Kering Isi: Properti, Produksi, dan Aplikasi CO₂ Padat

Latar Belakang

Kering isi adalah nama yang diberikan kepada karbon dioksida ketika berada dalam keadaan padat. Karbon dioksida ditemukan di atmosfer bumi; ia adalah gas yang dihembuskan manusia dan digunakan tumbuhan untuk fotosintesis. Senyawa kimia ini warna tidak, bau tidak, rasa tidak, dan sekitar 1,5 kali lebih padat dari udara. Karbon dioksida berubah dari gas menjadi padat putih tidak transparan saat di bawah tekanan dan suhu rendah, menjadi padat pada −109°F (178,5°C). Kering isi diproduksi terutama dalam dua bentuk, baik sebagai blok kering isi yang beratnya melebihi 50 lb (22,7 kg) atau dalam potongan kecil yang bervariasi ukuran dari sebesar butir beras hingga pelet yang lebih besar. Kering isi tidak meleleh, melainkan sublimasi, berarti padat berubah langsung menjadi gas (melewati keadaan cair) saat suhu naik dan padat mulai menyebar. Fitur tidak biasa ini menghasilkan efek asap, dan kering isi tampak seperti berasap saat sublimasi. Karena itu, kering isi sering digunakan untuk mensimulasikan kabut atau asap.

Kering isi itu sendiri tidak beracun, tetapi permukaan padat begitu dingin sehingga tidak boleh disentuh tanpa sarung tangan. Juga, sementara gas stabil dan iners, ia lebih padat dari udara dan dapat terkonsentrasi di area rendah atau ruang tertutup. Ketika konsentrasi karbon dioksida dalam udara melebihi 5%, karbon dioksida menjadi beracun. Oleh karena itu, setiap area di mana kering isi digunakan harus berventilasi yang baik.

Cukup sederhana untuk mengubah karbon dioksida dari gas menjadi padat. Banyak produsen kering isi ada di Amerika Serikat, dan kering isi dikirim ke seluruh negeri untuk berbagai kegunaan. Ia adalah pendingin penting untuk menjaga makanan dingin dan mencegah pertumbuhan bakteri selama pengiriman. Kering isi yang digunakan untuk pendinginan atau pembekuan makanan harus sangat bersih dan dianggap “food grade” untuk memastikan bahwa makanan yang disentuh tidak akan terkontaminasi. Karena padat sublimasi daripada meleleh, kuantitas besar kering isi dapat dimasukkan ke dalam kontainer pengiriman tanpa harus mempertimbangkan volume air leleh yang terkumpul ketika es digunakan sebagai pendingin. Penggunaan terkait makanan luas dan termasuk pembekuan cepat makanan untuk penggunaan di masa depan di pabrik pengolahan makanan, menahan pertumbuhan ragi aktif di roti, dan menjaga makanan dingin untuk catering industri penerbangan.

Penggunaan lain meliputi: memperlambat pertumbuhan bunga di toko bunga untuk menjaga tanaman segar bagi konsumen, pembekuan flash di industri karet selama manufaktur, menyerap kebocoran pendingin ammonia, dan menciptakan asap untuk produksi teater. Aplikasi paling signifikan terkini dari kering isi adalah dry ice blasting (atau pembersihan) di mana pelet kering isi dilemparkan ke permukaan yang akan dibersihkan dengan kecepatan tinggi. Pelet membersihkan permukaan dari kontaminan, sublimasi ke atmosfer, dan tidak meninggalkan gas beracun. Sisa satu-satunya adalah kotor atau cat yang tertinggal untuk dibuang.

Sejarah

Kering isi tidak ditemukan, melainkan properti karbon dioksida padat ditemukan pada awal abad ke-20. Ia diproduksi secara komersial pertama kali pada tahun 1920 di Amerika Serikat. Suatu usaha komersial merekam nama dry ice pada tahun 1925 dan karbon dioksida padat disebut kering isi sejak saat itu. Hingga cukup akhir, kering isi sering disebut hot ice, referensi pada fakta bahwa ketika seseorang menyentuh permukaan dingin, tangan terasa terbakar.

Tampaknya Prest-Air Devices Company dari Long Island, New York pertama kali berhasil memproduksi kering isi pada tahun 1925. Juga pada tahun itu, Schrafft’s dari New York City pertama kali menggunakan produk untuk menjaga es krim terkenal mereka tidak meleleh di parlor mereka. Kering isi digunakan jauh lebih luas untuk pendinginan dan pembekuan makanan pada pertengahan abad ke-20 daripada sekarang. Hampir setiap parlor es krim di dunia menggunakan kering isi untuk menjaga es krim beku hingga setelah Perang Dunia II, ketika pendingin listrik menjadi terjangkau dan efisien. Pembuatan kering isi tidak berubah secara signifikan selama banyak dekade dan adalah proses yang relatif sederhana dengan memadatkan dan pendinginkan karbon dioksida gas. Penggunaan kering isi telah berkurang sedikit dengan hadirnya pendingin listrik yang lebih baik. Beberapa perkembangan terkini untuk penggunaannya termasuk penggunaan pelet dalam blasting atau pembersihan dan penggunaan yang meningkat dalam pengiriman spesimen medis, termasuk jantung, anggota badan, dan jaringan, untuk reattach dan transplantasi.

Bahan Baku

Satu-satunya bahan baku yang digunakan dalam pembuatan kering isi adalah karbon dioksida. Bahan baku ini adalah sampingan pengolahan gas yang dihasilkan selama pembuatan atau pemurnian produk lain. Sebagian besar karbon dioksida yang digunakan dalam pembuatan kering isi di Amerika Serikat berasal dari pemurnian gas yang dihasilkan selama pemurnian petroleum dan ammonia. Karbon dioksida yang dikeluarkan selama proses ini disedot dan “dicuci” untuk menghilangkan kotoran untuk karbon dioksida food grade yang akhirnya akan menjadi kering isi.

Proses Manufaktur

1. Karbon dioksida dicairkan dengan memadatkan dan pendinginkan, mencair pada tekanan sekitar 870 lb/in² (395 kg/cm²) pada suhu ruang. Karbon dioksida cair dipompa, melalui pipa, ke tangki penyimpanan besar sehingga produsen kering isi dapat mengambil cair yang diperlukan.
2. Karbon dioksida cair dikirim dalam kuantitas besar, kadang-kadang beratnya banyak ton. Oleh karena itu, sebagian besar produsen kering isi memilih untuk menempatkan pabrik mereka dekat raffinasi petroleum atau ammonia untuk menjaga biaya transportasi terjangkau. Karbon dioksida cair yang dipresur dan didinginkan dipipa langsung ke tangki atau gerbong kereta yang dimiliki oleh produsen kering isi dan menuju pabrik.
3. Tangki trunk berhenti di pabrik dan membuang karbon dioksida cair ke tangki besar di lokasi. Tangki ini menyimpan cair di bawah tekanan, menjaganya didinginkan sehingga tetap dalam keadaan cair. Tangki ini terletak di samping dinding pabrik dan, melalui pipa, cair dibawa langsung ke dalam saat diperlukan untuk manufaktur.
4. Karbon dioksida cair dilepaskan, lagi melalui pipa, dari tangki bersebelahan melalui dinding pabrik dan ke press kering isi. Khi cair bergerak dari lingkungan yang sangat ditekan ke tekanan atmosfer, ia melebar dan menguap dengan kecepatan tinggi, menyebabkan cair pendingin hingga titik beku yang adalah −109°F (−78,3°C). Sebuah nozel meletakkan cair ke dalam blok atas press kering isi, yang berdiri sekitar 16 kaki (4,9 m) tinggi. Press ini mencakup blok besar di atas yang dapat memberikan tekanan ekstrim pada produk yang dibawa ke dalamnya. Khi karbon dioksida cair mengenai blok press kering isi, ia segera padat karena sekarang berada pada suhu ruang. Karbon dioksida sekarang seperti salju.
5. Salju ini, sekarang di bagian atas press, harus ditekan menjadi blok kering isi. Oleh karena itu, bagian atas press ini naik turun dengan tekanan luar biasa (sekitar 60 ton), menekan salju menjadi blok padat kering isi. Ini adalah proses sekitar lima menit. Khi blok padat, biasanya sekitar 2 kaki (61 cm) lebar dan 10 inci (25 cm) tinggi, berat sekitar 220 lb (100 kg).
6. Blok kering isi putih tidak transparan ini didorong keluar dari press dan ke roller. Gores pneumatik memotong blok menjadi dua dan blok didorong ke gores lain yang memotong blok yang lebih kecil lagi. Dengan demikian, blok tunggal yang dibuat di press kering isi sekarang ada empat potongan, masing-masing berat sekitar 55 lb (25 kg).
7. Blok yang lebih kecil dimasukkan ke dalam wadah yang menjaga blok dingin sehingga sublimasi dipertahankan minimal. Khi dikirim sebagai potongan yang tidak dibungkus, mereka harus dipadatkan rapat di dalam wadah, The formation of dry ice is a series of chemical reactions. biasanya termasuk empat blok, dengan sangat sedikit udara yang diizinkan di dalam untuk mengurangi sublimasi. Khi suatu blok dikeluarkan selama pengiriman, blok lain akan segera mulai menyebar. Banyak produsen kering isi membungkus blok dalam kertas menggunakan mesin (bijak untuk tidak menyentuh permukaan yang sangat dingin) dan mengirimkannya ke distributor atau grosir.

Kontrol Kualitas

Masalah kontrol kualitas terutama berputar di sekitar grade karbon dioksida yang digunakan dalam pembuatan kering isi food grade. Akhir-akhir ini, pemerintah federal menetapkan standar yang cukup ketat untuk keurnian karbon dioksida yang digunakan dalam pembuatan kering isi, sehingga memaksa produsen untuk bersertifikat dan menguji karbon dioksida cair yang digunakan, serta keurnian produk yang diproduksi.

Masalah kontrol kualitas lain termasuk memastikan bahwa tangki dan peralatan bekerja dengan tepat. Khi tekanan tidak dipertahankan dengan baik, produk tidak dapat dihasilkan. Memindahkan produk dengan cepat dan efisien dari pemotongan ke penyimpanan sangat penting, karena kering isi dengan cepat sublimasi pada suhu ruang, sehingga mengurangi berat dan harga produk yang dapat dijual. Pengiriman harus memadatkan blok rapat untuk mengurangi sublimasi selama transpirasi juga.

Byproducts/Waste

Tidak ada bahan kimia signifikan yang dihasilkan dalam produksi kering isi. Karena produk dibuat hanya dari karbon dioksida, ketika produk sublimasi gas dikeluarkan ke atmosfer. Sisa yang terdeteksi satu-satunya adalah sublimasi produk dalam bentuk blok, yang dipertahankan minimal.

Masa Depan

Sementara penggunaan kering isi dalam pendinginan dan penyimpanan makanan mungkin menurun, penggunaannya di area lain menjanjikan. Seperti disebutkan di atas, pembersih rumah dan operator mesin tertarik pada pelet kering isi kecil untuk kemampuan mereka untuk membombardir rumah atau mesin dengan tekanan tinggi, menghilangkan kotoran atau kontaminan lain, dan kemudian menyebar ke atmosfer. Akhir-akhir ini sebuah perusahaan telepon menggunakan pelet kering isi untuk membersihkan dengan aman alat uji elektronik sensitif tanpa menggunakan pelarut berbahaya. Bengkel perbaikan mobil telah menemukan bahwa menerapkan kering isi pada gerakan pada badan kadang-kadang dapat menghilangkan deformasi. Juga, tes pada blok kering isi mendorong untuk menempatkannya ke dalam lobak tanah untuk melenyapkan hama atau menaruhnya di halaman belakang untuk menarik nyamuk agar menjauh dari manusia.

Di Mana Mempelajari Lebih Lanjut

Buku

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

The Handy Science Answer Book. Ed. kedua. Detroit: 1997.

Lainnya

“Dry Ice.” About.com Web Page. Agustus 2001. < https://inventors.about.com/library/inventors/bldryice.htm >.

dryicelnfo.com Home Page. Juli 2001. < https://www.dryiceinfo.com >.

Wawancara dengan Chuck Hines. Pemilik Arctic Dry Ice Company. Baltimore. 31 Juli 2001.

Nancy EV Bryk