Trockeneis

1. Was ist Trockeneis ?

Trockeneis ist Kohlendioxid (CO₂, handelsüblich auch „Kohlensäure“ genannt) in verfestigter Form und wird auch als in Form gepresster Kohlensäure/Trockeneis-Schnee bezeichnet.

Die Bezeichnung trocken beruht auf der Eigenschaftes des CO₂ unter Normaldruck bei -79°C zu sublimieren, also direkt vom festen in den gasförmigen Aggregatzustand überzugehen, ohne vorher zu schmelzen.

2. Wie wird Trockeneis hergestellt?

Im Produktionsprozess wird gasförmiges Kohlendioxid zunächst unter Druck verflüssigt und anschließend schnell auf Umgebungsdruck entspannt. Dabei verdampft ein Teil des CO₂ und kühlt den Rest durch Verdunstungskälte ab, wodurch dieser bei -78,5°C zu Trockeneisschnee gefriert. Der Trockeneisschnee wird im Hydraulikzylinder verdichtet und anschließend in die gewünschte Form gepresst (Blöcke, Pellets).

Wofür wird Trockeneis eingesetzt?

Trockeneis wird eingesetzt zur Kühlung und Gefrierung in der Lebensmittel,- Chemischen-, Biologischen-, Medizinischen Industrie, Gastronomie und Catering, zur Erzeugung von Bodennebeleffekten bei Events und Bühnentechnik, zur Reinigung im Trockeneisstrahlverfahren in verschiedenen Industriezweigen, zur Kühlung beim Versand sensibler und verderblicher Produkte uvm.

Grundlagen

Als Strahlmittel dient hier Trockeneis in Form von reiskorngroßem Granulat (Pellets), das mit hoher Geschwindigkeit (Schallgeschwindigkeit) auf die zu reinigende Fläche gestrahlt wird.

Hierbei werden drei Effekte genutzt:

Thermischer Effekt.
Temperaturunterschied (Kälteschock -79 ° C) zwischen Schmutzschicht und Oberfläche.

Erzeugung von thermischen Spannungen.

Kinetischer/Mechanischer Effekt.
Impulsübertragung durch Partikel und Druckluft auf die Oberfläche.

Erzeugung von mechanische Spannungen.

Sublimationseffekt.
Unterstützung des thermischen Effekts durch Wärmeentzug durch Sublimation.
Unterstützung des mechanischen Effekts durch Druckwelle bei Volumenvergrößerung während Sublimation.
Erzeugung von thermischen und mechanischen Zusatzspannungen.

Die beschleunigten Pellets treffen auf die zu reinigende Oberfläche, kühlen diese punktuell sehr schnell und stark ab und führen zur Versprödung der Verunreinigung.
Da Trägermaterial und Verunreinigung aus verschiedenen Materialien bestehen und somit unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, bilden sich thermische Spannungen an den Grenzflächen.
In der versprödeten Verunreinigung entstehen durch diese Thermospannungen Mikrorisse und lösen diese von der Trägeroberfläche.

Auftreffende Pellets lockern den Verbund der Verunreinigung weiter durch mechanische Spannungen, die durch Impulsübertragung der kinetischen Energie der druckluftbeschleunigten Partikel entstehen.
Die Pelletpartikel dringen tief in die Mikrorisse ein und unterwandern die Verunreinigung.
Da die Partikel nur eine geringe Härte (2 Mohs) haben, beschädigen sie die Oberfläche nicht. 

Die Pellets werden durch die hohe Geschwindigkeit beim Aufprall sofort in den gasförmigen Zustand überführt (Sublimation).
Der dabei stattfindende Wärmeentzug erzeugt zusätzliche thermische Spannungen und erhöht die mechanischen Spannungen durch Erzeugung von Druckwellen ("Miniexplosionen") aufgrund schneller und extremer Volumenzunahme des CO₂ (bis zu 700fache Vergrößerung). Dies führt zum vollständigen Abtragen der Verunreinigung.

 Vergleich mit anderen Strahlverfahren

Herkömmliche Verfahren wie die Reinigung mit Chemie, Wasser, Dampf, Sand oder Glaskorund werden zunehmend durch das innovative Trockeneisstrahlverfahren ersetzt. Die Reinigung mit Trockeneis wird den verschärften Umweltauflagen sowie den gestiegenen Anforderungen hinsichtlich Wirtschaftlichkeit und Produktivität gerecht.

Bei der Reinigung mit toxischen Lösungsmitteln
müssen diese extra entsorgt und oft auch aufbereitet werden. Reinigungszusätze sind oft gesundheits- und umweltschädlich und werden vom Gesetzgeber schrittweise oder mit hohen Auflagen untersagt.

Das Strahlen mit Glasperlen, Kunststoff oder Glas- und Granulatelementen wirkt abrasiv und beschädigt die Oberfläche der zu reinigenden Teile. Die Strahlmittelreste bleiben zurück und beeinflussen den Produktionsablauf. Auch bei dieser Methode müssen die Rückstände und das Strahlgut getrennt, entsorgt oder aufbereitet werden, was wiederum mit hohen Kosten verbunden ist.

Bei Hochdruckwasserstrahlen schadet der hohe Druck sowohl den Oberflächen als auch den Materialien. Elektrische Systeme müssen wasserdicht geschützt werden. Eine getrennte Entsorgung von Wasser und den darin gelösten Rückständen ist zwingend erforderlich. Durch dieses Reinigungsverfahren ergeben sich nach der Reinigung lange Trocknungszeiten der Räumlichkeiten und Geräte.

Vorteile vom Trockeneisstrahlverfahren

Reinigen ohne Vorarbeit.
Trockeneis ist nicht elektrisch leitend, nicht korrosiv und nicht abrasiv. Somit ist keine mühsame Zerlegung von Maschinen zur Reinigung nötig, Pellets gelangen auch in kleinste Winkel.

Produktionssteigernd.
Minimale Maschinenstillstandzeiten dank schneller und effektiver Reinigung von Maschinen im eingebauten Zustand mit Trockeneis.

Umweltfreundliches Reinigen, ohne zusätzliche giftige und umweltschädliche Chemikalien, Strahlmittel oder Trinkwasser.

Oberflächen werden nicht beschädigt.
Beim Trockeneisstrahlen handelt es sich um ein abrasiv freies Strahlverfahren, da Trockeneis ein weiches Strahlmittel (2 Mohs) ist und die Grundoberfläche nicht beschädigt.

Keine Rückstände.
Das Trockeneis als Strahlmittel sublimiert (verdampft) restlos zu CO₂ und übrig bleibt nur der abgetragene Schmutz. Es entstehen keine Sekundärabfälle durch Strahlmittel oder Abwasser. Abfall wird reduziert und Zeit gespart.

Schnelligkeit.
Schnell und mobil einsatzbereit. Kein aufwändiges Nachbehandeln notwendig.

Geringer Energieverbrauch.
Die Strahlanlagen werden pneumatisch und elektrisch betrieben. CO₂ Strahlen ist also überall möglich.

Vielseitigkeit.
Zahlreiche Düsen machen die Arbeiten an unzugänglichen oder großflächigen Stellen möglich.

CO₂ neutral.
Verwendet wird CO₂, welches als Abfallprodukt aus anderen Verarbeitungsprozessen der Industrie wie z.B. Methanolsynthese, Gärprozesse usw. anfällt.

Hygienische Sauberkeit.
Keimfreie Oberflächen durch desinfizierende und keimtötende Wirkung.
Somit auch in der Lebensmittelindustrie risikolos einsetzbar.

Reinigen ohne Vorarbeit.
Trockeneis ist nicht elektrisch leitend, nicht korrosiv und nicht abrasiv. Somit ist keine mühsame Zerlegung von Maschinen zur Reinigung nötig, Pellets gelangen auch in kleinste Winkel.

Produktionssteigernd.
Minimale Maschinenstillstandzeiten dank schneller und effektiver Reinigung von Maschinen im eingebauten Zustand mit Trockeneis.

Umweltfreundliches Reinigen, ohne zusätzliche giftige und umweltschädliche Chemikalien, Strahlmittel oder Trinkwasser.

Oberflächen werden nicht beschädigt.
Beim Trockeneisstrahlen handelt es sich um ein abrasivfreies Strahlverfahren, da Trockeneis ein weiches Strahlmittel (2 Mohs) ist und die Grundoberfläche nicht beschädigt.

Keine Rückstände.
Das Trockeneis als Strahlmittel sublimiert (verdampft) restlos zu CO₂ und übrig bleibt nur der abgetragene Schmutz. Es entstehen keine Sekundärabfälle durch Strahlmittel oder Abwasser. Abfall wird reduziert und Zeit gespart.

Schnelligkeit.
Schnell und mobil einsatzbereit. Kein aufwändiges Nachbehandeln notwendig.

Geringer Energieverbrauch.
Die Strahlanlagen werden pneumatisch und elektrisch betrieben. CO₂ STrahlen ist also überall möglich.

Vielseitigkeit.
Zahlreiche Düsen machen die Arbeiten an unzugänglichen oder großflächigen Stellen möglich.

CO₂ neutral.
Verwendet wird CO₂, welches als Abfallprodukt aus anderen Verarbeitungsprozessen der Industrie wie z.B. Methanolsynthese, Gärprozesse usw. anfällt.

Hygienische Sauberkeit.
Keimfreie Oberflächen durch desinfizierende und keimtötende Wirkung.
Somit auch in der Lebensmittelindustrie risikolos einsetzbar.

( Solano GmbH / www.solano-trs.de )