для чего используют углекислый газ
Где используется углекислый газ — сферы применения
Газовые смеси и чистые газы применяют для проведения реакций, обработки материалов и поверхностей, с их помощью получают химические соединения, которых нет в естественной среде. Разнообразные газы дают возможность получать некоторые физические явления. Широкое применение в производстве и быту находит углекислый газ. Узнайте, зачем и где применяют углекислый газ (двуокись углерода), какие процессы и технологии он поддерживает в промышленности, в том числе пищевой, какими свойствами обладает, для чего нужна углекислота.
Газовые смеси и чистые газы применяют для проведения реакций, обработки материалов и поверхностей, с их помощью получают химические соединения, которых нет в естественной среде. Разнообразные газы дают возможность получать некоторые физические явления. Широкое применение в производстве и быту находит углекислый газ. Узнайте, зачем и где применяют углекислый газ (двуокись углерода), какие процессы и технологии он поддерживает в промышленности, в том числе пищевой, какими свойствами обладает, для чего нужна углекислота.
Что такое углекислый газ
Прежде чем говорить о том, где используют углекислый газ, рассмотрим, чем он является. Это тяжелый, то есть плотный газ. Он плотнее атмосферного воздуха примерно на 50%. Хотя при −78,3 °С вещество представляет собой «снег», при нормальном давлении СО2 в виде жидкости не получить. «Снег» при более высокой температуре и нормальном давлении становится газом.
Углекислота не окисляется, не способствует горению ряда металлов. Но она может поддерживать горение магния, бария, кальция. СО2 растворятся в воде, высоко его содержание в воздухе.
При растворении двуокиси углерода в воде получают угольную кислоту, способную взаимодействовать, например, с фенолом, щелочами. Результатом взаимодействия могут стать соли и эфиры.
Свойства углекислого газа
Распознать вещество на вид и запах невозможно. При невысокой концентрации эти характеристики не ощутимы, при высокой — ощутим кисловатый вкус, возможно отравление. Симптомы отравления углекислотой:
Одно из качеств углекислоты — высокая плотность. Поскольку плотность СО2 выше, чем у воздуха, ближе к полу комнаты его больше, чем под потолком. Вот почему животные и дети чаще страдают от отравления веществом в равных со взрослыми условиях. Пребывание в помещении с высокой концентрацией диоксида углерода может завершиться гибелью человека. Теряя сознание, обычно он падает, вниз, где кислорода еще меньше.
Получение углекислого газа
В промышленности вещество получают различными способами. Самые рентабельные из них относятся к получению СО2 как отходов на химпроизводствах. Извлеченные формы вещества различны. Это и газ, и сухой лед, и вода.
Природные источники углекислого газа
СО2 производят живые организмы. Он образуется при распаде органических веществ, полученных в естественной среде, а также при брожении. СО2 выбрасывают и вулканы. Он выделяет при сжигании топливных материалов.
Лабораторные способы получения
Высококачественный СО2 — это результат брожения содержащих спирт жидкостей. Полученный таким способом газ обрабатывают реагентами, чтобы сформировать диоксид углерода в форме воды.
В лабораторных условиях извлекается незначительная часть СО2. В ходе реакций с участием гидрокарбонатов, кислот. Углекислота — побочный продукт реакций на производственных установках для извлечения кислорода, азота. СО2 хранят на предприятиях в баллонах, как и на складах. В них же вещество транспортируют.
Промышленные способы получения
Дым получают от ТЭЦ и электростанций. Его пропускают через моноэтаноламин, чтобы отсоединить углекислоту от промышленных отходов. В специальных емкостях моноэтаноламин очищают, результатом очистки становится СО2. Из алкогольных изделий его получают при их брожении. Карбонаты для реакций синтезирования углекислоты — естественного происхождения, они есть в природной среде.
Получение газообразной двуокиси углерода
CO2 в виде газа — продукт адсорбции моноэтаноламина при работе с промышленным дымом. Из него выделяют углекислоту и очищают ее от примесей, поддерживая необходимые температуру и давление.
Получение жидкой углекислоты
Надежный способ получить вещество в жидком виде из твердой формы извлечения — повысить атмосферное давление — установить его на 60 и более атмосфер. При высоком давлении газ СО2 становится жидкостью без цвета.
Получение твердого диоксида углерода
Твёрдый углекислый газ — продукт переработки пивоваренных и ликероводочных изделий. Его получают на производстве так:
Готовый «сухой лёд» применяют в пищевой промышленности, используют для выращивания растений, в бытовых целях.
Применение углекислого газа
В промышленности и быту области применения углекислого газа многочисленны и разнообразны. Вот где используется углекислота:
Химическая промышленность
В химической промышленности углекислота используется для:
Металлургия
Применение углекислоты в производстве металлоизделий актуально, когда сваривают металлы. Газовое облако защищает расплавленную область от поступления активного кислорода. Оно обеспечивает ровность сварного шва, защиту от окисления. В металлургии CO2 используют также для:
Производство бумаги
Бумажная промышленность тоже нуждается в СО2. Как используют углекислый газ для производства бумаги? Им регулируют водородный показатель сырья, повышают мощность промышленного оборудования.
Углекислый газ: хранение и транспортировка
Хранят двуокись углерода в черных баллонах, которые непременно подписывают. Также их маркируют. Данные маркировки — производитель, вес тары без продукта, дата крайнего освидетельствования баллона.
Недопустимо использовать тару с углекислотой, если:
Перевозить тару с СО2 нужно по регламенту:
Также запрещено переносить тару с углекислотой вручную, катить по земле.
Хранят емкости с двуокисью углерода в специально оснащенных помещениях и на улице под навесом. В помещениях располагают баллоны минимум в 1 метре от приборов отопления. Нужно оберегать тару от воздействия прямых солнечных лучей, дождя, снега. Зимой контролируют содержание баллонов при температуре от минус 40 °С и выше.
Теперь вы знаете, каким образом и где используется углекислый газ, как его получают, хранят и перевозят. Если вашему предприятию нужен СО2, вы можете заказать его в баллонах в ООО «ТАНТАЛ-Д». Мы поставляем чистые газы и газовые смеси, строго соблюдая технику безопасности. У нас широкий ассортимент газов, востребованных в различных отраслях промышленности.
Углекислый газ, он же углекислота, он же двуокись углерода…
Содержание
Двуокись углерода термически устойчива, диссоциирует на окись углерода и кислород только при температуре выше 2000°С.
Жидкая двуокись углерода
Удельная масса жидкой двуокиси углерода значительно изменяется с температурой, поэтому количество углекислоты определяют и продают по массе. Растворимость воды в жидкой двуокиси углерода в интервале температур 5,8-22,9°С не более 0,05%.
Жидкая двуокись углерода превращается в газ при подводе к ней теплоты.
При нормальных условиях (20°С и 101,3 кПа) при испарении 1 кг жидкой углекислоты образуется 509 л углекислого газа.
Впервые жидкую двуокись углерода получили в 1823 г. Гемфри Дэви (Humphry Davy) и Майкл Фарадей (Michael Faraday).
Сухой лед
История открытия углекислого газа
Углекислый газ – это первый газ, который был описан как дискретное вещество. В семнадцатом веке, фламандский химик Ян Баптист ван Гельмонт (Jan Baptist van Helmont) заметил, что после сжигания угля в закрытом сосуде масса пепла была намного меньше массы сжигаемого угля. Он объяснял это тем, что уголь трансформируется в невидимую массу, которую он назвал «газ».
Свойства углекислого газа были изучены намного позже в 1750г. шотландским физиком Джозефом Блэком (Joseph Black).
Он обнаружил, что известняк (карбонат кальция CaCO3) при нагреве или взаимодействии с кислотами, выделяет газ, который он назвал «связанный воздух». Оказалось, что «связанный воздух» плотнее воздуха и не поддерживает горение.
Пропуская «связанный воздух» т.е. углекислый газ CO2 через водный раствор извести Ca(OH)2 на дно осаждается карбонат кальция CaCO3.
Джозеф Блэк использовал этот опыт для доказательства того, что углекислый газ выделяется в результате дыхания животных.
Способы получения углекислого газа
В статье «Как получить углекислый газ» рассказано все в мельчайших подробностях, здесь лишь скажем, что основными способами получения являются:
Применение углекислого газа
Двуокись углерода чаще всего применяют:
Применение углекислоты для сварки
Плотность углекислого газа достаточно высока, что позволяет обеспечивать защиту реакционного пространства дуги от соприкосновения с газами воздуха и предупреждает азотирование металла шва при относительно небольших расходах углекислоты в струе. Углекислый газ является активным газом, т.е. в процессе сварки он взаимодействует с металлом шва и оказывает на металл сварочной ванны окисляющее, а также науглероживающее действие.
В настоящее время ввиду большого разбрызгивания металла сварочной ванны при сварке в углекислоте все чаще применяют сварочные смеси с аргоном. Производители сварочного оборудования не остались в стороне от даной проблемы и предусматривают специальный режим на сварочных полуавтоматах, при котором уменьшается эффект разбрызгивания. Еще один путь решения данной проблемы – это применение специальных спреев или жидкостей, которые не позволяют прикипать брызгам к металлу свариваемой детали. В любом случае применение любого из данных методов с лихвой окупит затраты времени и расходных материалов на удаление брызг путем механической зачистки.
Ранее препятствием для применения углекислоты в качестве защитной среды являлось образование дефектов в швах в виде пор. Поры вызывались кипением затвердевающего металла сварочной ванны от выделения окиси углерода (СО) вследствие недостаточной его раскисленности.
При высоких температурах углекислый газ диссоциирует с образованием весьма активного свободного, одноатомного кислорода:
Окисление металла шва выделяющимся при сварке из углекислого газа свободным кислородом нейтрализуется содержанием дополнительного количества легирующих элементов с большим сродством к кислороду, чаще всего кремнием и марганцем (сверх того количества, которое требуется для легирования металла шва) или вводимыми в зону сварки флюсами (полуавтоматическая сварка порошковой проволокой).
Как двуокись, так и окись углерода практически не растворимы в твердом и расплавленном металле. Свободный активный кислород окисляет элементы, присутствующие в сварочной ванне, в зависимости от их сродства к кислороду и концентрации по уравнению:
Кроме того, и сам углекислый газ реагирует с этими элементами.
Ввиду химической активности углекислого газа по отношению к вольфраму сварку в этом газе ведут только плавящимся электродом.
Вредность и опасность углекислого газа
Двуокись углерода нетоксична и невзрывоопасна. При концентрациях более 5% (92 г/м 3 ) углекислый газ оказывает вредное влияние на здоровье человека, так как он тяжелее воздуха и может накапливаться в слабо проветриваемых помещениях у пола. При этом снижается объемная доля кислорода в воздухе, что может вызвать явление кислородной недостаточности и удушья. Помещения, где производится сварка с использованием углекислоты, должны быть оборудованы общеобменной приточно-вытяжной вентиляцией. Предельно допустимая концентрация углекислого газа в воздухе рабочей зоны 9,2 г/м 3 (0,5%).
Хранение и транспортировка углекислого газа
Углекислый газ поставляется по ГОСТ 8050. Для получения качественных швов используют газообразную и сжиженную двуокись углерода высшего и первого сортов.
Углекислоту транспортируют и хранят в стальных баллонах по ГОСТ 949 или цистернах большой емкости в жидком состоянии с последующей газификацией на заводе, с централизованным снабжением сварочных постов через рампы.
В стандартный баллон с водяной емкостью 40 л заливается 25 кг жидкой углекислоты, которая при нормальном давлении занимает 67,5% объема баллона и дает при испарении 12,5 м 3 углекислого газа.
В верхней части баллона вместе с газообразной углекислотой скапливается воздух. Вода, как более тяжелая, чем жидкая двуокись углерода, собирается в нижней части баллона.
Для снижения влажности углекислого газа рекомендуется установить баллон вентилем вниз и после отстаивания в течение 10. 15 мин осторожно открыть вентиль и выпустить из баллона влагу. Перед сваркой необходимо из нормально установленного баллона выпустить небольшое количество газа, чтобы удалить попавший в баллон воздух. Часть влаги задерживается в углекислоте в виде водяных паров, ухудшая при сварке качество шва.
При выпуске газа из баллона вследствие эффекта дросселирования и поглощения теплоты при испарении жидкой двуокиси углерода газ значительно охлаждается. При интенсивном отборе газа возможна закупорка редуктора замерзшей влагой, содержащейся в углекислоте, а также сухим льдом. Во избежание этого при отборе углекислого газа перед редуктором устанавливают подогреватель газа. Окончательное удаление влаги после редуктора производится специальным осушителем, наполненным стеклянной ватой и хлористым кальцием, силикогелием, медным купоросом или другими поглотителями влаги.
Баллон окрашен в черный цвет, с надписью желтыми буквами «УГЛЕКИСЛОТА».
Характеристики углекислого газа
Характеристики углекислого газа представлены в таблицах ниже:
Углекислый газ в промышленности, его получение и применение
Углекислый газ, имея универсальные свойства, используется в промышленности, медицине, сельском хозяйстве. Сегодня CO2 – это удобрение в сельском хозяйстве, медицинский инструмент, регулятор температуры и источник новой энергии.
Получение в промышленности
Получение диоксида углерода в промышленности методологически разнообразно. Он находится в дымовых отходах, выпускаемых в атмосферу ТЭЦ и электростанциями, получается при брожении спирта и выступает как продукт реакции с природными карбонатами.
Индустрия получения двуокиси углерода широка. Газ можно абсорбировать несколькими способами из одного источника. Во всех случаях это поэтапный процесс очистки от примесей (для достижения требований ГОСТа) и достижения нужной консистенции, агрегатного состояния.
Получение газообразной двуокиси углерода
Газообразный CO2 извлекают из промышленных (нефтяных) дымов путем адсорбции моноэтаноламина (коммерчески выгодно) и карбонатом калия (редко). Принцип сбора частиц углерода одинаков для обоих веществ. Они направляются по трубопроводу к отходам и собирают в себя углекислый газ. После сбора, насыщенные углекислотой газы направляются на очистку.
В специальных емкостях происходит реакция в при повышенной температуре или заниженном давлении. В процессе высвобождается чистая углекислота и продукты распада (аммиак и другие).
Схематически процесс выглядит так:
В лаборатории извлечь много CO2 не получается. Но это возможно в реакции с гидрокарбонатами и кислотами. В отдельности CO2 можно выделить на промышленных станках для получения кислорода, аргона или азота. Углекислый газ здесь выступает как побочный продукт. Хранится он в специальных баллонах, поставляемых потребителю.
Получение жидкой углекислоты
Добыча жидкой углекислоты поэтапно связана с получением ее из газа. Из летучего газообразного состояния, при обработке водородом, раствором перманганата калия и углем, образуется жидкая двуокись.
Сжижение происходит из-за низкого давления, сопровождающего реакцию. После многоступенчатой очистки, жидкий диоксид углерода попадает в компрессор. Там он сжимается и подается для сушки в 2 адсорбера, поочередно перенимающие работу для восстановления. Параллельно сжатая жидкость очищается от запахов и переводится в конденсатор, а оттуда – на хранение.
Этот метод сжижения применяется для газов спиртового брожения. Он актуален для пропана, бутана и т.д. Его используют на крупных пивоварнях, а получаемая очищенная углекислота имеет высокие показатели качества.
Получение твердого диоксида углерода
Твердый диоксид образуют из жидкого путем обработки низкой температурой (-56°). В промышленных условиях только 20% переходят в твердое состояние, а остальные – испаряются.
Порядок извлечения углекислотных кристаллов (сухого льда):
Применение в промышленности
Применение углекислого газа в различных областях промышленности связано с химическими и физическими свойствами вещества. Он не горит, не опасен в минимальных концентрациях для человека и животных и является основным компонентом для жизнедеятельности растений.
Химическая промышленность:
Металлургия:
Производство бумаги:
Особую роль в промышленной и смежных индустриях играет сухой лед. Он применяется как:
Применение в других сферах деятельности
Человек также использует углекислоту в других областях деятельности и в быту. Доступность диоксида обуславливает его широкую распространенность, а свойства – востребованность даже среди обывателей.
Где еще применяется углекислота:
Применение углекислого газа особенно востребовано в системах пожаротушения. Он заполняется в углекислотные газовые огнетушители и при возгорании позволяет изолировать очаг пожара от источника кислорода. Горение не может долго продолжаться без подпитки воздухом, а газификация углекислотой не даст ему проникнуть к огню.
Получаемый в малом количестве от спиртового брожения используется как способ газировки напитков. Он также уберегает муку, сухофрукты, арахис от насекомых, не влияя на качество и скорость их порчи.
Углекислый газ – первоклассная среда для разведения цветов, подкормки овощей и подводных растений. Он ускоряет фотосинтез и улучшает обменные процессы в растительных клетках. Главное – имеет доступную цену даже для обывателей.
Диоксид углерода может применяться и в криодеструкции, в качестве заморозки. Он сжигает холодом поверхность бородавок и родинок, заставляя их отваливаться, но не оставлять шрамов от скальпеля и швов.
Заключение
Углекислый газ – простое и распространенное по всей планете вещество, играющее практическую функцию в ключевых отраслях деятельности. Без него не обходится промышленность, медицина, пищевая отрасль и даже простой человеческий быт.
С недавних пор CO2 применяется как основа для производства источника топлива (метанола). Популярность набирает способ использования в качестве возобновляемого геотермального источника энергии, способного увеличить производство электроэнергии и сократить выбросы газа в атмосферу.