glace sèche

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Contexte

La glace sèche est le nom donné au dioxyde de carbone lorsqu'il est à l'état solide. Le dioxyde de carbone se trouve dans l'atmosphère terrestre; c'est un gaz que les humains exhalent et que les plantes utilisent pour la photosynthèse. Ce composé chimique est incolore, inodore, insipide et environ 1,5 fois plus dense que l'air. Le dioxyde de carbone se transforme de gaz en un solide blanc opaque sous pression et à basse température, devenant solide à -109 °F (178,5 °C). La glace sèche est fabriquée principalement sous deux formes, soit sous forme de bloc de glace sèche pesant plus de 22,7 kg (50 lb), soit en petits morceaux dont la taille varie de la taille d'un grain de riz à une pastille plus grosse. La glace sèche ne fond pas, mais se sublime, ce qui signifie que le solide se transforme directement en gaz (en contournant l'état liquide) à mesure que la température augmente et que le solide commence à se dissiper. Cette caractéristique inhabituelle se traduit par un effet de fumée, et la glace sèche semble devenir fumante en se sublime. Ainsi, la glace sèche est souvent utilisée pour simuler le brouillard ou la fumée.

La glace sèche elle-même n'est pas toxique, mais la surface du solide est si froide qu'il ne faut pas y toucher sans gants. De plus, bien que le gaz soit stable et inerte, il est plus lourd que l'air et peut se concentrer dans des zones basses ou des espaces clos. Lorsque la concentration de dioxyde de carbone dans l'air dépasse 5%, le dioxyde de carbone devient toxique. Ainsi, toute zone dans laquelle de la neige carbonique est utilisée doit être bien ventilée.

Il est relativement simple de transformer le dioxyde de carbone d'un gaz en un solide. De nombreux fabricants de glace sèche existent aux États-Unis et la glace sèche est expédiée dans toutes les régions du pays pour diverses utilisations. C'est un réfrigérant important pour garder les aliments au frais et empêcher la croissance bactérienne pendant le transport. La glace sèche utilisée pour refroidir ou congeler les aliments doit être très propre et considérée comme « de qualité alimentaire » pour garantir que les aliments qu'elle peut toucher ne seront pas contaminés. Parce que le solide se sublime plutôt qu'il ne fond, de grandes quantités de glace carbonique peuvent être mises dans des conteneurs d'expédition sans avoir à tenir compte du volume d'eau de fonte qui s'accumule lorsque la glace est utilisée comme réfrigérant. Les utilisations liées à l'alimentation sont étendues et incluent la congélation rapide des aliments pour une utilisation future dans les usines de transformation des aliments, le retard de la croissance de la levure active dans les boulangeries et le maintien au frais des aliments pour la restauration de l'industrie du transport aérien.

D'autres utilisations incluent :le ralentissement de la croissance des boutons floraux dans les pépinières pour garder les plantes fraîches pour les consommateurs, la congélation éclair dans l'industrie du caoutchouc pendant la fabrication, l'absorption des fuites de réfrigération d'ammoniac et la création de fumée pour les productions théâtrales. L'application récente la plus importante de la glace carbonique est le nettoyage cryogénique (ou nettoyage) dans lequel des boulettes de glace carbonique sont projetées sur une surface à nettoyer à grande vitesse. Les pastilles décapent la surface des contaminants, se subliment dans l'atmosphère et ne laissent aucun gaz toxique. Le seul résidu est la saleté ou la peinture laissée pour élimination.

Historique

La glace sèche n'a pas été inventée, mais les propriétés du dioxyde de carbone solide ont été découvertes au début du XXe siècle. Il a été produit pour la première fois commercialement dans les années 1920 aux États-Unis. Une entreprise commerciale a déposé le nom de glace carbonique en 1925 et le dioxyde de carbone solide a été appelé glace carbonique depuis lors. Jusqu'à assez récemment, la glace sèche était souvent appelée glace chaude, une référence au fait que lorsqu'on touchait la surface froide, la main se sentait brûlée.

Il semble que la Prest-Air Devices Company de Long Island, dans l'État de New York, ait produit avec succès de la glace sèche pour la première fois en 1925. Cette année-là également, Schrafft's de New York a utilisé pour la première fois le produit pour empêcher sa célèbre crème glacée de fondre dans son salon. La glace sèche était beaucoup plus utilisée pour la réfrigération et la congélation des aliments au milieu du XXe siècle qu'elle ne l'est aujourd'hui. Pratiquement tous les glaciers du monde utilisaient de la glace sèche pour conserver les glaces congelées jusqu'à bien après la Seconde Guerre mondiale, lorsque la réfrigération électrique est devenue abordable et efficace. La fabrication de glace carbonique n'a pas changé de manière significative depuis de nombreuses décennies et est un processus relativement simple de pressurisation et de refroidissement du dioxyde de carbone gazeux. Les utilisations de la neige carbonique ont quelque peu diminué avec l'avènement d'une meilleure réfrigération électrique. Certains développements récents pour son utilisation incluent l'utilisation des pastilles dans le dynamitage ou le nettoyage et son utilisation croissante dans le transport d'échantillons médicaux, y compris les cœurs, les membres et les tissus, pour le rattachement et la transplantation.

Matières premières

La seule matière première utilisée dans la fabrication de la neige carbonique est le dioxyde de carbone. Cette matière première est le sous-produit du raffinage des gaz émis lors de la fabrication ou du raffinage d'autres produits. La plupart du dioxyde de carbone utilisé dans la fabrication de glace carbonique aux États-Unis provient du raffinage des gaz dégagés lors du raffinage du pétrole et de l'ammoniac. Le dioxyde de carbone émis au cours de ces processus est aspiré et "lavé" pour éliminer les impuretés du dioxyde de carbone de qualité alimentaire qui deviendra éventuellement de la glace sèche.

Le processus de fabrication

1. Le dioxyde de carbone est liquéfié par compression et refroidissement, se liquéfiant à une pression d'environ 870 lb/in ² (395 kg/cm ² ) à température ambiante. Le dioxyde de carbone liquide est pompé, via des canalisations, dans d'énormes réservoirs de stockage afin que les fabricants de glace carbonique puissent éliminer le liquide requis.
2. Le dioxyde de carbone liquide est expédié en quantités énormes, pesant parfois plusieurs tonnes. Ainsi, la plupart des fabricants de glace carbonique choisissent de localiser leurs usines à proximité des raffineries de pétrole ou d'ammoniac pour maintenir les coûts de transport à un prix abordable. Le dioxyde de carbone liquide sous pression et réfrigéré est acheminé directement dans un réservoir ou un wagon sous pression appartenant au fabricant de glace carbonique et se dirige vers l'usine.
3. Le coffre du réservoir arrive à l'usine et déverse le dioxyde de carbone liquide dans d'énormes réservoirs sur les lieux. Ces réservoirs retiennent le liquide sous pression, le gardant réfrigéré afin qu'il reste à l'état liquide. Ces réservoirs sont situés à côté du mur de l'usine et, par des canalisations, le liquide est amené directement à l'intérieur lorsque cela est nécessaire pour la fabrication.
4. Le dioxyde de carbone liquide est libéré, toujours via des canalisations, des réservoirs adjacents à travers le mur de l'usine et dans la presse à glace carbonique. Lorsque le liquide passe d'un environnement hautement pressurisé à la pression atmosphérique, il se dilate et s'évapore à grande vitesse, provoquant le refroidissement du liquide jusqu'à son point de congélation qui est de -109 °F (-78,3 °C). Une buse place le liquide dans le bloc supérieur d'une presse à glace carbonique, qui mesure environ 4,9 m de haut. Cette presse comprend un gros bloc au sommet qui peut exercer une pression extrême sur le produit qui y est introduit. Lorsque le dioxyde de carbone liquide frappe le bloc de la presse à glace carbonique, il se solidifie immédiatement puisqu'il est maintenant à température ambiante. Le dioxyde de carbone ressemble maintenant à de la neige.
5. Cette neige, maintenant dans la partie supérieure de la presse, doit être comprimée en un bloc de neige carbonique. Ainsi, cette partie supérieure de la presse monte et descend avec une pression extraordinaire (environ 60 tonnes), écrasant la neige en un solide bloc de glace sèche. Il s'agit d'un processus d'environ cinq minutes. Lorsque le bloc est solide, il mesure généralement environ 2 pi (61 cm) de large et 10 po (25 cm) de haut, pesant environ 220 lb (100 kg).
6. Ce bloc de glace carbonique blanche opaque est poussé hors de la presse et sur un rouleau. Une scie pneumatique coupe le bloc en deux et les blocs sont poussés vers une autre scie qui coupe à nouveau les blocs plus petits. Ainsi, le bloc unique fabriqué dans la presse à glace carbonique est maintenant en quatre morceaux, pesant chacun environ 55 lb (25 kg).
7. Les blocs plus petits sont placés dans des conteneurs qui gardent les blocs froids afin que la sublimation soit réduite au minimum. S'ils sont expédiés sous forme de pièces non emballées, ils doivent être emballés hermétiquement dans un conteneur, La formation de glace carbonique est une série de réactions chimiques. comprenant généralement quatre blocs, avec très peu d'air autorisé à l'intérieur pour réduire la sublimation. Si un bloc est retiré pendant l'expédition, les autres blocs commenceront rapidement à se dissiper. De nombreux fabricants de glace carbonique enveloppent les blocs dans du papier à l'aide de machines (il est prudent de ne pas toucher la surface très froide) et l'envoient à des distributeurs ou à des grossistes.

Contrôle qualité

Les problèmes de contrôle de la qualité tournent principalement autour de la qualité du dioxyde de carbone utilisé dans la fabrication de la neige carbonique de qualité alimentaire. Récemment, le gouvernement fédéral a établi des normes assez strictes pour la pureté du dioxyde de carbone utilisé dans la fabrication de la neige carbonique, obligeant les fabricants à certifier et à tester le dioxyde de carbone liquide utilisé, ainsi que la pureté du produit fabriqué.

D'autres problèmes de contrôle de la qualité consistent à s'assurer que les réservoirs et les équipements fonctionnent avec précision. Si la pression n'est pas correctement maintenue, le produit ne peut pas être fabriqué. Il est très important de déplacer le produit rapidement et efficacement de la découpe au stockage, car la glace carbonique se sublime rapidement à température ambiante, réduisant ainsi le poids et le prix du produit commercialisable. L'expédition doit également emballer les blocs de manière dense pour réduire la sublimation pendant le transport.

Sous-produits/Déchets

Aucun produit chimique important n'est créé dans la production de glace carbonique. Étant donné que le produit est fabriqué uniquement à partir de dioxyde de carbone, lorsque le produit se sublime, les gaz sont émis dans l'atmosphère. Le seul déchet détectable est la sublimation du produit sous forme de bloc, qui est réduite au minimum.

Le futur

Bien que l'utilisation de la neige carbonique dans la réfrigération et le stockage des aliments soit en baisse, son utilisation dans d'autres domaines est prometteuse. Comme mentionné ci-dessus, les nettoyeurs de maisons et les opérateurs de machines s'intéressent aux petites pastilles de glace sèche pour leur capacité à bombarder une maison ou une machine à haute pression, à éliminer la saleté ou d'autres contaminants, puis à se dissiper dans l'atmosphère. Récemment, une compagnie de téléphone a utilisé des pastilles de glace carbonique pour nettoyer en toute sécurité des équipements de test électroniques sensibles sans utiliser de solvants dangereux. Les ateliers de réparation de carrosserie ont découvert que l'application de glace carbonique sur les bosses dans le corps peut parfois éliminer la défiguration. De plus, des tests sur des blocs de glace carbonique préconisent de le laisser tomber dans des trous de gopher pour éradiquer les parasites ou de le mettre dans l'arrière-cour pour attirer les moustiques afin de les éloigner des humains.

Où en savoir plus

Livres

Russell, Allan S. McGraw-Hill Encyclopedia of Science &Technology. Vol. 5. New York :1997.

Le livre pratique de réponses scientifiques. Deuxième éd. Détroit : 1997.

Autre

"Glace carbonique." Page Web About.com. Août 2001. .

page d'accueil dryicelnfo.com. Juillet 2001. .

Entretien avec Chuck Hines. Propriétaire de Arctic Dry Ice Company. Baltimore. 31 juillet 2001.

Nancy VE Bryk