Giải mã toàn tập về đá khô

Theo HowMeet, đá khô là tên gọi được đặt cho carbon dioxide khi nó tồn tại ở trạng thái rắn. Carbon dioxide được tìm thấy trong bầu khí quyển của trái đất: nó là chất khí mà con người thở ra và cây cối dùng để quang hợp tạo ra chất diệp lục. Hợp chất hóa học này không màu, không mùi, không vị và có độ đậm đặc gấp 1,5 lần không khí bình thường.

Carbon dioxide chuyển từ thể khí sang thể rắn màu trắng đục dưới áp suất và nhiệt độ thấp (âm 109 độ F hoặc âm 178,5 độ C). Đá khô được sản xuất chủ yếu ở hai dạng: một khối băng khô nặng trên 20kg hoặc các miếng nhỏ có kích thước khác nhau (từ kích thước một hạt gạo đến những viên lớn hơn).

Đá khô không tan, thay vào đó nó sẽ thăng hoa, nghĩa là nó sẽ chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái khí (bỏ qua trạng thái lỏng) khi nhiệt độ bắt đầu tăng lên. Vì tính chất này mà đá khô thường được dùng để mô phỏng sương mù hoặc khói trong biểu diễn nghệ thuật hoặc tại các nhà hàng…

Đá khô là tên gọi được đặt cho carbon dioxide khi nó tồn tại ở trạng thái rắn.

Đá khô tự nó không có độc nhưng bề mặt viên đá khô rất lạnh và có thể gây ra hiện tượng "bỏng lạnh" khi tiếp xúc bằng tay mà không đeo găng, hiện tượng này xảy ra khi da người tiếp xúc với các bề mặt có nhiệt độ dưới 0 độ C. Ngoài ra, do tính chất nặng hơn không khí nên carbon dioxide ở trạng thái khí có thể tập trung ở các khu vực thấp hoặc trong không gian kín. Khi nồng độ carbon dioxide trong không khí vượt quá 5%, carbon dioxide trở nên độc hại. Vì vậy, khi sử dụng carbon dioxide thì không gian phải thoáng đãng để tránh gây ngộ độc.

Để biến đổi khí carbon dioxide thành dạng rắn khá đơn giản. Nhiều nhà sản xuất đá khô đã được thành lập và hoạt động ở Hoa Kỳ từ lâu và sản phẩm này được vận chuyển đến nhiều vùng của đất nước cho nhiều mục đích khác nhau. Nó là chất quan trọng để giữ lạnh và ngăn ngừa vi khuẩn trong thức ăn phát triển trong khi vận chuyển. Đá khô được sử dụng để làm mát hoặc đông lạnh thực phẩm phải rất sạch sẽ và người ta gọi đây là "thực phẩm cấp đông".

Bởi vì đặc tính thăng hoa (chuyển từ thể rắn sang thể khí) mà một lượng lớn đá khô có thể được đưa vào thùng container mà không lo chảy nước như khi dùng nước đá thông thường để làm lạnh thực phẩm. Công dụng của đá khô trong lĩnh vực thực phẩm rất đa dạng, bao gồm đóng băng nhanh chóng các loại thực phẩm để sử dụng trong tương lai tại các nhà máy chế biến thực phẩm, làm chậm sự tăng trưởng của nấm men tại các xưởng bánh, giữ lạnh thực phẩm phục vụ cho ngành công nghiệp hàng không.

Đá khô không tan, thay vào đó nó sẽ thăng hoa, nghĩa là nó sẽ chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái khí.

Các công dụng khác của đá khô bao gồm: làm chậm sự tăng trưởng của chồi hoa ở vườn ươm để giữ cây tươi cho người tiêu dùng, đóng băng nhanh trong ngành công nghiệp sản xuất cao su, hạn chế rò rỉ amoniac lạnh và tạo khói cho sân khấu khi biểu diễn nghệ thuật. Ứng dụng quan trọng nhất của đá khô gần đây là nổ băng (hoặc làm sạch), trong đó những viên đá khô được ném vào bề mặt được làm sạch với tốc độ cao. Các chất ô nhiễm cùng với carbon dioxide sẽ thăng hoa vào không khí và vật sẽ được làm sạch. Việc còn lại chỉ là bụi bẩn cần được xử lí sau đó.

Lịch sử

Đá khô không được phát minh ra, các thuộc tính của carbon dioxide rắn đã được phát hiện vào những năm đầu thế kỷ XX. Đá khô lần đầu tiên được sản xuất thương mại vào năm 1920 tại Hoa Kỳ. Một công ty thương mại đăng ký nhãn hiệu tên đá khô vào năm 1925 và từ đó người ta gọi carbon dioxide ở thể rắn là đá khô.

Đá khô lần đầu tiên được sản xuất thương mại vào năm 1920 tại Hoa Kỳ.

Prest-Air Devices Company of Long Island là công ty đầu tiên sản xuất thành công đá khô tại New York vào năm 1925. Cũng trong năm đó, Schrafft đã sử dụng đá khô để giữ cho kem không tan chảy trong phòng khách của họ. Đá khô đã được sử dụng rộng rãi hơn để làm lạnh và đông lạnh thực phẩm từ giữa thế kỷ XX đến nay.

Hầu hết các loại kem trên thế giới đều sử dụng cách này để đông lạnh cho đến sau thế chiến thứ II khi mà các thiết bị điện lạnh đã có giá rẻ hơn và hoạt động hiệu quả hơn.

Việc sản xuất đá khô không có nhiều thay đổi trong nhiều thập kỷ qua và là một quá trình tương đối đơn giản khi ta dùng áp suất cao để làm lạnh khí carbon dioxide. Việc sử dụng đá khô đã giảm phần nào do sự tiện lợi của điện lạnh. Gần đây, người ta thường dùng đá khô để làm sạch nước, vận chuyển mẫu vật y tế, bao gồm cả trái tim, tay chân và các mô cho các cuộc phẫu thuật và cấy ghép.

Nguyên liệu thô

Nguyên liệu được dùng để sản xuất đá khô là carbon dioxide. Nguyên liệu này là sản phẩm phụ của các loại khí thải trong quá trình sản xuất hoăc tinh chế các sản phẩm khác. Hầu hết carbon dioxide được sử dụng trong sản xuất đá khô tại Hoa Kỳ có nguồn gốc từ khí phát ra trong quá trình sàng lọc của dầu mỏ và khí amoniac. Các carbon dioxide thải ra trong các quá trình này được hút ra và loại bỏ tạp chất (để trở thành carbon dioxide dùng được trong thực phẩm) và sau đó người ta sẽ tiến hành làm đá khô từ khí này.

Quy trình sản xuất đá khô

Quá trình sản xuất ra đá khô.

– Bước 1: Carbon dioxide được hóa lỏng bằng cách nén và làm lạnh, việc hóa lỏng được diễn ra ở áp suất 870 lb/2 (395kg/cm²) ở nhiệt độ bình thường trong phòng. Carbon dioxide được được bơm qua đường ống vào các bồn chứa lớn để các nhà sản xuất đá khô có thể loại bỏ những chất bẩn cần thiết.

– Bước 2: Carbon dioxide được vận chuyển với số lượng rất lớn, đôi khi nặng nhiều tấn. Vì vậy, hầu hết các nhà sản xuất đá khô thường đặt nhà máy gần những cơ sở lọc dầu hoặc ammoniac để giảm chi phí vận chuyển. Dưới áp lực, carbon dioxide lỏng được dẫn trực tiếp vào bể của nhà máy sản xuất đá khô.

– Bước 3: Các chất lỏng này được giữ lạnh để duy trì trạng thái lỏng trong các thùng lớn được nối trực tiếp với nơi sản xuất bằng ống áp suất để sử dụng khi cần thiết.

– Bước 4: carbon dioxide lỏng sau đó được vận chuyển một lần nữa qua đường ống từ các bể đến nơi chứa khuôn để sản xuất đá khô. Khi vận chuyển chất lỏng từ môi trường cao áp đến môi trường tương đương áp suất khí quyển, nó sẽ bay hơi ở tốc độ cao và các chất lỏng này sẽ chuyển sang thể rắn ở nhiệt độ -109 ° F (-78,3 ° C). Một vòi phun đưa chất lỏng vào một khuôn đứng khoảng 4,9 mét. Khuôn này được thiết kế đặc biệt với đầu vào có thể chịu được áp lực lớn từ nhiên liệu. Khi lượng khí carbon dioxide lỏng đi vào khuôn đá khô, nó ngay lập tức đông lại ở nhiệt độ phòng. Carbon dioxide bây giờ trông giống như tuyết.

– Bước 5: phần tuyết này sẽ được nén lại để trở thành đá khô. Dưới áp lực khoảng 60 tấn, tuyết được nén lại thành đá khô, toàn bộ quá trình kéo dài khoảng 5 phút. Một khối đá khô thường rộng 61cm, cao 25cm và có trọng lượng 100kg.

– Bước 6: Khối đá khô này được đẩy ra khỏi khuôn và trượt trên một con lăn. Một lưỡi cưa bằng khí nén cắt khối đá khô này ra thành 2 phần bằng nhau và tiếp tục đưa vào một hệ thống cưa khác để cắt ra một lần nữa. Khối đá khô ban đầu đã được chia thành 4 phần bằng nhau, mỗi phần nặng 25kg.

– Bước 7: Các khối đá khô này được đưa vào container và giữ lạnh để mức độ thăng hoa của chúng ở mức thấp nhất. Khi vận chuyển, các khối đá khô phải được đóng gói chặt chẽ, nếu được lấy ra trong thời gian này chúng sẽ hóa hơi toàn bộ. Nhiều nhà sản xuất sử dụng máy để quấn giấy lên đá khô trước khi giao cho khách hàng (nếu sử dụng tay sẽ dễ bị bỏng lạnh).

Quản lý chất lượng

Vấn đề quản lý chất lượng chủ yếu tập trung vào nguồn nguyên liệu carbon dioxide dùng để sản xuất đá khô. Gần đây, chính phủ Mỹ thiết lập các tiêu chuẩn hết sức nghiêm ngặt đối với độ tinh khiết của carbon dioxide được sử dụng trong sản xuất đá khô. Nguồn nguyên liệu carbon dioxide lỏng cũng như độ tinh khiết của sản phẩm sau cùng phải vượt qua được các bài kiểm định trước khi được lưu hành ngoài thị trường.

Vấn đề kiểm soát cũng bao gồm việc đảm bảo hệ thống làm đá khô hoạt động một cách chính xác. Nếu áp lực không được duy trì đúng cách, sản phẩm sẽ không thể được sản xuất ra. Việc di chuyển các sản phẩm một cách nhanh chóng và hiệu quả sau khi cắt để lưu trữ cũng rất quan trọng vì đá khô sẽ nhanh chóng thăng hoa ở nhiệt độ phòng do đó nó sẽ giảm trọng lượng và giá thành khi bán ra (nếu không được bảo quản tốt). Phải đảm bảo việc đóng gói trong khâu vận chuyển trung gian để hạn chế sự thăng hoa.

Vấn đề kiểm soát cũng bao gồm việc đảm bảo hệ thống làm đá khô hoạt động một cách chính xác.

Phụ phẩm/Xử lý chất thải

Không có hóa chất đáng kể được tạo ra trong sản xuất đá khô. Khi sản phẩm thăng hoa, các loại khí sẽ được giải phóng vào khí quyển và hầu như không gây ra tác động đáng kể nào với sức khỏe và môi trường.

Tương lai

Việc sử dụng đá khô trong tủ lạnh và lưu trữ thực phẩm có thể được giảm bớt nhưng một số lĩnh vực vẫn cần loại đá khô này. Như đã đề cập ở trên, đá khô có thể dùng để tẩy rửa, dùng bắn phá một ngôi nhà hay một thứ gì đó ở tốc độ cao để loại bỏ bụi bẩn hoặc các chất gây ô nhiễm khác. Gần đây, một công ty điện thoại sử dụng các viên đá khô như một cách an toàn làm sạch thiết bị thử nghiệm điện tử nhạy cảm thay vì dùng các dung môi nguy hiểm. Và còn rất, rất nhiều công dụng khác của đá khô đang chờ các bạn khám phá…

HT (theo khoahoc.tv)