Производство и применение искусственного водного и "сухого" льда
Производство и применение искусственного водного и "сухого" льда.
Водный лед, полученный из пресной и морской воды, используют для охлаждения, хранения и транспортирования продуктов питания.
Широкое применение льда в качестве охлаждающей среды объясняется прежде всего его физическими свойствами, а также экономическими факторами. Температура плавления водного льда при атмосферном давлении 0°С, удельная теплота плавления 334,4 Дж/кг, плотность 0,917 кг/м3, удельная теплоемкость 2,1 кДж/(кг•К), теплопроводность 2,3 Вт/(м•К). При переходе воды из жидкого состояния в твердое (лед) происходит увеличение объема на 9%.
Естественный лед
Искусственный водный лед получают с помощью льдогенераторов трубчатого типа, где лед образуется внутри труб вертикального кожухотрубного испарителя, в межтрубном пространстве которого кипит жидкий аммиак. Вода поступает в трубы испарителя сверху через водораспределительное устройство, в которое она подается насосом из бака, смонтированного под кожухом аппарата. В отверстия труб вставляют насадки, благодаря которым вода, поступающая в трубы, закручивается и пленкой стекает по их внутренней поверхности, частично замерзая. Не замерзшая вода собирается в бак, откуда опять подается в водораспределительное устройство. Благодаря непрерывной циркуляции из воды удаляется воздух, поэтому лед получается прозрачным. Когда стенки ледяных цилиндриков достигают толщины 4-5 мм, намораживание прекращают, насос останавливают, испаритель отключают от всасывающей стороны машины и соединяют с ее нагнетательной стороной, в результате чего в испаритель поступают горячие пары аммиака при давлении конденсации. Эти пары вытесняют из испарителя жидкий аммиак в ресивер (сборник аммиака), прогревают стенки труб, намороженный лед отделяется от стенок и под действием силы тяжести сползает вниз. При выходе из труб ледяные цилиндрики попадают под вращающийся нож, который разрезает их на части определенной высоты. Готовый лед падает в бункер и дальше по льдоскату выводится из льдогенератора.
Искусственный лед получают путем замораживания чистой пресной или морской воды в льдогенераторах. Качество льда, его форма, размер и способ получения, хранения и доставки потребителю обусловлены назначением и спецификой применения.
Матовый лед изготавливают из питьевой воды без какой-либо ее обработки в процессе замораживания. В отличие от естественного он имеет молочный цвет, обусловленный наличием большого количества пузырьков воздуха, которые образуются в процессе превращения воды в лед. Пузырьки уменьшают проницаемость льда для световых лучей, и он становится непрозрачным.
Прозрачный лед по виду напоминает стекло. Для его получения в форму наливают воду и при помощи форсунок продувают через нее сжатый воздух. Проходя через замораживаемую воду, oн захватывает и увлекает за собой пузырьки воздуха. Прозрачный лед изготавливают в виде кусков небольших размеров и используют для охлаждения напитков.
Лед с бактерицидными добавками предназначен для охлаждения рыбы, мяса, птицы и некоторых видов овощей путем непосредственного соприкосновения с ними. Бактерицидные добавки снижают обсеменённость продуктов микроорганизмами.
В зависимости от формы и массы искусственный лед бывает блочный (5-250 кг), чешуйчатый, прессованный, трубчатый, снежный.
Блочный лед дробят на крупный, средний и мелкий.
Чешуйчатый лед получают путем напыления воды на вращающийся барабан, плиту или цилиндр, являющиеся испарителями хладагента. Вода на поверхности барабана быстро замерзает, а образовавшийся лед при его вращении срезается фрезами или ножом. Льдогенераторы производят от 60 до 5000 кг/сут такого льда. Чешуйчатый лед эффективен при охлаждении рыбы, мясных изделий, зеленых овощей, некоторых плодов. Наибольший коэффициент теплоотдачи достигается, когда при охлаждении продукты плотно сопри-касаются со льдом.
В результате смешивания дробленого
водного льда с различными солями
помимо теплоты таяния льда поглощается
теплота растворения соли в воде,
что позволяет существенно
Сухой лед - твердый диоксид углерода. Производство сухого льда состоит из трех последовательных стадий: получения чистого газообразного диоксида углерода, сжижения его до образования снегообразной массы и прессования последней блоками плотностью 1400-1500 кг/м3. Различают его производство по циклу высокого, среднего и низкого давлений.
Сухой лёд получают из углекислого газа, который можно получить путём спиртового или металлического брожения или синтеза аммиака.
Сухой лед из жидкого диоксида углерода также получают двумя способами: дросселированием жидкого диоксида углерода по давлению тройной точки с последующим прессованием рыхлого влажного снега в блоки сухого льда; дросселированием до атмосферного давления с уплотнением блока льда в процессе льдообразования. Как охлаждающая среда он имеет значительные преимущества перед водным льдом: холодопроизводительность на единицу массы в 1,9, а на единицу объема в 7,9 раза больше; при атмосферном давлении сухой лед переходит в газообразное состояние, минуя жидкую фазу, что исключает увлажнение поверхности продукта. Благодаря низкой температуре сублимации сухого льда (-78,9°С) и выделению газообразного ди-оксида углерода понижается концентрация кислорода у поверхности продукта, создаются неблагоприятные условия для жизнедеятельности микроорганизмов.
Сухой лед укладывают поверх и между упаковок продуктов и используют как охлаждающую среду для хранения мороженого, фруктов, ягод. Сухой дробленый лед используют в специальных системах охлаждения, для чего его помещают в металлические емкости. Продукты сублимации льда отводят в грузовой объем помещения или наружу.
Прямым эжектированием жидкого диоксида углерода получают твердый гранулированный, или снегообразный, диоксид углерода, который используют для охлаждения упакованных продуктов (мясных, рыбных, овощных).
Производство водного льда |
|
|
Производство искусственного водного льда сосредоточено в рыбной, мясной и молочной промышленности, на железнодорожном транспорте и в торговле. По количеству льдозаводов и их мощности первое место занимает рыбная промышленность (43 %), второе — железнодорожный транспорт (22,7%), третье — торговля (20,5%), четвертое — мясная и молочная промышленность. Льдозаводы рыбной, мясной и молочной промышленности применяют лед для собственных производственных нужд. Искусственный лед используется
для перевозки скоропортящихся
продуктов в изотермических вагонах.
Льдозаводы (чиллеры) при распределительных холодильниках
торговли снабжают льдом предприятия
торговли и общественного питания, а также
рыбную промышленность. Около 80% всех действующих
льдозаводов размещены в южных районах
страны. Расход холода, топлива и электроэнергии
на единицу продукции устанавливают по
соответствующим нормативам. Заработную
плату определяют в соответствии с планом
по труду: начисления планируют в установленном
проценте к заработной плате. В прямую
заработную плату включают заработную
плату рабочих-крановщиков и рабочих,
осуществляющих фасовку и упаковку льда. | ||
В настоящее время известны три аморфных разновидности и 15 кристаллических модификаций льда. Фазовая диаграмма на рисунке справа показывает при каких температурах и давлениях существуют некоторые из этих модификаций (более полное описание см.ниже).
Фазовая диаграмма льда. Давление (ГПа) в логарифмическом масштабе, температура слева — в градусах Цельсия, справа — Кельвина, 1 — жидкая фаза
В природных условиях Земли лёд представлен, главным образом, одной кристаллической модификацией, кристаллизующейся в гексагональной сингонии (лёд Ih). Во льду Ih каждая молекула Н2O окружена четырьмя ближайшими к ней молекулами, находящимися на одинаковых расстояниях от неё, равных 2,76 Å и размещённых в вершинах правильного тетраэдра.
Кристаллическая структура льда Ih. Серыми пунктирными линиями показаны водородные связи.
Ажурная структура такого льда приводит к тому, что его плотность, равная 916,7 кг/м³ при 0 °C, ниже плотности воды (999,8 кг/м³) при той же температуре. Поэтому вода, превращаясь в лёд, увеличивает свой объём примерно на 9 %[1]. Лёд, будучи легче жидкой воды, образуется на поверхности водоёмов, что препятствует дальнейшему замерзанию воды.
Высокая удельная теплота плавления льда, равная 330 кДж/кг, (для сравнения — удельная теплоты плавления железа равна 270 кДж/кг), служит важным фактором в обороте тепла на Земле. Так, чтобы растопить 1 кг льда или снега, нужно столько же тепла, сколько требуется, чтобы нагреть литр воды от 0 до 80 °C
Лёд встречается в природе в виде собственно льда (материкового, плавающего, подземного), а также в виде снега, инея и т. д. Под действием собственного веса лёд приобретает пластические свойства и текучесть.
Природный лёд обычно значительно чище, чем вода, так как при кристаллизации воды в первую очередь в решётку встают молекулы воды (см. зонная плавка). Лёд может содержать механические примеси — твёрдые частицы, капельки концентрированных растворов, пузырьки газа. Наличием кристалликов соли и капелек рассола объясняется солоноватость морского льда.
Лёд в Арктике
[править] Лёд на Земле
Основная статья: Криосфера
Общие запасы льда на Земле около 30 млн км³. Основные запасы льда на Земле сосредоточены в полярных шапках (главным образом, в Антарктиде, где толщина слоя льда достигает 4 км).
[править] В океане
Основная статья: Морской лёд
Вода в мировом океане солёная и это препятствует образованию льда, поэтому лёд образуется только в полярных и субполярных широтах, где зима долгая и очень холодная. Замерзают некоторые неглубокие моря, расположенные в умеренном поясе. Различают однолетние и многолетние льды. Морской лёд может быть неподвижным, если связан с сушей, или плавучим, то есть дрейфующим. В океане встречаются льды, отколовшиеся от ледников суши и спустившиеся в океан в результате абляции, — айсберги.
[править] Лёд в космосе
Имеются данные о наличии льда на планетах Солнечной системы и в ядрах комет. Изо льда сложена поверхность Европы — спутника Юпитера.
[править] Использование льда в технике
Иглу
Ледяная гидросмесь. В конце 1980-х годов лаборатория Аргонн разработала технологию изготовления ледяной гидросмеси (Ice Slurry), способной свободно течь по трубам различного диаметра, не собираясь в ледяные наросты, не слипаясь и не забивая системы охлаждения[2]. Солёная водяная суспензия состояла из множества очень мелких ледяных кристалликов округлой формы. Благодаря этому сохраняется подвижность воды и, одновременно, с точки зрения теплотехники она представляет собой лёд, который в 5—7 раз эффективнее простой холодной воды в системах охлаждения зданий. Кроме того, такие смеси перспективны для медицины. Опыты на животных показали, что микрокристаллы смеси льда прекрасно проходят в довольно мелкие кровеносные сосуды и не повреждают клетки. «Ледяная кровь» удлиняет время, в течение которого можно спасти пострадавшего. Скажем, при остановке сердца это время удлиняется, по осторожным оценкам, с 10—15 до 30—45 минут.
Использование льда в качестве конструкционного материала широко распространено в приполярных регионах для строительства жилищ — иглу. Лёд входит в состав предложенного Д. Пайком материала Пайкерит, из которого предлагалось сделать самый большой в мире авианосец. Использование льда для постройки искусственных островов описывается в фантастическом романе Ледяной остров.
[править] Фазы льда
Фаза |
Характеристики[3][4] |
|
Аморфный лёд |
Аморфный лёд не обладает кристаллической структурой. Он существует в трех формах: аморфный лёд низкой плотности (LDA), образующийся при атмосферном давлении и ниже, аморфный лёд высокой плотности (HDA) и аморфный лёд очень высокой плотности (VHDA), образующийся при высоких давлениях. Лёд LDA получают очень быстрым охлаждением жидкой воды («сверхохлаждённая стекловидная вода», HGW), или конденсацией водяного пара на очень холодной подложке («аморфная твёрдая вода», ASW), или путём нагрева высокоплотностных форм льда при нормальном давлении («LDA»). |
Лёд Ih |
Обычный гексагональный кристаллический лёд. Практически весь лёд на Земле относится ко льду Ih, и только очень малая часть — ко льду Ic. |
Лёд Ic |
Метастабильный кубический кристаллический лёд. Атомы
кислорода расположены как в кристаллической
решётке алмаза. |
Лёд II |
Тригональный кристаллический лёд с высокоупорядоченной структурой. Образуется изо льда Ih при сжатии и температурах от −83 °C до −63 °C. При нагреве он преобразуется в лёд III. |
Лёд III |
Тетрагональный кристаллический лёд, который возникает при охлаждении воды до −23 °C и давлении 300 МПа. Его плотность больше, чем у воды, но он наименее плотный из всех разновидностей льда в зоне высоких давлений. |
Лёд IV |
Метастабильный тригональный лёд. Его трудно получить без нуклеирующей затравки. |
Лёд V |
Моноклинный кристаллический лёд. Возникает при охлажении воды до −20 °C и давлении 500 МПа. Обладает самой сложной структурой по сравнению со всеми другими модификациями. |
Лёд VI |
Тетрагональный |
Лёд VII |
Кубическая модификация. Нарушено расположение атомов водорода; в веществе проявляется дебаевская релаксация. Водородные связи образуют две взаимопроникающие решётки. |
Лёд VIII |
Более упорядоченный вариант льда VII, где атомы водорода занимают, очевидно, фиксированные положения. Образуется изо льда VII при его охлаждении ниже 5 °C. |
Лёд IX |
Тетрагональная метастабильная модификация. Постепенно образуется изо льда III при его охлаждении от −65 °C до −108 °C, стабилен при температуре ниже −133 °C и давлениях между 200 и 400 МПа. Его плотность 1,16 г/см³, то есть, несколько выше, чем у обычного льда. |
Лёд X |
Симметричный лёд с |
Лёд XI |
Ромбическая низкотемпературная равновесная форма гексагонального льда. Является сегнетоэлектриком. |
Лёд XII |
Тетрагональная метастабильная плотная кристаллическая модификация. Наблюдается в фазовом пространстве льда V и льда VI. Можно получить нагреванием аморфного льда высокой плотности от −196 °C до примерно −90 °C и при давлении 810 МПа. |
Лёд XIII |
Моноклинная кристаллическая разновидность. Получается при охлаждении воды ниже −143 °C и давлении 500 МПа. Разновидность льда V с упорядоченным расположением протонов. |
Лёд XIV |
Ромбическая кристаллическая разновидность. Получается при температуре ниже −155 °C и давлении 1,2 ГПа. Разновидность льда XII с упорядоченным расположением протонов. |
Лёд XV |
Псевдоромбическая кристаллическая разновидность льда VI с упорядоченным расположением протонов. Можно получить путём медленного охлаждения льда VI примерно до −143 °C и давлении 0,8-1,5 ГПа.[5] |
Новые исследования формирования водяного льда на ровной поверхности меди при температурах от −173 °C до −133 °C показали, что сначала на поверхности возникают цепочки молекул шириной около 1 нм не гексагональной, а пентагональной структуры[6] .
[править] Льды Арктики
Дрейфующий лёд в Арктике
Лёд в период летней навигации
Плотный лёд
Ледяные поля
Атомоход «Ямал» ломает лёд
Образование ниласа
Снежницы на ледяном поле
Разлом льда
[править] См. также
- Газовые гидраты
- Сосулька
- Ледник
- Лёд-девять (вымышленный материал)
- Технология перекачиваемого льда
[править] Примечания
- ↑ Замерзающая вода выдавливает дно металлической емкости (видео)
- ↑ Хирурги наполнят тела пациентов текущим льдом
- ↑ Фазы льда (англ.)
- ↑ Ледяные узоры высокого давления
- ↑ Впервые получен лёд XV
- ↑ A one-dimensional ice structure built from pentagons. Nature Materials. 8 March 2009 (англ.)
[править] Литература
- Маэно Л. Наука о льде. М.: Мир, 1988.
- Шавлов А. В. Лёд при структурных превращениях. Новосибирск: Наука, 1996.
[править] Ссылки
- Кристаллы снега и льда
- Арабаджи В. Загадки простой воды. Сооружения из льда
- Шавлов А. В., Рябцева А. А., Шавлова В. А. «Сверхскользкий лед для конькобежного спорта» (2007)
Портал «Гидрология» | |
Лёд в Викисловаре? | |
|
|
Ice на Викискладе? |
|
|
Это заготовка статьи по гляциологии. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её. |
|
Это заготовка статьи по гидрологии. Вы можете помочь проекту, исправив и дополн |
Производство льда |
Одиннадцать лет назад компания друзей отдыхала на балконе. Попивали джин с тоником. Для полноты ощущений не хватало приятной прохлады свежего льда в стакане с дорогим напитком. Заморозить в холодильнике? Да нет, лед будет неправильным, он ведь впитывает все запахи. Купить? Негде. Пока еще негде… Свежеиспеченные основатели нового бизнеса обменялись красноречивыми взглядами.
Как это нередко случается со стартующими компаниями, ошибочка все–таки вышла. «Мы исследовали Интернет, съездили в Штаты, Канаду и твердо решили заняться производством и продажей пищевого льда, — вспоминает один из учредителей компании «Аст–айс», коммерческий директор Сергей Храмцов. — Потому что ничего подобного в России не было. Суть дела казалась очевидной, нужны были ледогенераторы, помещение и транспорт, чтобы развозить готовый продукт. Просчитали инвестиции — выходило что–то около 100–150 тысяч долларов. Рассуждали так: сырье — вода, продукт — простой, производство — понятное. Но когда выяснилось, что такое пятиступенчатые системы фильтрации воды, морозильные камеры и спецтранспорт, мы схватились за голову. 300 тысяч долларов вложили сразу — деньги пошли на запуск в подмосковном Воскресенске и отладку логистики».
Вдобавок ко всему оказалось, что
лед как пищевой продукт
Сначала пришлось скорректировать расходы на оборудование. Предприниматели рассчитывали приобрести отечественные ледогенераторы, но выяснилось, что установок необходимой мощности наша промышленность не производит. 20 килограммов — жалкий максимум, который можно было выжать из них. А такого количества льда хватит разве что для небольшой вечеринки. Застолья побольше, а тем более массовые продажи, на что с самого начала рассчитывали бизнесмены, требовали применения импортного оборудования.
Температура льда, производимого
Продавать лед «Аст–айс» начала «с колес». О первых попытках реализовать товар Сергей Храмцов вспоминает не без иронии. Это сегодня продукт понятен и востребован аудиторией. Но тогда… Некоторые клиенты буквально задыхались от злости. Лед? Какой еще лед? Может, вы еще снег и воздух продавать начнете?
Из всех известных рекламных каналов сработали лишь два, причем самые народные — «от двери к двери» да «сарафанное радио». Попытка размещать прямую рекламу в СМИ закончилась неудачей, а на массовую пропаганду правильного потребления этого продукта у начинающей компании просто не было денег. Бизнес спасали неутомимые менеджеры по продажам. Стратегических направлений развития сбыта было два — продажа льда в магазинах и поставка в бары, рестораны, клубы (этот сегмент именуют еще HoReCa). Ставку сделали на второе направление. И не ошиблись. Еще с советских времен в «Праге» и «Пекине» морозили собственный лед для партийных и дипломатических застолий. Кроме того, на стороне предпринимателей оказались бармены, барыши которых напрямую зависели от количества замороженной воды в бокалах с дорогими напитками! Но ведь в каждом уважающем себя ресторане или баре есть собственный генератор льда — зачем же его покупать? В том–то и дело, что в жарких недрах ресторана даже самые что ни на есть импортные машины бунтуют и вместо 30 килограммов льда в день нередко выдают жалкие пять, а то и вовсе объявляют забастовку.
Итог: спустя 10 лет с момента старта «Аст–айс» обслуживает уже более 300 ресторанов и кафе в столице, плюс небольшой объем готового порционного льда реализует через сетевую розницу.
Лед тронулся
Производство пищевого льда — бизнес капиталоемкий. Сегодня для старта нужно выложить от 300 до 500 тысяч долларов. Да и окупается долго — от 5 до 7 лет. Однако кажущаяся простота и стабильный рост этого направления постоянно привлекают инвесторов. За прошедшее время основателям «Аст-айса» удалось созерцать печальный финал двух конкурентов. «Надеемся, переживем и третьего», — говорит Сергей Храмцов о главном своем сопернике, компании «Фрозекс», с которой приходится делить рынок (в «Аст–айс» утверждают, что контролируют около 70% рынка).
Еще в 2000 году в Москве появилась прибалтийская компания «Лас холдинг». Но дело не заладилось — в течение лета прибалтам удалось реализовать не более 30 тонн льда. В итоге «Лас холдинг» распродал оборудование за полцены, а через пару лет судьбу этой компании повторила фирма «Белый медведь». «Фрозекс» на рынке уже второй год и, кажется, уходить пока не собирается — спасибо опыту и ошибкам предшественников. Компания вышла с брэндированным льдом, одновременно начав производство льда «Medоff» — продукта–заменителя, позволяющего производителю алкоголя обходить ограничения на рекламу. «В чем–то они создали нам сложности, — признается Сергей Храмцов, — а в чем–то, наоборот, помогли. В конце концов, для бизнеса здоровая конкуренция — это нормально».
Как и мороженое, пищевой лед — сезонный товар. В высокий сезон — летом — «Аст–айс» реализует до 60% всей продукции. Остальные 40% распределяются достаточно равномерно, разве что с праздничными всплесками, впрочем — вполне прогнозируемыми. «Как только становится жарко, наступает наше время. Прибыльными в этом бизнесе являются только два квартала — второй и третий, а четвертый «подтягивается» за счет новогодних праздников», — говорит Храмцов.
Имеющиеся производственные мощности позволяют компании производить до 10 тонн пищевого льда в сутки, что в совокупности с солидной емкостью морозильных складов (50 тонн) позволяет не бояться резких пиков спроса. «Сейчас все наши усилия направлены на то, чтобы открыть этот рынок не только для москвичей, но и для жителей регионов России. Пока продукция попадает в регионы — Питер, Краснодарский край, Казань — через дистрибьюторов. Но, как говорят наши региональные партнеры, людей за пределами Москвы надо еще приучать к этому товару», — признаются в «Аст–айс».
Третье состояние воды
Вложившись в морозильные
— Как специалисты по пищевому льду мы можем делать ледяную посуду, например тарелки, икорницы, устричницы, тарелки и подносы под морепродукты, ледяные горки, через которые льется мартини, — говорит Сергей Храмцов. — Такой товар и раньше присутствовал на рынке, однако покупатели часто сомневались в происхождении льда. Поэтому мы решили сертифицировать ледяную посуду, а это настоящий «бонтон» для дорогого ресторана. Понятно, что по цене такой лед не может конкурировать с речным или озерным льдом, «заводом» для которого служит сама природа. А вот когда мы делаем ледяные скульптуры, то предлагаем заказчику выбор: можно — из речного льда, можно — из нашего, промышленного.
Что касается ледяных скульптур, то
о «несерьезности» этого
— В декабре прошлого года морозы ударили только в середине месяца, так что у тех, кто хотел украсить праздник ледовой композицией, было лишь два варианта — везти лед из Сибири за пять тысяч километров либо заказать у нас, — говорит Храмцов. — А вообще мы все чаще делегируем своих скульпторов на выполнение региональных заказов — возводили ледяные дома и дворцы в Иркутске, Омске, Нижнем Тагиле, Архангельске, Минске, Киеве и Алма–Ате. Но самое главное, что всего два года назад этот рынок был абсолютно пустым, а сейчас даже летом бизнес на скульптурах оказывается выгодным. Раньше клиенты не понимали, что ледяная скульптура — это на самом деле огромная глыба, которая может очень долго прожить даже при тридцатиградусной жаре. Помню, одна наша скульптура целый день простояла под палящим солнцем. Вечером приехали забирать остатки, а она — как новая, подтаяла всего на полтора сантиметра!

- Производство и применение лакокрасочных материалов в Томске
- Производство и распределение электроэнергии, газа и воды
- Производство и реализация продуктов пчеловодства
- Производство и рынок биотоплива
- Производство и себестоимость продукции
- Производство искусственного белка
- Производство и спрос на экономические ресурсы
- Производство изделий из листовых материалов
- Производство изопропилбензола
- Производство и издержки производства
- Производство и издержки фирмы
- Производство и классификация резин
- Производство индустриальных масел
- Производство и передача эклектроэнергии на расстоянии