybos formų valymas.
· Automobilių padangų ir kitų gumos gaminių gamybos formų valymas;
· Plastikinių gaminių gamybos formų valymas, įskaitant formų, skirtų PET butelių gamybai, valymą; Kai sauso ledo granulės atsitrenkia į paviršių, jos akimirksniu išgaruoja, sukurdamos mikrosprogimą, kuris nuplėšia nuo paviršiaus užteršimą. Pašalinus trapią medžiagą, pvz., dažus, tarp dangos ir pagrindo susidaro slėgio banga. Ši banga yra pakankamai stipri, kad būtų galima nuimti dangtelį pakeliant jį iš vidaus. Pašalinant klampias ar klampias medžiagas, tokias kaip aliejus ar nešvarumai, valymo procesas yra panašus į skalavimą stipria vandens srove.
7. Guminių ir plastikinių štampuotų gaminių šlifavimui (vartymui).Statybos darbų metu
9. Gaminant porėtas statybines medžiagas su tokio pat dydžio anglies dioksido burbuliukais, tolygiai paskirstytais visame medžiagos tūryje.
10. Žemės užšaldymui statybos metu.
11. Ledo kamščių montavimas vamzdžiuose su vandeniu (užšaldant juos lauke sausu ledu), vamzdynų remonto darbų laikui nenuleidžiant vandens.
12. Arteziniams šuliniams valyti.
13. Šalinant asfalto dangas karštu oru.Kitose pramonės šakose
14. Žemos temperatūros iki minus 100 laipsnių (maišant sausą ledą su eteriu) gavimas gaminių kokybei tikrinti, laboratoriniams darbams.
15. Šaltam dalių montavimui mechaninėje inžinerijoje.
16. Gaminant plastikinius legiruotojo ir nerūdijančio plieno markes, atkaitintus aliuminio lydinius.
17. Smulkinant, malant ir konservuojant kalcio karbidą.
18. Sukurti dirbtinį lietų ir gauti papildomų kritulių.
19. Dirbtinis debesų ir rūko sklaidymas, kova su kruša.
20. Už nekenksmingų dūmų susidarymą pasirodymų ir koncertų metu. Dūmų efekto išgavimas, scenoje menininkų pasirodymų metu, naudojant sausą ledą.Medicinoje
21. Tam tikrų odos ligų gydymui (krioterapija).
APIBRĖŽIMAS
Anglies dioksidas(anglies dioksidas, anglies anhidridas, anglies dioksidas) – anglies monoksidas (IV).
Formulė – CO 2. Molinė masė yra 44 g / mol.
Anglies dioksido cheminės savybės
Anglies dioksidas priklauso rūgščių oksidų klasei, t.y. sąveikaudamas su vandeniu, susidaro rūgštis, vadinama anglies rūgštimi. Anglies rūgštis yra chemiškai nestabili ir susidarymo momentu iš karto suyra į savo sudedamąsias dalis, t.y. anglies dioksido ir vandens sąveikos reakcija yra grįžtama:
CO 2 + H 2 O ↔ CO 2 × H 2 O (tirpalas) ↔ H 2 CO 3.
Kaitinamas anglies dioksidas skyla į anglies monoksidą ir deguonį:
2CO 2 = 2CO + O 2.
Kaip ir visiems rūgštiniams oksidams, anglies dioksidui būdingos sąveikos reakcijos su baziniais oksidais (sudaro tik aktyvūs metalai) ir bazėmis:
CaO + CO 2 = CaCO 3;
Al 2 O 3 + 3CO 2 = Al 2 (CO 3) 3;
CO 2 + NaOH (atskiestas) = NaHCO 3;
CO 2 + 2NaOH (konc.) = Na 2 CO 3 + H 2 O.
Anglies dioksidas nepalaiko degimo, jame dega tik aktyvūs metalai:
CO 2 + 2Mg = C + 2MgO (t);
CO 2 + 2Ca = C + 2CaO (t).
Anglies dioksidas reaguoja su paprastomis medžiagomis, tokiomis kaip vandenilis ir anglis:
CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O (t, kat = Cu2O);
CO 2 + C = 2CO (t).
Kai anglies dioksidas sąveikauja su aktyviais metalų peroksidais, susidaro karbonatai ir išsiskiria deguonis:
2CO 2 + 2Na 2 O 2 = 2Na 2 CO 3 + O 2.
Kokybinė reakcija į anglies dioksidą – tai jo sąveikos su kalkių vandeniu (pienu) reakcija, t.y. su kalcio hidroksidu, kuriame susidaro baltos nuosėdos - kalcio karbonatas:
CO 2 + Ca (OH) 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O.
Anglies dioksido fizinės savybės
Anglies dioksidas yra bespalvė ir bekvapė dujinė medžiaga. Sunkesnis už orą. Termiškai stabilus. Suspaustas ir atvėsęs lengvai pereina į skystą ir kietą būseną. Kietos agregacijos būsenos anglies dioksidas vadinamas „sausuoju ledu“ ir lengvai sublimuoja kambario temperatūroje. Anglies dioksidas blogai tirpsta vandenyje, dalinai su juo reaguoja. Tankis - 1,977 g / l.
Anglies dioksido gavimas ir naudojimas
Yra pramoniniai ir laboratoriniai anglies dioksido gamybos metodai. Taigi, pramonėje jis gaunamas kalcinuojant kalkakmenį (1), o laboratorijoje - veikiant stiprioms rūgštims anglies rūgšties druskas (2):
CaCO 3 = CaO + CO 2 (t) (1);
CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + CO 2 + H 2 O (2).
Anglies dioksidas naudojamas maisto (limonado karbonizavimo), chemijos (temperatūros kontrolė gaminant sintetinius pluoštus), metalurgijos (aplinkos apsauga, pavyzdžiui, rudųjų dujų nusodinimas) ir kitose pramonės šakose.
Problemų sprendimo pavyzdžiai
1 PAVYZDYS
Pratimas Koks anglies dioksido tūris išsiskirs, kai 90 g kalcio karbonato, kuriame yra 8% rūgštyje netirpių priemaišų, užtepus 200 g 10% azoto rūgšties tirpalo? Sprendimas Azoto rūgšties ir kalcio karbonato molinės masės, apskaičiuotos naudojant D.I. cheminių elementų lentelę. Mendelejevas - atitinkamai 63 ir 100 g / mol. Parašykime kalkakmenio ištirpimo azoto rūgštyje lygtį:
CaCO 3 + 2HNO 3 → Ca (NO 3) 2 + CO 2 + H 2 O.
ω (CaCO 3) cl = 100% - ω priemaiša = 100% - 8% = 92% = 0,92.
Tada gryno kalcio karbonato masė:
m (CaCO 3) cl = m kalkakmenis × ω (CaCO 3) cl / 100 %;
m (CaCO 3) cl = 90 × 92/100% = 82,8 g.
Kalcio karbonato medžiagos kiekis yra:
n (CaCO 3) = m (CaCO 3) cl / M (CaCO 3);
n (CaCO 3) = 82,8 / 100 = 0,83 mol.
Azoto rūgšties masė tirpale bus lygi:
m (HNO 3) = m (HNO 3) tirpalas × ω (HNO 3) / 100 %;
m (HNO 3) = 200 × 10/100% = 20 g.
Kalcio azoto rūgšties kiekis yra lygus:
n (HNO3) = m (HNO3) / M (HNO3);
n (HNO3) = 20/63 = 0,32 mol.
Lygindami į reakciją patekusių medžiagų kiekius, nustatome, kad azoto rūgšties trūksta, todėl atliekame tolesnius azoto rūgšties skaičiavimus. Pagal reakcijos lygtį n (HNO 3): n (CO 2) = 2: 1, todėl n (CO 2) = 1/2 × n (HNO 3) = 0,16 mol. Tada anglies dioksido tūris bus lygus:
V (CO 2) = n (CO 2) × V m;
V (CO 2) = 0,16 × 22,4 = 3,58 g.
Atsakymas Anglies dioksido tūris yra 3,58 g.
