یخ خشک چیست:
یخ خشک شکل جامد شده ی کربن دی‌اکسید (CO2) است که بر اثر کاهش دما (منفی ۷۸ درجه سانتیگراد) متراکم و جامد شده است. یخ خشک ذوب نمی‌شود بلکه تصعید میشود؛ تصعید یخ خشک یعنی این ماده با افزایش دما از فاز جامد مستقیما به فاز بخار می‌رود. یخ خشک عالی با فشردن مستقیم گاز اتمسفر در دمای ثابت ۷۸٫۵- درجه سانتیگراد (F° -109.2 ) از حالت جامد به گاز تبدیل میشود.
این ماده غیر سمی و غیر خوراکی است. هر کیلوگرم یخ خشک، حدود ۱.۶ کیلو ژول گرما جذب کرده و تبدیل به گاز میشود. یخ خشک را به راحتی میتوان برش زد و قطعه قطعه کرد. این ماده سفید رنگ جامد، همچون یخ سرد است اما از خود هیچ رطوبتی بر جا نمی‌گذارد؛ زیرا با افزایش دما ذوب نمی‌شود، تصعید میشود. (آب نمی‌شود بلکه بخار میشود.) یخ خشک در مقایسه با یخ معمولی ، وزن کمتری و چگالی بالاتری دارد بنابراین حمل و نقل آسان‌تری دار. این ماده در صورت استفاده در مواد خوراکی باعث عوض شدن طعم و مزه آنها نمی‌شود.
در شکل زیر نمودار تغییر فاز مربوط به کربن دی اکسید و آب قرار داده شده است. همانطور که قابل مشاهده است در فشار 1 اتمسفر یخ خشک از حالت جامد مستقیما به حالت بخار تغییر فاز پیدا میکند.
کاربرد های یخ خشک
کاربرد یخ خشک در مهندسی و تعمیرات:
کاربردهای معمول یخ خشک در فرآیندهای مهندسی عبارت است از:
مهندسی مکانیک و نفت : مونتاژ شفت با بیرینگ و چرخدنده و سایر قطعات مشابه و نظافت تانکرها و مخازن
مهندسی شیمی: فرآیند سردسازی
مهندسی عمران: انجماد موقت لوله جهت تعمیرات تعمیرات لوله و شیر
استفاده در مهندسی مکانیک و مونتاژ
یخ خشک شکل جامد دی اکسید کربن (CO2) است که در دمای 78.5- درجه سانتیگراد وجود دارد. مهندسان مکانیک و صنعتگران معمولاً از یخ خشک در فرآیندی استفاده می کنند که به آن شرینک فیت (همچنین به عنوان اتصالات انجمادی نیز شناخته می شود) نامیده می شود. بلبرینگ ها جزء لاینفک اجزای متحرک ماشین هستند و میزان اصطکاک روی قطعات در حال چرخش را کاهش می دهند. خرابی بلبرینگ در ماشین‌ها و وسایل نقلیه قدیمی‌تر، به‌ویژه آنهایی که در شرایط سایش بالا مانند محیط‌های معدنی یا شیمیایی هستند، رایج است. اتصالات شرینک معمولاً در مهندسی برای قرار دادن بلبرینگ ها، طوق ها، شفت ها و سایر اجزایی که نیاز به تداخل دارند استفاده می شود. قطعه ای که قرار است در قسمت دیگر داخل شود در یخ خشک بسته بندی شده و باعث انقباض آن می شود. در حالی که هنوز سرد است، با قسمت جفت خود مونتاژ می شود و اجازه داده میشود تا به دمای محیط بازگردد. با انجام این کار، قسمت سرد به اندازه اصلی خود باز می گردد و تداخل محکم مورد نیاز را ایجاد می کند. این فرآیند سریع، ساده برای استفاده است و برخلاف حرارت دادن اجزای مربوطه که می تواند سختی یا چقرمگی مواد را تغییر دهد، هیچ تغییری در خواص فیزیکی اجزا ایجاد نمی کند.
در صورتی که تلرانس بین بیرینگ و شفت و یا در حالت کلی بین دو قطعه بسیار بسته باشد میتوان از یخ خشک جهت منقبض کردن شفت استفاده نمود. دقت شود که شفت باید به سرعت در داخل قطعه دیگر وارد شود تا زمان کافی جهت هم دما شدن قطعات وجود نداشته باشد. در صورتی که مونتاژ با سرعت پایین انجام شود دو قطعه هم دما شده و امکان قفل شدن در داخل یکدیگر وجود دارد.
برای سرد کردن شفت به هیچ وجه اجازه نداریم از یخ معمولی (یخ حاصل از انجماد آب) به طور مستقیم استفاده کنیم، باید یخ داخل پلاستیک عایق قرار گیرد و آن پلاستیک بر روی شفت گذاشته شود. میتوانیم از یخ خشک و نیتروژن مایع به طور مستقیم استفاده کنیم. اگر قرار است از موادی استفاده شود که گرمای نهان تبخیر زیادی جذب میکنند مانند فریون ها، اکسیژن مایع و نیتروزن مایع، باید دمش این گازها و مایعات به آرامی و از فاصله دور اتفاق افتد.
کاربرد در صنعت نفت:
برای تمیز کردن تانکرها از یخ خشک استفاده میشود. زمان جمع شدن پارافین و لجن در این تانکرها برای به هم زدن ته تانکر ماده ای شیمیایی به کار می‌رود. این کار مایع و آب را از نفت جدا میکند تا نفت جمع آوری شود. برای افزایش جریان نفت در چاه از کربن دی اکسید مایع استفاده میشود.
کاربرد در تعمیرات لوله ها و شیرها
یخ خشک میتواند به سرعت دمای خط لوله ها و محتویات درون آن را کاهش دهد. این کاهش دما میتواند فورا یک قسمت یخی و مانع یخی درون خط لوله ایجاد نماید. یخ خشک دمای لوله فلزی با سایز 4/3 اینچ را در مدت 8 دقیقه میتواند تا 78.5- سرد کند. برای سرد کردن لوله از جنس پلاستیک و یا لوله با قطر بیشتر زمان بیشتری لازم است.
دیگر کاربردهای یخ خشک
پزشکی:
پزشکان برای منجمد کردن پوست، برای از بین بردن زگیل‌ها از یخ خشک استفاده میکنند؛ همچنین نمونه های پزشکی را همراه با یخ خشک به آزمایشگاه ها می فرستند. برای جلوگیری از جابجایی استخوان در هنگام حمل ونقل، آن را با یخ خشک منجمد میکنند.
نابود کردن جوندگان با یخ خشک:
برای نابود کردن لانه ی جوندگان در هر لانه تکه ای یخ خشک قرار دهید و با خاک روی آن را بپوشانید زیرا یخ خشک از هوا سنگین تر است به راحتی وارد لانه ی آنها میشود.
استفاده از یخ خشک در دستگاه جرم گیر:
دستگاه جرم گیر با استفاده از دانه‌های فشرده‌ی یخ خشک، به قطر ۳ میلیمتر موجب رسوب زدایی ماشین آلات و سطوح مختلف می‌گردد.
استفاده از یخ خشک در گلخانه ها برای رشد گیاهان:
از آنجا که دی اکسید کربن در یک گلخانه به دو طریق «مبادله طبیعی هوا و فتوسنتز» کاهش می یابد، نیاز به دی اکسید کربن تکمیلی وجود دارد. برای تامین دی اکسید کربن میتوان از ظروف محتوی دی اکسید کربن جامد، یخ خشک استفاده کرد که با قرار گرفتن در معرض هوا خودبه خود از آنها دی اکسید کربن خالص آزاد می شود
ترمیم آسیب های ناشی از تگرگ:
یخ خشک فلزها را منقبض میکند و فرورفتگی‌های کوچک روی خودرو ها را ترمیم می‌نماید یا آنها را کاهش می‌دهد.
کپسولهای آتش نشانی با یخ خشک:
در کپسولهای آتش نشانی برای خاموش کردن مواد نفتی از یخ خشک استفاده میکنند زیرا یخ خشک از آب سبک تر است
مواد غذایی:
برای تهیه نوشابه و نوشیدنی‌های گازدار از یخ خشک استفاده میشود.
ذخیره یا انتقال مواد به واسطه یخ خشک:
- برای نگهداری و حمل ونقل چسب های مخصوص میتوان از یخ خشک استفاده کرد؛ دمای پایین یخ خشک برخی از واکنش‌های شیمیایی را کند یا متوقف میکند. همچنین برای خنثی کردن برخی قلیاها میتوان از یخ خشک استفاده کرد.
- نگهداری از چسب‌ها با کند کردن واکنش شیمیایی
- جابجایی گاز با یخ خشک بعنوان بی اثر کننده‌ی محیط
- برای جابجایی تانکرهای گاز زیرزمینی از یخ خشک استفاده میکنند زیرا از آتش سوزی پیشگیری میکند. همچنین برای کاهش واکنش پذیری استیلن در حمل ونقل، از یخ خشک به عنوان گاز بی اثر در کپسولهای جوشکاری استفاده میکنند زیرا از گازهای بی اثر ارزان تر است.
- انتقال گیاهان، ذخیره یا انتقال مواد غذایی و … با یخ خشک
استفاده در فیلم‌ها، مهمانی‌ها و نمایش‌ها برای ایجاد مه و جلوه های ویژه
اگر یخ خشک را به آب داغ یا بخار آب اضافه کنیم، مه غلیظی تولید شده و این مه روی زمین ته نشین میشود. وسایلی که تولید دود، مه یا بخار میکنند می‌توانند در تولید جلوه های ویژه هیجان انگیزی به کار روند.
در برخی رستوران‌ها یا میهمانی‌ها برای زیباتر کردن ظرف بستنی، نوشیدنی، دسر و غیره گاهی از یخ خشک در حال تصعید استفاده میشود. همچنین گاهی برای ایجاد دود زیاد و جلوه ویژه برای قلیان در قهوه خانه ها از یخ خشک استفاده میکنند. (خوراکی یا نوشیدنی دودی)
بارور کردن ابرها با یخ خشک
یکی از روش‌های باروری ابرها، پاشاندن مواد سرمازا مانند یخ خشک به ابرهاست.
یخ خشک برای برداشتن کاشی های کف:
یخ خشک می تواند با انقباض و انجماد کاشی های کف را سست کند و با دمای پایین خود موجب از بین رفتن پیوندها و جدا شدن آن شود. اگر در مرکز کاشی یخ خشک قرار دهیم پس از چند لحظه کاشی بلند میشود در غیر اینصورت می‌توانید با وارد کردن یک ضربه چکش، کاشی را به راحتی جدا کنید.
داغ زدن بر چارپایان با یخ خشک:
برای داغ زدن اسب ها، حیوانات اهلی و سگ های شکاری، از یخ خشک همراه الکل ۹۰% فراسرد شده استفاده میشود.
یخ خشک برای دور کردن پشه ها:
پشه ها انسان‌ها و جانوران را از طریق تنفس و پس دادن کربن دی اکسیدی در اطراف خود می یابند پس می توان پشه ها را با یخ خشک به دام انداخت.
یخ خشک چگونه درست میشود؟
تولید یخ خشک بی‌رنگ (مرغوب) با فشرده کردن گاز دی اکسید کربن امکان‌پذیر است. روش‌های تولید یخ خشک به‌طور خلاصه به ترتیب زیر است:
۱. گاز دی اکسید کربن خالص را زیر فشار و سرما قرار می‌دهند تا به مایع تبدیل شود.
۲. در هنگام فشرده کردن مقداری از دی اکسید مایع تبخیر میشود و با پایین آمدن درجه حرارت دی اکسید کربن مایع، مقدار باقی مانده در نهایت به‌طور کامل از مایع به جامد تبدیل می‌شوند.
۳. در نهایت دی اکسید کربن جامد را که فشرده و جامد شده است با قالبهای کوچک یا بزرگ مکعبی، یخ خشک را بسته‌بندی میکنند. استانداردهای این قالبهای مکعبی تقریباً ۳۰ کیلوگرم است.
برای ساختن یخ خشک لازم نیست وسایل سرمایش قوی داشته باشیم. تنها کافی است دی اکسید کربن (با فشار بالا) داشته باشیم. مثلاً اگر کپسولی از کربن دی اکسید با فشاری در حدود حداقل ۷۵ بار و دمای حدود ۳۱ درجه سانتیگراد داشته باشید، چنانچه آن را برعکس کنید طوری که شیر خروجی آن در پایین قرار گیرد و سپس شیر را باز کنید، کربن دی اکسید به صورت یخ خشک از آن خارج میشود.
علت این پدیده فرایند اختناق یا خفگی است که در آن چنانچه فشار سیالی به صورت ناگهانی کم شود دمای سیال نیز کم میشود (البته بسته به مقدار ضریبی به نام ضریب ژول-تامسون). از همین پدیده در یخچال برای خنک کردن گاز سردکننده استفاده میشود.
خطرات استفاده نادرست از یخ خشک
تهویه در محیط نگهداری یخ خشک باید مناسب باشد تا گاز دی اکسید کربن به خارج هدایت شود. استفاده از یخ خشک در محیط بسته مشکلات تنفسی ایجاد میکند زیرا کربن دی اکسید هوا را افزایش می‌دهد.
اگر چه یخ خشک غیر سمی است اما در اثر تنفس بیش از اندازه دی اکسید کربن، تنفس سخت و ناخن‌ها و لب‌ها به رنگ آبی تیره میشود.
با تصعید یخ های خشک، گاز دی اکسید کربن ایجاد میشود که از هوای معمولی سنگین‌تر است و به همین خاطر به سطح پایین زمین منتقل شده و هوای معمولی بالا می رود. در صورتی که مقدار دی اکسید کربن در محیط زیاد شود باعث خفگی انسان‌ها می‌گردد.
تماس پوست دست با یخ خشک باعث انجماد سریع سلولهای دست میشود و آسیب‌هایی همچون سوختگی و سرما زدگی ایجاد میکند. پس باید هنگام حمل آن از دستکش محافظ استفاده کرد.
در مخازن آب‌بندی شده نباید یخ خشک قرار دهید، چرا که فشار داخل مخزن به علت تصعید افزایش می‌یابد و باعث انفجار میشود. سطح قرارگیری یخ خشک روی آن باید مناسب دمای پایین باشد زیرا ممکن است در اثر سرمای شدید سطح مربوطه ترک بخورد.
