, dioxid de carbon , proprietăți ale dioxidului de carbon , producție de dioxid de carbon
Nu este potrivit pentru susținerea vieții. Cu toate acestea, plantele se „hrănesc” cu el, transformându-l în materie organică. În plus, este un fel de „pătură” a Pământului. Dacă acest gaz dispare brusc din atmosferă, Pământul va deveni mult mai rece, iar ploile practic vor dispărea.
„Pătura pământului”
(dioxid de carbon, dioxid de carbon, CO 2) se formează prin combinarea a două elemente: carbon și oxigen. Se formează în timpul arderii cărbunelui sau compușilor de hidrocarburi, în timpul fermentației lichidelor și, de asemenea, ca produs al respirației oamenilor și animalelor. În cantități mici, se găsește și în atmosferă, de unde este asimilată de plante, care, la rândul lor, produc oxigen.
Dioxidul de carbon este incolor și mai greu decât aerul. Îngheață la -78,5°C pentru a forma zăpadă compusă din dioxid de carbon. Sub formă de soluție apoasă, formează acid carbonic, dar nu are suficientă stabilitate pentru a fi izolat ușor.
Dioxidul de carbon este „pătura” Pământului. Transmite cu ușurință razele ultraviolete care încălzesc planeta noastră și reflectă razele infraroșii emise de la suprafața sa în spațiul cosmic. Și dacă brusc dioxidul de carbon dispare din atmosferă, acesta va afecta în primul rând clima. Va deveni mult mai răcoare pe Pământ, va ploua foarte rar. La ce va duce acest lucru în cele din urmă nu este greu de ghicit.
Adevărat, o asemenea catastrofă încă nu ne amenință. Mai degrabă, dimpotrivă. Arderea materiei organice: petrol, cărbune, gaz natural, lemn - crește treptat conținutul de dioxid de carbon din atmosferă. Aceasta înseamnă că în timp este necesar să așteptăm o încălzire și umezire semnificativă a climei pământului. Apropo, vechii cred că deja este vizibil mai cald decât era în tinerețe...
Se eliberează dioxid de carbon lichid temperatură scăzută, lichid de înaltă presiuneși gazos. Se obține din gazele reziduale din producția de amoniac, alcooli, precum și pe baza arderii combustibililor speciali și a altor industrii. Dioxidul de carbon gazos este un gaz incolor și inodor la o temperatură de 20 ° C și o presiune de 101,3 kPa (760 mm Hg), densitate - 1,839 kg / m 3. Dioxidul de carbon lichid este pur și simplu un lichid incolor și inodor.
Non-toxic și non-exploziv. La concentrații de peste 5% (92 g/m 3 ), dioxidul de carbon are un efect dăunător asupra sănătății umane - este mai greu decât aerul și se poate acumula în încăperi slab ventilate de lângă podea. Acest lucru reduce fracția de volum a oxigenului din aer, ceea ce poate provoca fenomenul de deficiență de oxigen și sufocare.
Obține dioxid de carbon
În industrie, dioxidul de carbon este produs din gazele de cuptor, din produșii de descompunere ai carbonaților naturali(calcar, dolomit). Amestecul de gaze se spală cu o soluție de carbonat de potasiu, care absoarbe dioxidul de carbon, transformându-se în carbonat acid. Soluția de hidrocarbonat se descompune atunci când este încălzită, eliberând dioxid de carbon. În producția industrială, gazul este pompat în butelii.
În condiții de laborator se obțin cantități mici interacțiunea carbonaților și bicarbonaților cu acizii, cum ar fi marmura cu acid clorhidric.
„Gheață carbonică” și alte proprietăți benefice ale dioxidului de carbon
Dioxidul de carbon este utilizat pe scară largă în practica de zi cu zi. De exemplu, apă carbogazoasă cu adaos de esente aromatice - o bautura racoritoare minunata. V Industria alimentară dioxidul de carbon este folosit si ca conservant – este indicat pe ambalaj sub cod E290și, de asemenea, ca praf de copt.
Extinctoare cu dioxid de carbon folosit la incendii. Biochimiștii au descoperit că îngrășământ ... aer cu dioxid de carbon instrument foarte eficient pentru creșterea randamentului diferitelor culturi. Poate că un astfel de îngrășământ are un singur dezavantaj, dar semnificativ: poate fi folosit numai în sere. La fabricile care produc dioxid de carbon, gazul lichefiat este ambalat în butelii de oțel și trimis către consumatori. Dacă deschizi supapa, atunci... zăpada izbucnește din gaură cu un șuierat. Ce miracol
Totul este explicat simplu. Munca depusă la comprimarea gazului este mult mai mică decât cea necesară pentru a-l extinde. Și pentru a compensa cumva deficitul rezultat, dioxidul de carbon se răcește brusc, transformându-se în "gheata uscata". Este utilizat pe scară largă pentru conservarea alimentelor și are avantaje semnificative față de gheața obișnuită: în primul rând, „capacitatea sa de răcire” este de două ori mai mare pe unitate de greutate; în al doilea rând, se evaporă fără reziduuri.
Dioxidul de carbon este utilizat ca mediu activ în sudarea cu sarma, deoarece la temperatura arcului, dioxidul de carbon se descompune în monoxid de carbon CO și oxigen, care, la rândul său, interacționează cu metalul lichid, oxidându-l.
Dioxidul de carbon din recipiente este utilizat în pistol cu aer comprimat si ca sursa de energie pentru motoareîn aeromodelism.
YouTube enciclopedic
-
1 / 5
Monoxidul de carbon (IV) nu sprijină arderea. Doar unele metale active ard în el:
2 M g + C O 2 → 2 M g O + C (\displaystyle (\mathsf (2Mg+CO_(2)\rightarrow 2MgO+C)))Interacțiunea cu oxidul de metal activ:
C a O + C O 2 → C a C O 3 (\displaystyle (\mathsf (CaO+CO_(2)\rightarrow CaCO_(3))))Când este dizolvat în apă, formează acid carbonic:
C O 2 + H 2 O ⇄ H 2 C O 3 (\displaystyle (\mathsf (CO_(2)+H_(2)O\rightleftarrows H_(2)CO_(3))))Reacționează cu alcalii pentru a forma carbonați și bicarbonați:
C a (OH) 2 + CO 2 → C a CO 3 ↓ + H 2 O (\displaystyle (\mathsf (Ca(OH)_(2)+CO_(2))\rightarrow CaCO_(3)\downarrow +H_() 2)O)))(reacție calitativă la dioxid de carbon) K O H + C O 2 → K H C O 3 (\displaystyle (\mathsf (KOH+CO_(2)\rightarrow KHCO_(3))))Biologic
Corpul uman emite aproximativ 1 kg de dioxid de carbon pe zi.
Acest dioxid de carbon este transportat din țesuturi, unde se formează ca unul dintre produsele finale ale metabolismului, prin sistemul venos și apoi este excretat în aerul expirat prin plămâni. Astfel, conținutul de dioxid de carbon din sânge este ridicat în sistemul venos și scade în rețeaua capilară a plămânilor și scăzut în sângele arterial. Conținutul de dioxid de carbon dintr-o probă de sânge este adesea exprimat în termeni de presiune parțială, adică presiunea pe care dioxidul de carbon conținut într-o probă de sânge într-o anumită cantitate ar avea-o dacă doar dioxidul de carbon ar ocupa întregul volum al probei de sânge.
Dioxidul de carbon (CO 2 ) este transportat în sânge în trei moduri diferite (raportul exact al fiecăruia dintre aceste trei moduri de transport depinde dacă sângele este arterial sau venos).
Hemoglobina, principala proteină care transportă oxigenul a celulelor roșii din sânge, este capabilă să transporte atât oxigenul, cât și dioxidul de carbon. Cu toate acestea, dioxidul de carbon se leagă de hemoglobină într-un alt loc decât oxigenul. Se leagă de capetele N-terminale ale lanțurilor de globine, nu de hem. Cu toate acestea, din cauza efectelor alosterice, care duc la o modificare a configurației moleculei de hemoglobină la legare, legarea dioxidului de carbon reduce capacitatea oxigenului de a se lega de acesta, la o anumită presiune parțială a oxigenului și invers - legarea oxigenului de hemoglobină reduce capacitatea dioxidului de carbon de a se lega de acesta, la o anumită presiune parțială a dioxidului de carbon. În plus, capacitatea hemoglobinei de a se lega preferenţial de oxigen sau dioxid de carbon depinde, de asemenea, de pH-ul mediului. Aceste caracteristici sunt foarte importante pentru captarea și transportul cu succes al oxigenului de la plămâni la țesuturi și eliberarea cu succes a acestuia în țesuturi, precum și pentru captarea și transportul cu succes a dioxidului de carbon din țesuturi la plămâni și eliberarea lui acolo.
Dioxidul de carbon este unul dintre cei mai importanți mediatori ai autoreglării fluxului sanguin. Este un vasodilatator puternic. În consecință, dacă nivelul de dioxid de carbon din țesut sau din sânge crește (de exemplu, din cauza metabolismului intens - cauzat, de exemplu, de exerciții fizice, inflamație, leziuni tisulare sau din cauza obstrucției fluxului sanguin, ischemiei tisulare), atunci capilarele se extind, ceea ce duce la o creștere a fluxului sanguin și respectiv, la o creștere a livrării de oxigen către țesuturi și a transportului de dioxid de carbon acumulat din țesuturi. În plus, dioxidul de carbon în anumite concentrații (creștet, dar neatingând încă valori toxice) are un efect pozitiv inotrop și cronotrop asupra miocardului și crește sensibilitatea acestuia la adrenalină, ceea ce duce la creșterea forței și frecvenței contracțiilor cardiace, cardiace. debitul și, ca rezultat, , accidentul vascular cerebral și volumul de sânge pe minut. De asemenea, contribuie la corectarea hipoxiei tisulare și a hipercapniei (niveluri crescute de dioxid de carbon).
Ionii de bicarbonat sunt foarte importanți pentru reglarea pH-ului sângelui și menținerea echilibrului acido-bazic normal. Frecvența respiratorie afectează cantitatea de dioxid de carbon din sânge. Respirația slabă sau lentă provoacă acidoză respiratorie, în timp ce respirația rapidă și excesiv de profundă duce la hiperventilație și la dezvoltarea alcalozei respiratorii.
În plus, dioxidul de carbon este, de asemenea, important în reglarea respirației. Deși corpul nostru are nevoie de oxigen pentru metabolism, nivelurile scăzute de oxigen din sânge sau țesuturi de obicei nu stimulează respirația (sau mai bine zis, efectul stimulator al deficienței de oxigen asupra respirației este prea slab și „se activează” târziu, la niveluri foarte scăzute de oxigen din sânge, în care o persoană își pierde adesea cunoștința). În mod normal, respirația este stimulată de o creștere a nivelului de dioxid de carbon din sânge. Centrul respirator este mult mai sensibil la o creștere a dioxidului de carbon decât la lipsa oxigenului. În consecință, respirarea aerului foarte rarefiat (cu o presiune parțială scăzută a oxigenului) sau a unui amestec de gaze care nu conține deloc oxigen (de exemplu, 100% azot sau 100% protoxid de azot) poate duce rapid la pierderea conștienței fără a provoca senzație. de lipsă de aer (pentru că nivelul de dioxid de carbon nu crește în sânge, deoarece nimic nu împiedică expirarea acestuia). Acest lucru este deosebit de periculos pentru piloții aeronavelor militare care zboară la altitudini mari (în cazul unei depresurizări de urgență a cockpitului, piloții își pot pierde rapid cunoștința). Această caracteristică a sistemului de reglare a respirației este și motivul pentru care, în avioane, însoțitorii de bord instruiesc pasagerii, în cazul unei depresurizări a cabinei aeronavei, să își pună mai întâi o mască de oxigen înainte de a încerca să ajute pe altcineva - prin aceasta, Ajutorul riscă să-și piardă rapid cunoștința și chiar fără să simtă vreun disconfort și nevoie de oxigen până în ultimul moment.
Centrul respirator uman încearcă să mențină o presiune parțială a dioxidului de carbon în sângele arterial nu mai mare de 40 mm Hg. Cu hiperventilație conștientă, conținutul de dioxid de carbon din sângele arterial poate scădea la 10-20 mm Hg, în timp ce conținutul de oxigen din sânge practic nu se va modifica sau crește ușor, iar nevoia de a respira din nou va scădea ca urmare a unei scăderea efectului stimulator al dioxidului de carbon asupra activității centrului respirator. Acesta este motivul pentru care după o perioadă de hiperventilație conștientă este mai ușor să ții respirația mult timp decât fără hiperventilație prealabilă. O astfel de hiperventilație conștientă urmată de ținerea respirației poate duce la pierderea conștienței înainte ca persoana să simtă nevoia să respire. Într-un mediu sigur, o astfel de pierdere a conștienței nu amenință nimic special (care și-a pierdut cunoștința, o persoană își va pierde controlul asupra ei înșiși, va înceta să-și țină respirația și va respira, respira și, odată cu aceasta, furnizarea de oxigen a creierului va va fi restabilit, iar apoi conștiința va fi restabilită). Cu toate acestea, în alte situații, precum înainte de scufundare, poate fi periculos (pierderea conștienței și nevoia de a respira va veni la adâncime, iar în absența controlului conștient, apa va pătrunde în căile respiratorii, ceea ce poate duce la înec). De aceea hiperventilația înainte de scufundare este periculoasă și nu este recomandată.
chitanta
În cantități industriale, dioxidul de carbon este emis din gazele de ardere, sau ca produs secundar al proceselor chimice, de exemplu, în timpul descompunerii carbonaților naturali (calcar, dolomit) sau în producerea alcoolului (fermentația alcoolică). Amestecul de gaze obtinut se spala cu o solutie de carbonat de potasiu, care absorb dioxidul de carbon, transformandu-se in hidrocarbonat. O soluție de bicarbonat, atunci când este încălzită sau sub presiune redusă, se descompune, eliberând dioxid de carbon. În instalațiile moderne pentru producerea dioxidului de carbon, în loc de bicarbonat, se folosește mai des o soluție apoasă de monoetanolamină, care, în anumite condiții, este capabilă să absoarbă CO₂ conținut în gazele de ardere și să-l dea la încălzire; separând astfel produsul finit de alte substanţe.
Dioxidul de carbon este, de asemenea, produs în instalațiile de separare a aerului ca produs secundar al obținerii de oxigen pur, azot și argon.
În condiții de laborator, se obțin cantități mici prin reacția carbonaților și bicarbonaților cu acizi, precum marmura, creta sau soda cu acid clorhidric, folosind, de exemplu, un aparat Kipp. Utilizarea reacției acidului sulfuric cu creta sau marmura are ca rezultat formarea sulfatului de calciu ușor solubil, care interferează cu reacția și este îndepărtat printr-un exces semnificativ de acid.
Pentru prepararea bauturilor se poate folosi reactia bicarbonatului de sodiu cu acid citric sau cu zeama de lamaie. În această formă au apărut primele băuturi carbogazoase. Farmaciştii erau angajaţi în fabricarea şi vânzarea lor.
Aplicație
În industria alimentară, dioxidul de carbon este folosit ca conservant și praf de copt, indicat pe ambalaj cu codul E290.
Un dispozitiv pentru alimentarea cu dioxid de carbon unui acvariu poate include un rezervor de gaz. Cea mai simplă și cea mai comună metodă de producere a dioxidului de carbon se bazează pe proiectarea pentru a face piureul de băutură alcoolică. În timpul fermentației, dioxidul de carbon eliberat poate oferi bine pansament de top pentru plantele de acvariu.
Dioxidul de carbon este folosit pentru carbonatarea limonadei și a apei spumante. Dioxidul de carbon este folosit și ca mediu de protecție în sudarea sârmei, dar la temperaturi ridicate se descompune odată cu eliberarea de oxigen. Oxigenul eliberat oxidează metalul. În acest sens, este necesar să se introducă dezoxidanți în firul de sudură, cum ar fi mangan și siliciu. O altă consecință a influenței oxigenului, asociată și cu oxidarea, este o scădere bruscă a tensiunii superficiale, ceea ce duce, printre altele, la stropi de metal mai intens decât la sudarea în atmosferă inertă.
Depozitarea dioxidului de carbon într-un cilindru de oțel în stare lichefiată este mai profitabilă decât sub formă de gaz. Dioxidul de carbon are o temperatură critică relativ scăzută de +31°C. Aproximativ 30 kg de dioxid de carbon lichefiat sunt turnate într-un cilindru standard de 40 de litri, iar la temperatura camerei va exista o fază lichidă în cilindru, iar presiunea va fi de aproximativ 6 MPa (60 kgf / cm²). Dacă temperatura este peste +31°C, atunci dioxidul de carbon va intra într-o stare supercritică cu o presiune peste 7,36 MPa. Presiunea standard de funcționare pentru un cilindru tipic de 40 de litri este de 15 MPa (150 kgf/cm²), cu toate acestea, trebuie să reziste în siguranță la presiuni de 1,5 ori mai mari, adică 22,5 MPa - astfel, lucrul cu astfel de cilindri poate fi considerat destul de sigur.
Dioxidul de carbon solid – „gheață carbonică” – este folosit ca agent frigorific în cercetarea de laborator, în comerțul cu amănuntul, în repararea echipamentelor (de exemplu: răcirea uneia dintre părțile de împerechere în timpul strângerii) etc. Dioxidul de carbon este utilizat pentru lichefierea dioxidului de carbon si produce gheata carbonica.instalare .
Metode de înregistrare
Măsurarea presiunii parțiale a dioxidului de carbon este necesară în procesele tehnologice, în aplicații medicale - analiza amestecurilor respiratorii în timpul ventilației artificiale a plămânilor și în sistemele de susținere a vieții închise. Analiza concentrației de CO 2 din atmosferă este utilizată pentru cercetările de mediu și științifice, pentru studiul efectului de seră. Dioxidul de carbon este înregistrat folosind analizoare de gaze bazate pe principiul spectroscopiei în infraroșu și alte sisteme de măsurare a gazelor. Un analizor de gaze medicale pentru înregistrarea conținutului de dioxid de carbon din aerul expirat se numește capnograf. Pentru a măsura concentrațiile scăzute de CO 2 (precum și ) în gazele de proces sau în aerul atmosferic, se poate folosi o metodă de cromatografie în gaz cu un metanator și înregistrarea pe un detector de ionizare cu flacără.
dioxid de carbon în natură
Fluctuațiile anuale ale concentrației de dioxid de carbon atmosferic de pe planetă sunt determinate în principal de vegetația de la latitudinile mijlocii (40-70 °) ale emisferei nordice.
O mare cantitate de dioxid de carbon este dizolvată în ocean.
Dioxidul de carbon reprezintă o parte semnificativă a atmosferei unor planete din sistemul solar: Venus, Marte.
Toxicitate
Dioxidul de carbon este netoxic, dar datorită efectului concentrațiilor sale ridicate din aer asupra organismelor vii care respiră aer, este clasificat ca un gaz asfixiant. (Engleză) Rusă. Creșteri ușoare ale concentrației de până la 2-4% în interior duc la dezvoltarea somnolenței și slăbiciunii la oameni. Concentratiile periculoase sunt considerate niveluri de aproximativ 7-10%, la care se dezvolta sufocarea, manifestandu-se prin cefalee, ameteli, pierderea auzului si pierderea cunostintei (simptome asemanatoare cu cele ale raului de inaltime), in functie de concentratie, pe o perioada de mai multe. minute până la o oră. Când aerul cu concentrații mari de gaz este inhalat, moartea are loc foarte rapid prin asfixiere.
Deși, de fapt, nici o concentrație de 5-7% CO 2 nu este letală, deja la o concentrație de 0,1% (un astfel de conținut de dioxid de carbon se observă în aerul mega-orașelor), oamenii încep să se simtă slăbiți, somnolenți. Acest lucru arată că, chiar și la niveluri ridicate de oxigen, o concentrație mare de CO 2 are un efect puternic asupra bunăstării.
Inhalarea aerului cu o concentrație crescută a acestui gaz nu duce la probleme de sănătate pe termen lung, iar după ce victima este îndepărtată din atmosfera poluată, are loc rapid recuperarea completă a sănătății.
În industrie, principalele metode de producere a dioxidului de carbon CO2 sunt producerea acestuia ca produs secundar al reacției de transformare a metanului CH4 în hidrogen H2, arderea (oxidarea) hidrocarburilor, reacția de descompunere a calcarului CaCO3 în var CaO și apa H20.
CO2 ca produs secundar al reformării cu abur a CH4 și a altor hidrocarburi în hidrogen H2
Hidrogenul H2 este necesar de industrie în primul rând pentru utilizarea sa în producerea de amoniac NH3 (procesul Haber, reacția catalitică a hidrogenului și azotului); amoniacul este necesar pentru producerea de îngrășăminte minerale și acid azotic. Hidrogenul poate fi produs în diferite moduri, inclusiv electroliza apei, care este îndrăgită de ecologisti - cu toate acestea, din păcate, în prezent, toate metodele de producere a hidrogenului, cu excepția reformării hidrocarburilor, sunt absolut nejustificate din punct de vedere economic la scara producției pe scară largă - cu excepția cazului în care există un exces de energie electrică „gratuită”. Prin urmare, principala metodă de producere a hidrogenului, în timpul căreia se eliberează și dioxid de carbon, este reformarea cu abur metan: la o temperatură de aproximativ 700 ... 1100 ° C și o presiune de 3 ... 25 bar, în prezența unui catalizator, aburul H2O reacționează cu metanul CH4 cu eliberarea gazului de sinteză (procesul este endotermic, adică merge odată cu absorbția căldurii):
CH4 + H2O (+ căldură) → CO + 3H2Propanul poate fi reformat cu abur în același mod:
C3H8 + 3H2O (+ căldură) → 2CO + 7H2Precum și etanol (alcool etilic):
C2H5OH + H2O (+ căldură) → 2CO + 4H2Chiar și benzina poate fi reformată cu abur. Există mai mult de 100 de compuși chimici diferiți în benzină, reacțiile de reformare cu abur ale izooctanului și toluenului sunt prezentate mai jos:
C8H18 + 8H2O (+ căldură) → 8CO + 17H2
C7H8 + 7H2O (+ căldură) → 7CO + 11H2Deci, în procesul de reformare cu abur a unuia sau altuia combustibil hidrocarbură, s-a obținut hidrogen și monoxid de carbon CO (monoxid de carbon). În următoarea etapă a procesului de producere a hidrogenului, monoxidul de carbon în prezența unui catalizator suferă reacția de mutare a unui atom de oxigen O din apă în gaz = CO este oxidat la CO2, iar hidrogenul H2 este eliberat în formă liberă. Reacția este exotermă, eliberează aproximativ 40,4 kJ/mol de căldură:
CO + H2O → CO2 + H2 (+ căldură)În mediile industriale, dioxidul de carbon CO2 eliberat în timpul reformării cu abur a hidrocarburilor este ușor de izolat și colectat. Cu toate acestea, CO2 în acest caz este un produs secundar nedorit, pur și simplu eliberându-l liber în atmosferă, deși acum modalitatea predominantă de a scăpa de CO2, este nedorită din punct de vedere al mediului, iar unele întreprinderi practică metode mai „avansate” , cum ar fi injectarea de CO2 în zăcămintele de petrol debit în declin sau pomparea acestuia în ocean.
Obținerea CO2 din arderea completă a combustibililor cu hidrocarburi
Când se ard hidrocarburi precum metanul, propanul, benzina, kerosenul, motorina etc., adică se oxidează cu o cantitate suficientă de oxigen, se formează dioxid de carbon și, de obicei, apă. De exemplu, reacția de ardere a metanului CH4 arată astfel:
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2OCO2 ca produs secundar al producției de H2 prin oxidarea parțială a combustibilului
Aproximativ 95% din hidrogenul produs industrial în lume este produs prin reformarea cu abur descrisă mai sus a combustibililor cu hidrocarburi, în principal metanul CH4 conținut în gazele naturale. Pe lângă reformarea cu abur, hidrogenul poate fi obținut din combustibilul cu hidrocarburi cu o eficiență destul de mare prin metoda de oxidare parțială, atunci când metanul și alte hidrocarburi reacţionează cu o cantitate de oxigen insuficientă pentru arderea completă a combustibilului (amintim că în procesul de completare a combustibilului). arderea combustibilului, descris pe scurt mai sus, se obține dioxid de carbon CO2 gaz și H20 apă). Când este furnizată o cantitate mai mică decât stoechiometrică de oxigen, produșii de reacție sunt predominant hidrogen H2 și monoxid de carbon, cunoscut și sub denumirea de monoxid de carbon CO; in cantitati mici se obtin dioxid de carbon CO2 si alte substante. Deoarece, în practică, acest proces se desfășoară de obicei nu cu oxigen purificat, ci cu aer, există azot la intrarea și la ieșirea procesului, care nu participă la reacție.
Oxidarea parțială este un proces exotermic, adică căldură este eliberată ca rezultat al reacției. Oxidarea parțială este în general mult mai rapidă decât reformarea cu abur și necesită un reactor mai mic. După cum se vede în reacțiile de mai jos, oxidarea inițială parțială produce mai puțin hidrogen per unitate de combustibil decât o face reformarea cu abur.
Reacția de oxidare parțială a metanului CH4:
CH 4 + ½O 2 → CO + H 2 (+ căldură)Propan C3H8:
C 3 H 8 + 1½O 2 → 3CO + 4H 2 (+ căldură)Alcool etilic C2H5OH:
C 2 H 5 OH + ½O 2 → 2CO + 3H 2 (+ căldură)Oxidarea parțială a benzinei folosind exemplul de izooctan și toluen, din mai mult de o sută de compuși chimici prezenți în benzină:
C 8 H 18 + 4O 2 → 8CO + 9H 2 (+ căldură)
C 7 H 18 + 3½O 2 → 7CO + 4H 2 (+ căldură)Pentru a transforma CO în dioxid de carbon și a produce hidrogen suplimentar, se utilizează reacția de schimbare a oxigenului apă → gaz, deja menționată în descrierea procesului de reformare cu abur:
CO + H 2 O → CO 2 + H 2 (+ cantitate mică de căldură)CO2 în fermentarea zahărului
La producerea băuturilor alcoolice și a produselor de panificație din aluat de drojdie se folosește procesul de fermentare a zaharurilor - glucoză, fructoză, zaharoză etc., cu formarea de alcool etilic C2H5OH și dioxid de carbon CO2. De exemplu, reacția de fermentare a glucozei C6H12O6 este:
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2Și fermentația fructozei C12H22O11 arată astfel:
C 12 H 22 O 11 + H 2 O → 4C 2 H 5 OH + 4CO 2Echipamente de producere a CO2 Wittemann
În producția de băuturi alcoolice, alcoolul rezultat este un produs dezirabil și, s-ar putea spune chiar, un produs necesar al reacției de fermentație. Dioxidul de carbon este uneori eliberat în atmosferă, iar uneori lăsat în băutură pentru a-l carboniza. La coacerea pâinii, este adevărat opusul: CO2 este necesar pentru a crea bule care fac aluatul să crească, iar alcoolul etilic este aproape complet evaporat în timpul coacerii.
Multe întreprinderi, în primul rând distilerii, pentru care CO 2 este un produs secundar complet inutil, și-au înființat colectarea și vânzarea. Gazul din rezervoarele de fermentație este alimentat prin capcane cu alcool la instalația de dioxid de carbon, unde CO2 este purificat, lichefiat și îmbuteliat. De fapt, distilerii sunt principalii furnizori de dioxid de carbon în multe regiuni – iar pentru multe dintre ele, vânzarea de dioxid de carbon nu este nicidecum ultima sursă de venit.
Există o întreagă industrie de producție de echipamente pentru eliberarea dioxidului de carbon pur în fabricile de bere și distilerii (Huppmann / GEA Brewery, Wittemann etc.), precum și producția directă a acesteia din combustibili hidrocarburi. Furnizorii de gaze precum Air Products și Air Liquide instalează, de asemenea, stații de recuperare și purificare a CO 2, lichefiere și cilindrare.
CO2 în producția de var nestins CaO din CaCO3
Procesul de producție pentru varul neted CaO utilizat pe scară largă are și dioxid de carbon ca produs secundar de reacție. Reacția de descompunere a calcarului CaCO3 este endotermă, necesită o temperatură de ordinul a +850°C și arată astfel:
CaCO3 → CaO + CO2Dacă calcarul (sau alt carbonat metalic) reacționează cu acidul, atunci dioxidul de carbon H2CO3 este eliberat ca unul dintre produșii de reacție. De exemplu, acidul clorhidric HCI reacționează cu calcarul (carbonat de calciu) CaCO3 după cum urmează:
2HCI + CaC03 → CaCI2 + H2CO3Acidul carbonic este foarte instabil, iar în condiții atmosferice se descompune rapid în CO2 și apă H2O.
Utilizarea dioxidului de carbon (dioxid de carbon)
În prezent, dioxidul de carbon în toate stările sale este utilizat pe scară largă în toate ramurile industriei și în complexul agroindustrial.
În stare gazoasă (dioxid de carbon)
În industria alimentară
1. Pentru a crea o atmosferă inertă bacteriostatică și fungistatică (la o concentrație mai mare de 20%):
în prelucrarea produselor vegetale și animale;
la ambalarea produselor alimentare și a medicamentelor pentru a le crește semnificativ durata de valabilitate;
· atunci când vărsați bere, vin și sucuri ca gaz de înlocuire.
2. În producția de băuturi răcoritoare și ape minerale (saturație).
3. În fabricarea și producerea de șampanie și vinuri spumante (carbonizare).
4. Prepararea apei carbogazoase si a bauturilor cu sifoane si saturatoare, pentru personalul magazinelor fierbinti si vara.
5. Utilizare în automate pentru vânzarea apei gazoase în îmbuteliere și pentru comerțul manual cu bere și kvas, apă carbogazoasă și băuturi.
6. La fabricarea băuturilor carbogazoase din lapte și a sucurilor carbogazoase de fructe și fructe de pădure („produse spumante”).
7. În producerea zahărului (defecare – carbonatare).
8. Pentru conservarea pe termen lung a sucurilor de fructe și legume, păstrând în același timp mirosul și gustul unui produs proaspăt stors prin saturarea cu CO2 și depozitarea la presiune ridicată.
9. Să intensifice procesele de precipitare și îndepărtare a sărurilor acidului tartric din vinuri și sucuri (detartație).
10. Pentru prepararea apei potabile desalinizate prin metoda de filtrare. Pentru saturarea apei de băut fără sare cu ioni de calciu și magneziu.În producția, depozitarea și prelucrarea produselor agricole
11. Pentru a crește durata de valabilitate a produselor alimentare, legumelor și fructelor în atmosferă controlată (de 2-5 ori).
12. Depozitarea florilor tăiate timp de 20 sau mai multe zile într-o atmosferă de dioxid de carbon.
13. Depozitarea cerealelor, pastelor, cerealelor, fructelor uscate și a altor produse alimentare într-o atmosferă de dioxid de carbon pentru a le proteja de daunele provocate de insecte și rozătoare.
14. Pentru prelucrarea fructelor și fructelor de pădure înainte de depozitare, ceea ce previne dezvoltarea putregaiului fungic și bacterian.
15. Pentru saturarea la presiune mare a legumelor tăiate sau întregi, care sporește aromele („produse spumante”) și le îmbunătățește termenul de valabilitate.
16. Pentru a îmbunătăți creșterea și creșterea randamentului plantelor în teren protejat.
Astăzi, în fermele de legume și floricultură din Rusia, problema fertilizării plantelor cu dioxid de carbon în pământ protejat este acută. Deficitul de CO2 este o problemă mai serioasă decât deficitul de minerale. În medie, o plantă sintetizează 94% din masa de substanță uscată din apă și dioxid de carbon, planta primește restul de 6% din îngrășăminte minerale! Conținutul scăzut de dioxid de carbon este acum un factor care limitează randamentul (în primul rând cu o recoltă de volum mic). Aerul dintr-o seră cu o suprafață de 1 ha conține aproximativ 20 kg de CO2. La niveluri maxime de iluminare în lunile de primăvară și vară, consumul de CO2 de către plantele de castraveți în timpul fotosintezei se poate apropia de 50 kg h/ha (adică până la 700 kg/ha CO2 pe zi). Deficitul rezultat este acoperit doar parțial de afluxul de aer atmosferic prin traverse și de scurgerea structurilor de închidere, precum și din cauza respirației nocturne a plantelor. În serele subterane, o sursă suplimentară de dioxid de carbon este solul umplut cu gunoi de grajd, turbă, paie sau rumeguș. Efectul îmbogățirii aerului din seră cu dioxid de carbon depinde de cantitatea și tipul acestor substanțe organice aflate în descompunere microbiologică. De exemplu, atunci când se face rumeguș umezit cu îngrășăminte minerale, nivelul de dioxid de carbon poate atinge la început valori ridicate noaptea și ziua cu traverse închise. Cu toate acestea, în general, acest efect nu este suficient de mare și satisface doar o parte din nevoile plantelor. Principalul dezavantaj al surselor biologice este durata scurtă de creștere a concentrației de dioxid de carbon până la nivelul dorit, precum și imposibilitatea reglării procesului de hrănire. Adesea, în sere subterane în zilele însorite cu schimb de aer insuficient, conținutul de CO2 poate scădea sub 0,01% ca urmare a absorbției intensive de către plante, iar fotosinteza practic se oprește! Lipsa CO2 devine principalul factor care limitează asimilarea carbohidraților și, în consecință, creșterea și dezvoltarea plantelor. Este posibilă acoperirea integrală a deficitului doar prin utilizarea surselor tehnice de dioxid de carbon.
17. Producția de microalge pentru animale. Când apa este saturată cu dioxid de carbon în instalațiile pentru cultivarea autonomă a algelor, rata algelor crește semnificativ (de 4-6 ori).
18. Pentru a îmbunătăți calitatea silozului. La însilozarea furajelor suculente, introducerea artificială de CO2 în masa vegetală împiedică pătrunderea oxigenului din aer, ceea ce contribuie la formarea unui produs de înaltă calitate, cu un raport favorabil de acizi organici, un conținut ridicat de caroten și proteine digerabile. .
19. Pentru dezinfestarea în siguranță a produselor alimentare și nealimentare. O atmosferă care conține mai mult de 60% dioxid de carbon timp de 1-10 zile (în funcție de temperatură) distruge nu numai insectele adulte, ci și larvele și ouăle acestora. Această tehnologie este aplicabilă produselor cu un conținut de apă legată de până la 20%, cum ar fi cereale, orez, ciuperci, fructe uscate, nuci și cacao, hrană pentru animale și multe altele.
20. Pentru distrugerea totală a rozătoarelor asemănătoare șoarecelui prin umplerea pe termen scurt a vizuinilor, depozitelor, camerelor cu gaz (concentrație suficientă de 30% dioxid de carbon).
21. Pentru pasteurizarea anaerobă a hranei pentru animale, amestecată cu vapori de apă la o temperatură care nu depășește 83 de grade C - ca înlocuitor pentru granulare și extrudare, care nu necesită costuri mari de energie.
22. A eutanasia păsările și animalele mici (porci, viței, oi) înainte de sacrificare. Pentru anestezia peștilor în timpul transportului.
23. Pentru anestezia mătcilor albinelor și bondarilor pentru a accelera începerea ovipoziției.
24. Saturarea apei de băut pentru pui, ceea ce reduce semnificativ impactul negativ al temperaturilor ridicate de vară asupra păsărilor de curte, ajută la îngroșarea cojii de ou și la întărirea scheletului.
25. Saturarea solutiilor de lucru de fungicide si erbicide pentru un efect mai bun al preparatelor. Această metodă permite reducerea consumului de soluție cu 20-30%.În medicină
26. a) amestecat cu oxigen ca stimulent respirator (la concentrație de 5%);
b) pentru băile carbogazoase uscate (la concentrație de 15-30%) pentru a reduce tensiunea arterială și a îmbunătăți fluxul sanguin.
27. Crioterapia în dermatologie, băi uscate și apoase cu dioxid de carbon în balneoterapie, amestecuri de respirație în chirurgie.În industria chimică și hârtie
28. Pentru producerea de sifon, săruri de carbon-amoniu (utilizate ca îngrășăminte în producția vegetală, aditivi în furajele rumegătoarelor, în loc de drojdie în panificație și cofetărie cu făină), plumb alb, uree, acizi hidroxicarboxilici. Pentru sinteza catalitică a metanolului și formaldehidei.
29. Pentru neutralizarea apelor uzate alcaline. Datorită efectului de auto-tampon al soluției, controlul precis al pH-ului evită coroziunea echipamentelor și canalizării și nu formarea de subproduse toxice.
30. În producția de hârtie pentru tratarea celulozei după albire alcalină (crește eficiența procesului cu 15%).
31. Pentru a crește randamentul și a îmbunătăți proprietățile fizice și mecanice și capacitatea de albire a celulozei în timpul pulverizării lemnului cu oxi-sodă.
32. Pentru curățarea schimbătoarelor de căldură de calcar și prevenirea formării acestora (combinarea metodelor hidrodinamice și chimice).Construcții și alte industrii
33. Pentru întărirea chimică rapidă a matrițelor pentru piese turnate din oțel și fier. Furnizarea de dioxid de carbon către matrițele de turnare accelerează întărirea acestora cu un factor de 20-25 în comparație cu uscarea termică.
34. Ca gaz spumant în producerea materialelor plastice poroase.
35. Pentru întărirea cărămizilor refractare.
36. Pentru sudarea semiautomată la repararea caroserii autoturismelor și autoturismelor, repararea cabinelor de camioane și tractoare și la sudarea electrică a produselor din tablă de oțel.
37. La fabricarea structurilor sudate cu sudare electrică automată și semiautomată în dioxid de carbon ca gaz protector. În comparație cu sudarea cu un electrod stick, confortul muncii crește, productivitatea crește de 2-4 ori, costul a 1 kg de metal depus într-un mediu cu CO2 este de peste două ori mai mic în comparație cu sudarea manuală cu arc.
38. Ca mediu de protecție în amestecuri cu gaze inerte și nobile în sudarea și tăierea automată a metalului, datorită cărora se obțin cusături de foarte înaltă calitate.
39. Încărcarea și reîncărcarea stingătoarelor pentru echipamentele de stingere a incendiilor. În sistemele de stingere a incendiilor, pentru umplerea extinctoarelor.
40. Cartușe de încărcare pentru arme cu baloane cu gaz și sifoane.
41. Ca gaz de pulverizare în cutii de aerosoli.
42. Pentru umplerea echipamentelor sportive (mingi, mingi etc.).
43. Ca mediu activ în laserele medicale și industriale.
44. Pentru calibrarea precisă a instrumentelor.În industria minieră
45. Pentru înmuierea masei de cărbune-rocă în timpul extracției cărbunelui în cusături predispuse la șocuri.
46. Pentru sablare fără formarea unei flăcări.
47. Îmbunătățirea eficienței producției de petrol prin adăugarea de dioxid de carbon în rezervoarele de petrol.În stare lichidă (acid carbonic la temperatură joasă)
În industria alimentară
1. Pentru congelare rapida, la o temperatura de -18 grade C si mai jos, produsele alimentare in contact congelatoare rapide. Alături de azotul lichid, dioxidul de carbon lichid este cel mai potrivit pentru congelarea prin contact direct a diferitelor tipuri de produse. Ca agent frigorific de contact, este atractiv datorită costului scăzut, pasivității chimice și stabilității termice, nu corodează componentele metalice, nu este inflamabil și nu este periculos pentru personal. Dioxidul de carbon lichid este furnizat de la duze către produsul care se deplasează pe banda transportoare în anumite porțiuni, care, la presiunea atmosferică, se transformă instantaneu într-un amestec de zăpadă uscată și dioxid de carbon rece, în timp ce ventilatoarele amestecă constant amestecul de gaz în interiorul aparatului. , care, în principiu, este capabil să răcească produsul de la +20 grade C la -78,5 grade C în câteva minute. Utilizarea congelatoarelor rapide de contact are o serie de avantaje fundamentale în comparație cu tehnologia tradițională de congelare:
timpul de congelare se reduce la 5-30 minute; activitatea enzimatică a produsului se oprește rapid;
· structura țesuturilor și celulelor produsului este bine păstrată, deoarece cristalele de gheață se formează la dimensiuni mult mai mici și aproape simultan în celule și în spațiul intercelular al țesuturilor;
· la congelarea lenta, in produs apar urme de activitate vitala a bacteriilor, in timp ce la congelarea la soc, pur si simplu nu au timp sa se dezvolte;
· pierderea în greutate a produsului ca urmare a contracției este de numai 0,3-1% (față de 3-6%);
Substanțele aromatice valoroase ușor volatile vor rămâne în cantități mult mai mari. În comparație cu înghețarea cu azot lichid, înghețarea cu dioxid de carbon:
nicio fisurare a produsului din cauza unei diferente prea mari de temperatura intre suprafata si miezul produsului de congelat
· in timpul congelarii, CO2 patrunde in produs si in timpul dezghetarii il protejeaza de oxidare si dezvoltarea microorganismelor. Fructele și legumele supuse congelării rapide și ambalării la fața locului își păstrează gustul și valoarea nutritivă, toate vitaminele și substanțele biologic active în cea mai mare măsură, ceea ce face posibilă utilizarea pe scară largă pentru producerea de produse pentru copii și alimentație dietetică. Este important ca fructele și legumele nestandardizate să poată fi utilizate cu succes pentru prepararea amestecurilor congelate scumpe. Congelatoarele rapide cu dioxid de carbon lichid sunt compacte, simple ca design și ieftin de operat (dacă există o sursă de dioxid de carbon lichid ieftin în apropiere). Există aparate în variante mobile și staționare, tip spirală, tunel și dulap, care prezintă interes pentru producătorii agricoli și procesatorii de produse. Sunt deosebit de convenabile atunci când producția necesită congelarea diferitelor produse alimentare și materii prime la diferite condiții de temperatură (-10 ... -70 grade C). Produsele congelate rapid pot fi uscate sub vid înalt - uscare prin congelare. Produsele astfel uscate sunt de înaltă calitate: rețin toți nutrienții, au o capacitate de regenerare crescută, au o ușoară contracție și structură poroasă și își păstrează culoarea naturală. Produsele sublimate sunt de 10 ori mai usoare decat cele originale datorita indepartarii apei din ele, sunt depozitate in pungi sigilate foarte mult timp (mai ales cand pungile sunt umplute cu dioxid de carbon) si pot fi livrate ieftin la cele mai indepartate. zone.
2. Pentru răcirea rapidă a produselor alimentare proaspete ambalate și neambalate până la +2...+6 grade C. Cu ajutorul instalațiilor, a căror funcționare este similară cu cea a congelatoarelor rapide: atunci când se injectează dioxid de carbon lichid, se formează cea mai mică zăpadă uscată, cu care produsul este prelucrat un anumit timp. Zăpada uscată este un mijloc eficient de scădere rapidă a temperaturii fără a provoca uscarea produsului, așa cum o face răcirea cu aer și nu crește conținutul de umiditate, așa cum o face răcirea cu apă cu gheață. Răcirea cu zăpadă uscată asigură reducerea necesară a temperaturii în doar câteva minute, nu ore, ca în cazul răcirii convenționale. Culoarea naturală a produsului este păstrată și chiar îmbunătățită datorită unei mici difuzii de CO2 în interior. În același timp, perioada de valabilitate a produselor este crescută semnificativ, deoarece CO2 inhibă dezvoltarea bacteriilor aerobe și anaerobe și a ciupercilor de mucegai. Este convenabil și benefic să răcești carnea de pasăre (tăiată sau în carcase), carnea porționată, cârnații și semifabricatele. Unitățile sunt utilizate și acolo unde tehnologia necesită răcirea rapidă a produsului în timpul sau înainte de modelare, presare, extrudare, șlefuire sau tăiere. Dispozitivele de acest tip sunt, de asemenea, foarte convenabile pentru utilizare în fermele de păsări de curte pentru răcirea ultrarapidă în linie de la 42,7 grade C la 4,4-7,2 grade C a ouălor de pui proaspăt depuse.
3. Pentru a îndepărta pielea fructelor de pădure prin congelare.
4. Pentru crioconservarea spermei și a embrionilor de bovine și porcine.În industria frigorifice
5. Pentru utilizare ca agent frigorific alternativ în aplicații de refrigerare. Dioxidul de carbon poate servi ca agent frigorific eficient deoarece are o temperatură critică scăzută (31,1 grade C), o temperatură relativ ridicată a punctului triplu (-56 grade C), o presiune ridicată a punctului triplu (0,5 MPa) și o presiune critică ridicată (7,39). MPa). Ca agent frigorific, are următoarele avantaje:
pret foarte mic in comparatie cu alti agenti frigorifici;
netoxic, neinflamabil și neexploziv;
Compatibil cu toate materialele electroizolante și structurale;
nu distruge stratul de ozon;
· contribuie moderat la cresterea efectului de sera in comparatie cu agentii frigorifici halogenati moderni. Presiunea critică ridicată are aspectul pozitiv al unui raport de compresie scăzut, prin care eficiența compresorului devine semnificativă, permițând proiecte de instalații frigorifice compacte și cu costuri reduse. În același timp, este necesară răcirea suplimentară a motorului electric al condensatorului, consumul de metal al unității frigorifice crește datorită creșterii grosimii țevilor și pereților. Este promițătoare utilizarea CO2 în instalații cu două trepte de temperatură scăzută pentru aplicații industriale și semi-industriale și în special în sistemele de aer condiționat ale vagoanelor și trenurilor.
6. Pentru măcinarea congelată de înaltă performanță a produselor și substanțelor moi, termoplastice și elastice. În morile criogenice, acele produse și substanțe care nu pot fi măcinate în forma obișnuită, cum ar fi gelatina, cauciucul și cauciucul, orice polimeri, anvelopele, sunt supuse la măcinare înghețată rapid și cu un consum redus de energie. Măcinarea la rece într-o atmosferă inertă uscată este esențială pentru toate ierburile și condimentele, boabele de cacao și boabele de cafea.
7. Pentru testarea sistemelor tehnice la temperaturi scăzute.În metalurgie
8. Pentru răcirea aliajelor greu de prelucrat la prelucrarea pe strunguri.
9. Pentru a forma un mediu de protecție pentru suprimarea fumului în topirea sau turnarea cuprului, nichelului, zincului și plumbului.
10. La recoacerea firului de cupru dur pentru produse prin cablu.În industria extractivă
11. Ca exploziv cu peri mici în extracția cărbunelui, care nu aprinde metanul și praful de cărbune în timpul unei explozii și nu dă gaze otrăvitoare.
12. Prevenirea incendiilor si a exploziilor prin deplasarea aerului din rezervoare si mine cu vapori si gaze explozive prin dioxid de carbon.Supercritic
În procesele de extracție
1. Captarea substantelor aromatice din sucuri de fructe si fructe de padure, obtinerea de extracte de plante si ierburi medicinale folosind dioxid de carbon lichid. În metodele tradiționale de extracție a materiilor prime vegetale și animale, se folosesc diverse tipuri de solvenți organici, care sunt strict specifici și rareori asigură extragerea unui complex complet de compuși biologic activi din materii prime. Mai mult, acest lucru ridică întotdeauna problema separării reziduurilor de solvenți din extract, iar parametrii tehnologici ai acestui proces pot duce la distrugerea parțială sau chiar completă a unor componente ale extractului, ceea ce determină o modificare nu numai în compoziție, ci și în proprietățile extractului izolat. În comparație cu metodele tradiționale, procesele de extracție (precum și fracționarea și impregnarea) folosind dioxid de carbon supercritic au o serie de avantaje:
natura de economisire a energiei a procesului;
· transfer de masă ridicat caracteristic procesului datorită vâscozității scăzute și capacității mari de penetrare a solventului;
· grad ridicat de extracție a componentelor corespunzătoare și calitate înaltă a produsului primit;
· absența practică a CO2 în produsele finite;
se folosește un mediu de dizolvare inert la un regim de temperatură care nu amenință degradarea termică a materialelor;
· procesul nu produce apă uzată și solvenți uzați, după decompresie CO2 poate fi colectat și reutilizat;
· se asigură puritatea microbiologică unică a produselor obţinute;
Lipsa echipamentelor complexe și a procesului în mai multe etape;
Se folosește un solvent ieftin, netoxic și neinflamabil. Proprietățile selective și de extracție ale dioxidului de carbon pot varia într-o gamă largă cu modificările de temperatură și presiune, ceea ce face posibilă extragerea majorității spectrului de compuși biologic activi cunoscuți în prezent din materiale vegetale la temperaturi scăzute.
2. Pentru a obține produse naturale valoroase – extracte de CO2 din arome de condimente, uleiuri esențiale și substanțe biologic active. Extractul copiază practic materialul vegetal original, deoarece pentru concentrația substanțelor sale constitutive, putem spune că nu există analogi printre extractele clasice. Datele analizelor cromatografice arată că conținutul de substanțe valoroase depășește de zeci de ori extractele clasice. Producția la scară industrială a fost stăpânită:
extracte din condimente și ierburi medicinale;
· arome de fructe;
extracte și acizi din hamei;
antioxidanți, carotenoizi și licopeni (inclusiv din materii prime din tomate);
substanțe colorante naturale (din fructe de ardei roșu și altele);
Lanolină de lână
· ceară vegetală naturală;
uleiuri de cătină.
3. Pentru izolarea uleiurilor esențiale foarte purificate, în special din citrice. La extragerea uleiurilor esențiale cu CO2 supercritic, se extrag cu succes și fracțiile volatile, care conferă acestor uleiuri proprietăți fixatoare, precum și o aromă mai plină.
4. Pentru a elimina cofeina din ceai si cafea, nicotina din tutun.
5. Pentru a elimina colesterolul din alimente (carne, produse lactate si oua).
6. Pentru fabricarea chipsurilor de cartofi degresate și a produselor din soia;
7. Pentru producția de tutun de înaltă calitate cu proprietăți tehnologice specificate.
8. Pentru curățarea uscată a hainelor.
9. Pentru a îndepărta compuși ai elementelor de uraniu și transuraniu din solurile contaminate radioactiv și de pe suprafețele corpurilor metalice. În același timp, volumul apei reziduale este redus de sute de ori și nu este nevoie să folosiți solvenți organici agresivi.
10. Pentru tehnologia de gravare ecologică a plăcilor cu circuite imprimate pentru microelectronică, fără formarea de deșeuri lichide toxice.În procesele de fracţionare
Separarea unei substanțe lichide dintr-o soluție sau separarea unui amestec de substanțe lichide se numește fracționare. Aceste procese sunt continue și, prin urmare, mult mai eficiente decât izolarea substanțelor din substraturi solide.
11. Pentru rafinarea și dezodorizarea uleiurilor și grăsimilor. Pentru a obține ulei comercial, este necesar să se efectueze o întreagă gamă de măsuri, cum ar fi îndepărtarea lecitinei, mucusului, acidului, albirii, dezodorizării și altele. La extracția cu CO2 supercritic, aceste procese se desfășoară într-un singur ciclu tehnologic, iar calitatea uleiului obținut în acest caz este mult mai bună, deoarece procesul se desfășoară la temperaturi relativ scăzute.
12. Pentru a reduce conținutul de alcool din băuturi. Producția de băuturi tradiționale nealcoolice (vin, bere, cidru) este în creștere din motive etice, religioase sau dietetice. Chiar dacă aceste băuturi cu conținut scăzut de alcool sunt adesea de calitate inferioară, piața pentru ele este semnificativă și în creștere rapidă, așa că îmbunătățirea acestei tehnologii este o problemă foarte atractivă.
13. Pentru producția cu economie de energie a glicerinei de înaltă puritate.
14. Pentru producția de lecitină cu economie de energie din ulei de soia (cu un conținut de fosfatidilcolină de aproximativ 95%).
15. Pentru tratarea debitului apelor uzate industriale din poluanți cu hidrocarburi.În procesele de impregnare
Procesul de impregnare - introducerea de noi substanțe, în esență, este procesul invers de extracție. Substanța dorită este dizolvată în CO2 supercritic, apoi soluția pătrunde într-un substrat solid, când presiunea este eliberată, dioxidul de carbon scapă instantaneu, iar substanța rămâne în substrat.
16. Pentru tehnologia de vopsire ecologică a fibrelor, țesăturilor și accesoriilor textile. Colorarea este un caz special de impregnare. Coloranții sunt de obicei dizolvați într-un solvent organic toxic, astfel încât materialele vopsite trebuie clătite bine, făcând ca solventul fie să se evapore în atmosferă, fie să ajungă în apa uzată. În vopsirea supercritică nu se utilizează apă și solvenți, colorantul este dizolvat în CO2 supercritic. Această metodă oferă o oportunitate interesantă de a vopsi diferite tipuri de materiale sintetice în același timp, cum ar fi dinții de plastic și căptușeala din țesătură a fermoarului.
17. Pentru aplicarea vopselei ecologice. Colorantul uscat se dizolvă într-un curent de CO2 supercritic și, împreună cu acesta, zboară din duza unui pistol special. Dioxidul de carbon scapă imediat, iar vopseaua se depune la suprafață. Această tehnologie este deosebit de promițătoare pentru vopsirea mașinilor și vehiculelor mari.
18. Pentru impregnarea omogenizată a structurilor polimerice cu medicamente, asigurând astfel o eliberare constantă și pe termen lung a medicamentului în organism. Această tehnologie se bazează pe capacitatea CO2 supercritic de a pătrunde cu ușurință în mulți polimeri, de a-i satura, determinând deschiderea și umflarea microporilor.În procesele tehnologice
19. Înlocuirea vaporilor de apă la temperatură înaltă cu CO2 supercritic în procesele de extrudare, la prelucrarea materiilor prime asemănătoare cerealelor, permite utilizarea unor temperaturi relativ scăzute, introducerea în rețetă a ingredientelor lactate și a oricăror aditivi sensibili la căldură. Extrudarea fluidului supercritic face posibilă crearea de noi produse cu o structură internă ultraporoasă și o suprafață densă netedă.
20. Pentru a obține pulberi de polimeri și grăsimi. Un jet de CO2 supercritic cu niște polimeri sau grăsimi dizolvați în el este injectat într-o cameră cu o presiune mai mică, unde se „condensează” sub forma unei pulberi fin dispersate complet omogene, fibre fine sau filme.
21. A se pregăti pentru uscarea ierburilor și fructelor prin îndepărtarea stratului de ceară cuticulară cu un jet de CO2 supercritic.În procesele reacţiilor chimice
22. O zonă promițătoare de aplicare a CO2 supercritic este utilizarea sa ca mediu inert în cursul reacțiilor chimice de polimerizare și sinteză. Într-un mediu supercritic, sinteza poate avea loc de o mie de ori mai rapid în comparație cu sinteza acelorași substanțe în reactoarele tradiționale. Este foarte important pentru industrie ca o astfel de accelerare semnificativă a vitezei de reacție, datorită concentrațiilor mari de reactivi într-un fluid supercritic cu vâscozitatea scăzută și difuzivitate ridicată, să facă posibilă reducerea în mod corespunzător a timpului de contact al reactivilor. Din punct de vedere tehnologic, acest lucru face posibilă înlocuirea reactoarelor închise statice cu reactoare cu flux, fundamental mai mici, mai ieftine și mai sigure.
În procesele termice
23. Ca fluid de lucru pentru centralele electrice moderne.
24. Ca fluid de lucru al pompelor de căldură pe gaz care produc căldură la temperatură înaltă pentru sistemele de alimentare cu apă caldă.În stare solidă (gheață uscată și zăpadă)
În industria alimentară
1. Pentru congelarea de contact a cărnii și peștelui.
2. Pentru congelarea rapidă de contact a fructelor de pădure (coacăze roșii și negre, agrișe, zmeură, aronia și altele).
3. Realizare de inghetata si bauturi racoritoare in locuri indepartate de reteaua electrica, cu racire cu gheata carbonica.
4. La depozitarea, transportul și vânzarea produselor alimentare congelate și refrigerate. Se dezvoltă producția de gheață carbonică brichetă și granulată pentru cumpărătorii și vânzătorii de produse perisabile. Gheața uscată este foarte convenabilă pentru transport și atunci când vindeți carne, pește, înghețată pe vreme caldă - produsele rămân congelate foarte mult timp. Deoarece gheața carbonică se evaporă (sublimează), nu există lichid topit, iar recipientele de transport rămân întotdeauna curate. Frigiderele pot fi echipate cu un sistem de răcire cu gheață carbonică de dimensiuni mici, care se caracterizează prin cea mai mare simplitate a dispozitivului și fiabilitate ridicată în funcționare; costul său este de multe ori mai mic decât costul oricărei unități frigorifice clasice. La transportul pe distanțe scurte, un astfel de sistem de răcire este cel mai economic.
5. Pentru a pre-răci recipientele înainte de a încărca produsele. Suflarea zăpezii uscate în dioxid de carbon rece este una dintre cele mai eficiente moduri de a pre-răci orice recipient.
6. În timpul transportului aerian ca agent de răcire primar în recipiente izoterme cu sistem de refrigerare autonom în două trepte (gheață carbonică granulată - freon).La curățarea suprafețelor
8. Curățarea pieselor și ansamblurilor, a motoarelor de poluare prin curățarea instalațiilor folosind granule de gheață carbonică în flux de gaz.Pentru curățarea suprafețelor ansamblurilor și pieselor de poluarea operațională. Recent, a existat o cerere mare pentru curățarea rapidă neabrazivă a materialelor, a suprafețelor uscate și umede cu un jet de gheață carbonică fin granulată (sablare). Fără a dezasambla unitățile, puteți efectua cu succes:
curățarea liniilor de sudură;
îndepărtarea vopselei vechi;
Curățarea matrițelor
· Curățarea unităților mașinilor de tipar;
Curățarea echipamentelor pentru industria alimentară;
matrite de curatare pentru producerea produselor din spuma poliuretanica.
curățarea matrițelor pentru producția de anvelope auto și alte produse din cauciuc;
curățarea matrițelor pentru producția de produse din plastic, inclusiv curățarea matrițelor pentru producția de sticle PET; Când granulele de gheață carbonică lovesc suprafața, se evaporă instantaneu, creând o micro-explozie care ridică contaminanții de pe suprafață. La îndepărtarea materialului fragil, cum ar fi vopseaua, procesul creează o undă de presiune între acoperire și substrat. Acest val este suficient de puternic pentru a îndepărta stratul, ridicându-l din interior. La îndepărtarea materialelor stringoase sau vâscoase, cum ar fi uleiul sau murdăria, procesul de curățare este similar cu spălarea cu un jet puternic de apă.
7. Pentru debavurarea produselor din cauciuc ștanțat și din plastic (turnări).În timpul lucrărilor de construcție
9. În procesul de fabricare a materialelor de construcție poroase, cu aceeași dimensiune a bulelor de dioxid de carbon, distribuite uniform pe întregul volum al materialului.
10. Pentru înghețarea solurilor în timpul construcției.
11. Montarea dopurilor de gheață în conducte cu apă (prin înghețarea lor din exterior cu gheață carbonică), pentru perioada lucrărilor de reparații la conducte fără scurgerea apei.
12. Pentru curățarea fântânilor arteziene.
13. La îndepărtarea pavajelor de asfalt pe vreme caldă.În alte industrii
14. Obținerea de temperaturi scăzute până la minus 100 de grade (prin amestecarea gheții carbonizate cu eter) pentru testarea calității produsului, pentru lucrul de laborator.
15. Pentru montarea la rece a pieselor din inginerie mecanică.
16. La fabricarea calităților plastice de oțeluri aliate și inoxidabile, aliaje de aluminiu recoapte.
17. La zdrobire, măcinare și conservare a carburii de calciu.
18. Pentru a crea ploaie artificială și a obține precipitații suplimentare.
19. Răspândirea artificială a norilor și a ceții, controlul grindinii.
20. Pentru formarea de fum inofensiv în timpul spectacolelor și concertelor. Obținerea unui efect de fum, pe scenele scenei în timpul spectacolelor artiștilor, folosind gheață carbonică.În medicină
21. Pentru tratamentul anumitor boli ale pielii (crioterapie).
DEFINIȚIE
Dioxid de carbon(dioxid de carbon, anhidridă carbonică, dioxid de carbon) - monoxid de carbon (IV).
Formula - CO2. Masa molara - 44 g / mol.
Proprietățile chimice ale dioxidului de carbon
Dioxidul de carbon aparține clasei de oxizi acizi, adică. atunci când interacționează cu apa, formează un acid numit acid carbonic. Acidul carbonic este instabil din punct de vedere chimic și în momentul formării se descompune imediat în componente, adică. Reacția interacțiunii dioxidului de carbon cu apa este reversibilă:
CO 2 + H 2 O ↔ CO 2 × H 2 O (soluție) ↔ H 2 CO 3 .
Când este încălzit, dioxidul de carbon se descompune în monoxid de carbon și oxigen:
2CO 2 \u003d 2CO + O 2.
Ca și în cazul tuturor oxizilor acizi, dioxidul de carbon se caracterizează prin reacții de interacțiune cu oxizi bazici (formați numai din metale active) și baze:
CaO + CO 2 \u003d CaCO 3;
Al 2 O 3 + 3CO 2 \u003d Al 2 (CO 3) 3;
C02 + NaOH (diluat) = NaHC03;
CO 2 + 2NaOH (conc) \u003d Na 2 CO 3 + H 2 O.
Dioxidul de carbon nu susține arderea; doar metalele active ard în el:
CO2 + 2Mg \u003d C + 2MgO (t);
CO 2 + 2Ca \u003d C + 2CaO (t).
Dioxidul de carbon intră în reacții cu substanțe simple precum hidrogenul și carbonul:
CO 2 + 4H 2 \u003d CH 4 + 2H 2 O (t, kat \u003d Cu 2 O);
CO 2 + C \u003d 2CO (t).
Când dioxidul de carbon interacționează cu peroxizii metalelor active, se formează carbonați și se eliberează oxigen:
2CO 2 + 2Na 2 O 2 \u003d 2Na 2 CO 3 + O 2.
O reacție calitativă la dioxidul de carbon este reacția interacțiunii acestuia cu apa de var (lapte), adică. cu hidroxid de calciu, în care se formează un precipitat alb - carbonat de calciu:
CO 2 + Ca (OH) 2 \u003d CaCO 3 ↓ + H 2 O.
Proprietățile fizice ale dioxidului de carbon
Dioxidul de carbon este o substanță gazoasă incoloră și inodoră. Mai greu decât aerul. Stabil termic. Când este comprimat și răcit, se transformă cu ușurință în stare lichidă și solidă. Dioxidul de carbon în stare solidă de agregare se numește „gheață carbonică” și se sublimează ușor la temperatura camerei. Dioxidul de carbon este slab solubil în apă și reacționează parțial cu acesta. Densitate - 1,977 g/l.
Obținerea și utilizarea dioxidului de carbon
Alocați metode industriale și de laborator pentru producerea dioxidului de carbon. Deci, în industrie se obține prin prăjirea calcarului (1), iar în laborator - prin acțiunea acizilor tari asupra sărurilor acidului carbonic (2):
CaCO 3 \u003d CaO + CO 2 (t) (1);
CaCO3 + 2HCl \u003d CaCl2 + CO2 + H2O (2).
Dioxidul de carbon este utilizat în industria alimentară (carbonatarea limonadei), chimică (controlul temperaturii în producția de fibre sintetice), metalurgică (protecția mediului, cum ar fi precipitarea gazului brun) și alte industrii.
Exemple de rezolvare a problemelor
EXEMPLUL 1
Exercițiu Ce volum de dioxid de carbon va fi eliberat sub acţiunea a 200 g de soluţie 10% de acid azotic pe 90 g de carbonat de calciu conţinând 8% impurităţi insolubile în acid? Soluţie Masele molare ale acidului azotic și carbonatului de calciu, calculate folosind tabelul elementelor chimice din D.I. Mendeleev - 63, respectiv 100 g/mol. Scriem ecuația pentru dizolvarea calcarului în acid azotic:
CaCO3 + 2HNO3 → Ca(NO3)2 + CO2 + H2O.
ω(CaCO 3) cl \u003d 100% - ω amestec \u003d 100% - 8% \u003d 92% \u003d 0,92.
Apoi, masa de carbonat de calciu pur este:
m(CaCO3) cl = m calcar × ω(CaCO3) cl / 100%;
m(CaCO 3) cl \u003d 90 × 92 / 100% \u003d 82,8 g.
Cantitatea de substanță carbonat de calciu este:
n (CaCO 3) \u003d m (CaCO 3) cl / M (CaCO 3);
n (CaCO 3) \u003d 82,8 / 100 \u003d 0,83 mol.
Masa acidului azotic în soluție va fi egală cu:
m(HNO 3) = m(HNO 3) soluție × ω(HNO 3) / 100%;
m (HNO 3) \u003d 200 × 10 / 100% \u003d 20 g.
Cantitatea de substanță acid azotic de calciu este:
n(HNO3) = m(HNO3) / M(HNO3);
n (HNO 3) \u003d 20/63 \u003d 0,32 mol.
Comparând cantitățile de substanțe care au intrat în reacție, determinăm că acidul azotic este insuficient, prin urmare, facem calcule suplimentare pentru acidul azotic. Conform ecuației reacției n (HNO 3): n (CO 2) \u003d 2: 1, prin urmare n (CO 2) \u003d 1 / 2 × n (HNO 3) \u003d 0,16 mol. Apoi, volumul de dioxid de carbon va fi egal cu:
V(CO2) = n(CO2)×Vm;
V(CO 2) \u003d 0,16 × 22,4 \u003d 3,58 g.
Răspuns Volumul dioxidului de carbon este de 3,58 g.
