RSS

เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับสมบัติของ ของแข็ง ของเหลว และ แก๊ส

เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับสมบัติของ
ของแข็ง ของเหลว และ แก๊ส


1.น้ำแข็งแห้ง (dry ice)

..........................เป็นคาร์บอนไดออกไซด์ในสถานะของแข็ง เรียกอีกชื่อหนึ่งว่าคาร์บอนไดออกไซด์แข็ง หรือ solid carbon dioxide เตรียมได้จากการนำก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มาผ่านกระบวนการอัดและทำให้เย็นลงภายใต้ความดันสูงกลายเป็นคาร์บอนไดออกไซด์เหลว แล้วลดความดันลงอย่างรวดเร็วโดยการพ่นคาร์บอนไดออกไซด์เหลวสู่ความดันบรรยากาศ ผลที่ได้คือเกล็ดน้ำแข็งคล้ายเกล็ดหิมะ แล้วจึงนำมาอัดเป็นรูปแบบและขนาดต่าง ๆ ตามวัตถุประสงค์ของการนำไปใช้ ซึ่งมีทั้งรูปแบบเป็นก้อน (block) ขนาดครึ่งถึง 15 กิโลกรัม เป็นแผ่น (slice) ขนาดตั้งแต่ครึ่งถึง 1 กิโลกรัมเป็นแท่ง (pellet) ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 3 มิลลิเมตร 9 มิลลิเมตร และ 15 มิลลิเมตร เป็นต้น
น้ำแข็งแห้งแตกต่างจากน้ำแข็งธรรมดาทั่วไปคือ มีอุณหภูมิเย็นจัดถึง -79?C ในขณะที่น้ำแข็งธรรมดาทั่วไปมีอุณหภูมิประมาณ 0?C ที่อุณหภูมิห้องน้ำแข็งแห้งจะระเหิดกลายเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์โดยไม่หลอมละลายเป็นของเหลวเหมือนน้ำแข็งธรรมดาทั่วไป จึงเป็นเหตุผลว่าทำไมเราจึงเรียก "น้ำแข็งแห้ง" น้ำแข็งแห้งจะให้ความเย็นมากกว่าน้ำแข็งธรรมดาทั่วไปถึง 2 หรือ 3 เท่าเมื่อเทียบโดยน้ำหนักหรือปริมาตรที่เท่ากัน
น้ำแข็งแห้งถูกนำมาใช้ประโยชน์หลาย ๆ ด้าน เช่น ในอุตสาหกรรม อาหารประเภทไอศกรีม นม เบเกอรี่ ไส้กรอก และเนื้อสัตว์ เพื่อถนอมอาหารในขั้น ตอนการผลิตหรือในการขนส่งหรือเก็บอาหารสำหรับเสิร์ฟบนเครื่องบิน ใช้ในการ ขนส่งเวชภัณฑ์ใช้ในการทำความสะอาดเครื่องจักร แบบหล่อหรือแม่พิมพ์ หรือใช้ในการบดเย็นวัสดุสังเคราะห์ที่แตกยาก นอกจากนี้ยังใช้ในการทำหมอก ควัน ในการ แสดงต่าง ๆ และอาจใช้ผสมในเครื่องดื่มเพื่อให้เกิดฟองปุด และให้เกิดความเย็น เป็นต้น


ด้วยคุณสมบัติของน้ำแข็งแห้ง จึงสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้หลายทาง เช่น ใช้ใน
อุตสาหกรรมการถนอมอาหารและไอศกรีม ใช้ในการขนส่งเวชภัณฑ์ ใช้ในการทำหมอกควันในการแสดงบนเวทีต่าง ๆ รวมทั้งใช้ในอุตสาหกรรมด้านทำความสะอาดเครื่องจักร

อันตรายของน้ำแข็งแห้งอยู่ที่
๑. การหยิบจับ สัมผัส น้ำแข็งแห้งโดยตรง เพราะจะทำให้บริเวณที่สัมผัสไหม้จากความเย็นจัดได้ ดังนั้นจึงห้ามสัมผัสน้ำแข็งแห้งโดยตรง
๒. อาจทำให้เกิดระเบิดในกรณีที่นำน้ำแข็งแห้งมาใส่ภาชนะที่ปิดสนิท เนื่องจากแรงดันที่เกิดขึ้นจากการที่น้ำแข็งแห้ง ระเหิดกลายเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สะสมจนถึงระดับหนึ่งที่สามารถระเบิดได้
๓. การใช้น้ำแข็งแห้งในห้องแสดงคอนเสิร์ต ควรต้องมีการจัดการระบายอากาศที่ดีพอ โดยเฉพาะการระบายอากาศทางด้านล่าง เพื่อป้องกันการสะสมของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งจะทำให้ขาดอากาศหายใจได้
๔. หากใช้น้ำแข็งแห้งเพื่อความเย็นของไอศกรีม ควรห่อน้ำแข็งแห้งด้วยกระดาษหรือบรรจุในถุงกระดาษให้เรียบร้อย



2.การสกัดสารโดยใช้ CO2 ที่อยู่ในรูปของของไหล (CO2-Fluid)

.......................... การสกัดสารโดยใช้ CO2 ที่อยู่ในรูปของของไหล (CO2-Fluid) เป็นเทคโนโลยีชั้นสูง เทคนิคการสกัดแบบนี้จะใช้แก๊ส คาร์บอนไดออกไซด์ในรูปของของไหลแทนตัวทำละลายอินทรีย์ต่างๆ เช่น แอซีโตน เฮกเซน หรือ เมทิลีนคลอไรด์

................................CO2 เมื่ออยู่ภายใต้ภาวะวิกฤติยิ่งยวด (supercritical state) คือที่อุณหภูมิ 31c และความดัน 73 บรรยากาศ จะมีสภาพเป็นของไหล และมีสมบัติหลายประการที่เหมือนทั้งแก็สและของเหลว
สมบัติที่เหมือนแก๊สคือ ขยายตัวได้ง่ายจนเต็มภาชนะที่บรรจุ มีลักษณะไหลได้ส่วนสมบัติที่เหมือนของเหลว
คือมีความสามารถในการละลายของแข็งหรือของเหลวได้ดี ดังนั้นจึงสามารถใช้ในการสกัดสารประกอบที่ต้องการแยกออกจากของผสม โดยการควบคุมอุณหภูมิและความดันให้เหมาะสม หรืออาจใช้เทคนิคนี้ในการทำสารให้บริสุทธิ์เทคนิคนี้สามารถใช้สกัดสารได้หลายชนิดเนื่องจากเราสามารถทำให้ CO2 ในรูป ของของไหลมีความหนาแน่นสูงหรือต่ำได้ตามต้องการ เป็นผลให้สามารถใช้ของไหลนี้เลือกละลาย สารหรือองค์ประกอบที่ต้องการสกัดได้ตามสภาวะที่เหมาะสม

................................ ปัจจุบันนี้นิยมใช้ CO2 ในรูปของของไหลสกัดคาเฟอีนออกจากเมล็ดกาแฟดิบแทน ตัวทำละลายที่ใช้อยู่คือเมทิลีนคลอไรด์ โดยไม่ทำทำให้รสหรือกลิ่นของกาแฟเปลี่ยนไป เพราะว่า CO2 ที่ปะปนอยู่จะอยู่ในรูปแก๊สสามารถแพร่ออกจากเมล็ดกาแฟได้ นอกจากนี้ยังมีการประยุกต์ใช้เทคนิคนี้ใน อุตสาหกรรมอื่นๆ อีก เช่น การสกัดน้ำมัน เรซิน และสารจากสมุนไพร เครื่องเทศ หรือพืช



3.ไนโตรเจนเหลว (liquid nitrogen.)

.......................... ไนโตรเจนเหลว คือก๊าซไนโตรเจนในธรรมชาติที่ทำให้มีความกดอากาศมากขึ้นจนมีสถานะเป็นของเหลว หรือก็คือก๊าซไนโตรเจนในรูปของของเหลวนั่นเอง
ทำได้โดยการลดอุณหภูมิและเพิ่มความดันไปพร้อมๆ กัน ตามสูตรของก๊าซ ทีนี้ถ้าปลดปล่อยสู่บรรยากาศ
ซึ่งมีความดันปกติ ไนโตรเจนเหลวจะเปลี่ยนเป็นก๊าซอย่างรวดเร็ว (กลายเป็นไอ)
ในขณะนั้นมันจะดูดความร้อนจากรอบๆ ตัวเพื่อเปลี่ยนสถานะเป็นก๊าซ พอความร้อนถูกดูดไป
บริเวณรอบๆก็จะเย็นลงอย่างรวดเร็ว ความชื้นก็จะถูกดูดไปด้วย (กลายเป็นน้ำแข็ง)


ประโยชน์ของไนโตรเจนเหลว
เนื่องจากไนโตรเจนเหลวมีอุณหภูมิต่ำมาก (-196 องศาเซลเซียส) จึงได้นำมาใช้ประโยชน์ในด้านต่างๆ ที่ต้องการความเย็นมาก เช่น

- แช่แข็งอาหารแระเภทต่างๆในโรงงานอุตสาหกรรมและในการขนส่ง
- แช่แข็งเลือด
- แช่แข็งเซลล์ไขกระดูก
- แช่แข็งเอ็มบริโอ
- แช่เข็งน้ำเชื้ออสุจิ
- แช่แข็งส่วนต่างๆของร่างกาย

อันตรายจากไนโตรเจนเหลว

เครื่องมือที่ใช้กันในโรงงานอุตสาหกรรมจะมีขนาดใหญ่มากซึ่งสามารถผลิตของเหลวต่างๆ จากอากาศวันละหลายพันแกลลอนเพื่อใช้กับตู้เย็นและโรงงานสารเคมีอื่นๆแต่ในเครื่องผลิตขนาดย่อมลงมาซึ่งมีขนาดเท่ากับสไลด์ของกล้องจุลทรรศน์ได้ถูกสร้างขึ้นเพื่อทำให้อากาศเย็นตัวลงในห้องทดลองในปัจจุบัน ไนโตรเจนเหลวมีราคาถูกกว่านมเสียอีก (ไม่ใช่ในเมืองไทยแน่)
เมื่อมีไนโตรเจนเหลวแล้ว การป้องกันและการรักษาความปลอดภัยเป็นเรื่องที่สำคัญในการจับหรือเก็บไนโตรเจนเหลว เพราะว่า ไนโตรเจนมันเย็นมากจนสามารถทำให้เกิดอาการปวดบวมจากความเย็น(frostbite)ได้และเนื่องจากมันใส่อยู่ในถังที่ปิดสนิท เมื่อเปิดออก อุณหภูมิภายนอกจะทำให้มันอุณหภูมิสูงขึ้น ซึ่งจะทำให้เกิดความดันมหาศาลได้ซึ่งเป็นอัตรายอย่างมาก





  • Digg
  • Del.icio.us
  • StumbleUpon
  • Reddit
  • RSS

การสกัดสารโดยใช้ CO2 ที่อยู่ในรูปของของไหล

การสกัดสารโดยใช้ CO2 ที่อยู่ในรูปของของไหล


........................CO2 ที่จะนำมาสกัดสารจะอยู่ในรูป supercritical fluid ก็คืออยู่ที่สภาวะที่อุณหภูมิสูง กว่าอุณหภูมิวิกฤตและความดันมากกว่าความดันวิกฤตของCO2 ที่สภาวะนี้ CO2 จะอยู่ในรูปของไหลที่มี สมบัติรวมกันระหว่างของเหลวและก๊าซ และแน่นอนสามารถเป็นตัวทำละลายสารอินทรีย์ไม่มีขั้วต่างๆได้ด้วย


การทำน้ำแข็งแห้ง

หลักการทำ คือ เพิ่มความดัน และลดอุณหภูมิ วัตถุดิบที่ใช้คือ ก๊าซ CO2

แผนผังการทำน้ำแข็งแห้ง

วิธีการทำน้ำแข็งแห้ง
1. ทำให้ก๊าชคาร์บอนไดออกไซด์กลายเป็นของเหลวโดยการเพิ่มความดันและลดอุณหภูมิ


2. ทำให้ก๊าชคาร์บอนไดออกไซด์เหลวที่ได้บริสุทธิ์และปราศจากความชื้นด้วยวิธีการที่เหมาะสม ก็จะได้ก๊าชคาร์บอนไดออกไซด์เหลวแห้งและบริสุทธิ์


3. นำก๊าซ CO2 เหลวที่แห้งและบริสุทธิ์มาเพิ่มความดันและลดอุณหภูมิจนมีความดันประมาณ 18 บรรยากาศ
และอุณหภูมิประมาณ -25oc แล้วอัดผ่านรูพรุนจะได้ก๊าช CO2 ที่มีลักษณะคล้ายเกล็ดน้ำแข็ง


4. นำเกล็ดก๊าช CO2 มาอัดเป็นก้อนก็จะได้น้ำแข็งแห้ง




การทำไนโตรเจนเหลว

การทำไนโตรเจนเหลว หลักการทำ คือ ลดอุณหภูมิ วัตถุดิบที่ใช้คือ อากาศ นอกจากนี้ใช้สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) สำหรับดูดก๊าซ CO2 และอะลูมินา (AI2O3) สำหรับดูดความชื้น ทำให้อากาศแห้ง

แผนผังการทำไนโตรเจนเหลว


กระบวนการทำไนโตรเจน พิจารณาได้จากแผนภาพ

เริ่มต้นดูดอากาศเข้าเครื่องอัดอากาศผ่านลงในสารละลาย NaOH เพื่อกำจัด CO2 (g)
CO2 (g) + 2 NaOH ? Na2CO3 + H2Oจากนั้นจึงผ่านอากาศที่กำจัด CO2 (g) แล้ว เข้าไปในเครื่องกรองน้ำมันเพื่อแยกน้ำมันออก พร้อมกับทำให้แห้งด้วยสารดุดความชื้น คือ อะลูมินา (AL2O3) จะได้อากาศแห้งซึ่งมีก๊าซไนโตรเจน และออกซิเจน เป็นส่วนใหญ่ เมื่อลดอุณหภูมิลงจนถึงประมาณ -183 0C ก๊าซ ออกซิเจน จะกลายเป็นของเหลวออกมาก่อน แลเมื่อลดอุณหภูมิต่อไปอีกจนถึงประมาณ -1960C ก๊าซไนโตรเจนจะกลายเป็นของเหลวแยกตัวออกมา โดยมีก๊าซไฮโดรเจนและก๊าซเฉื่อยเหลืออยู่ ซึ่งสามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้เช่นเดียวกัน
ไนโตรเจนเป็นธาตุอาหารของพืช จึงนำไปใช้ในการทำปุ๋ย เช่น ปุ๋ยยูเรีย (H2NCONH2) และปุ๋ย (NH4)2SO4 เป็นต้น สำหรับไนโตรเจนเหลวมีอุณหภูมิต่ำมากจึงนำไปใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับการทำความเย็น เช่นการแช่แข็งแาหารต่าง ๆ ในโรงงานหรือในรถบรรทุกขณะขนส่ง รวมทั้งใช้มากในทางการแพทย์ เช่น การแช่แข็งเลือด แช่แข็งเซลล์ไขกระดูก หรือส่วนต่าง ๆ ของร่างกาย เพื่อให้เก็บรักษาได้นาน

ขั้นตอนการทำไนโตรเจนเหลว


1. ดูดอากาศเข้าเครื่องอัดแก๊ส แล้วผ่านลงในสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซ ด์ (NaOH) เพื่อกำจัดแก๊ส CO2

2. ผ่านเข้าเครื่องกรองน้ำมันเพื่อแยกน้ำมัน

3. ทำให้เป็นอากาศแห้ง โดยใช้สารดูดความชื้นเช่นอะลูมินา (Al2O3)

4.นำมาแยกแก๊สออกซิเจนออก โดยการลดอุณหภูมิเป็น -183oc (แก๊สออกซิเจนจะกลาย เป็นของเหลวแยกตัวออกมาก่อน)

5.นำมาแยกแก๊สที่เหลือโดยลดอุณหภูมิลงเป็น -196oc จะได้แก๊สส่วนใหญ่ คือ H2 แก๊สเฉื่อย
โดยเฉพาะอาร์กอน (Ar)ซึ่งสามารถนำไปใช้ประโยชน์ต่อได้



  • Digg
  • Del.icio.us
  • StumbleUpon
  • Reddit
  • RSS