简介

干冰是众所周知的材料，可以应用于许多工业领域。 干冰最常见的用途是冷藏食品，饮料和实验室生物样品。 由于CO 2在化学上是稳定的，因此在制冷期间也可以防止有机化合物的氧化或其他反应。 为了持续使用其制冷效果，已经证明了使用CO2作为工作流体的循环制冷系统， 预计该系统将使用CFC（氯氟烃）流体取代旧系统，这会导致臭氧消耗问题。 它也被认为是通过回收二氧化碳并将其用作制冷剂来缓解温室效应的好方法，这可以被视为一种二氧化碳捕获和储存。

吸引医学界人士注意的另一种应用是药物造粒。 通过超临界溶液（RESS）的快速膨胀产生的纳米级细药物颗粒可以通过膨胀过程中产生的干冰颗粒聚集。 药物附聚物的粒径，粒度分布，孔隙率和球形度可以通过所产生的干冰的状态来控制，以改善药物递送和加工。

干冰的这些特定特征，例如升华和柔软特性，使干冰能够克服许多工业清洁问题。 可以使用干冰作为磨料喷砂介质（干冰喷射）通过喷砂方法除去污染物。 由于干冰在干冰喷射后最终会升华，因此可以避免二次污染的问题，即由研磨介质引起的污染。

干冰的制造及其热力学

干冰是CO2的固态，密度在1400-1600kgm-3范围内，并且在室温条件下，即1atm和25℃不能永久存在。 图1.1显示了CO2的相图。 当条件低于三相点（-56.4°C和5.13 atm）时，CO2会从固体变为气体而不会介入液态; 这个过程称为升华。 另一方面，CO 2从气态变为固态的过程称为沉积。 这些特征与大多数其他材料特别不同，这些材料的气体状态在变为固态之前介入液态。 这种相变，即升华或沉积将在-78.5℃，1atm下发生，使其能够应用气固两相流用于许多工业目的。 由于干冰仅在低温下存在，因此可以作为一种低温颗粒使用。

此外，CO 2通常以液态存储在汽缸中以便于在工业中运输。 因此，干冰的产生和制造基本上来自液态CO2。 干冰生产效率将取决于CO2从液态变为固态的过程。

基于焦耳 - 汤姆逊效应，通过喷嘴快速膨胀液态CO2可以产生干冰。 Joule-Thomson过程是一个恒定的焓过程。 在此过程中，压力将迅速降低并导致一些液态CO2蒸发。 因此，发生温度的快速降低，导致剩余的液态CO 2的固化。 因此，通过膨胀产生CO 2气固两相流。 干冰雪，膨胀的CO2两相流，可以进一步压缩和挤压形成干冰颗粒或块状物。 根据产生的干冰雪的百分比可以得到CO2的压力 - 焓相图。 通常，填充液态CO2的圆筒的压力在25℃下约为6.5Mpa， 当在绝缘下通过喷嘴膨胀液体CO2时，压力将显着降低，而焓不会改变到B点，其中CO2呈现气体和固态平衡。 因此，干冰雪的百分比可以根据B点处的CO2的最终状态来确定。换句话说，百分比随着液态CO2的初始状态或膨胀方式而变化。 例如，通过使用非绝热喷嘴的膨胀过程，干冰雪的百分比将更小，即最终状态将位于固 - 气区域中的点B的右侧。 因此，膨胀喷嘴设计被认为是实现有效干冰雪生产的重要问题。

干冰颗粒的团聚过程

基于焦耳-汤姆逊效应的液态二氧化碳膨胀可以产生干冰射流。干冰喷射可以作为一种干洗方法去除表面污染物;这个概念最初是由提出的。在干冰喷射系统中，产生的干冰颗粒可以穿透边界层以到达污染物，并且它们的机械冲击可以去除强烈粘附在表面上的细颗粒。传统的空气喷射器使用空气动力阻力来去除污染物，而干冰喷射使用干冰颗粒的机械冲击和空气动力学阻力来去除污染物，这两种机制的组合大大提高了去除效率。干冰的粒度是影响污染物去除效率的重要因素。因此，具有强惯性和动能的大干冰颗粒有利于以强粘合力去除细颗粒。此外，大的干冰颗粒不会像小颗粒一样迅速升华;因此，大颗粒可以持续更长时间并且对更多污染物产生影响。然而，由于几何形状的限制，大的干冰颗粒可能被限制去除细颗粒-。除了用于清洁应用之外，干冰的粒度对其制冷效果或药物制粒效果具有很大影响。直径为几微米的小干冰颗粒通常称为干冰雪，并且可以聚集成大的干冰颗粒，称为干冰颗粒或干冰块。设计包括两个聚结室的喷嘴以有效地产生干冰颗粒以除去细颗粒。此外，膨胀喷嘴的末端安装了隔热室以产生附聚物，从而提高干冰颗粒的生产效率。然而，尚未详细研究干冰颗粒的产生，尺寸和状态以及附聚过程。

结论

工业过程中二氧化碳的减少和再循环正成为防止温室问题的当务之急， TOOICE致力于干冰应用领域开发有效的CO2循环系统以及干冰相关的应用，不论是从运输，清洗，储存等等。

致谢

TOOICE提供TCM25a制冰机作为测试设备。