...เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับสมบัติของ ของแข็ง ของเหลว และ แก๊ส...

1. ...เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับสมบัติของ ของแข็ง ของเหลว และ แก๊ส...

2. 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 ในอุตสาหกรรมอาหารประเภทไอศกรีม นม เบเกอรี่ ไส้กรอก และเนื้อสัตว์ เพื่อถนอมอาหารในขั้นตอนการผลิตหรือในการขนส่งหรือเก็บอาหารสำหรับเสิร์ฟบนเครื่องบิน ใช้ในการขนส่งเวชภัณฑ์ใช้ในการทำความสะอาดเครื่องจักร แบบหล่อหรือแม่พิมพ์ หรือใช้ในการบดเย็นวัสดุสังเคราะห์ที่แตกยาก นอกจากนี้ยังใช้ในการทำหมอก ควัน ในการแสดงต่าง ๆ และอาจใช้ผสมในเครื่องดื่มเพื่อให้เกิดฟองปุด และให้เกิดความเย็น เป็นต้น

3. การทำน้ำแข็งแห้ง น้ำแข็งแห้ง (dry ice) คือ คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ที่อยู่ในสถานะของแข็งที่อุณหภูมิประมาณ -790C กระบวนการทำน้ำแข็งแห้งพิจารณาได้จากแผนภาพต่อไปนี้เริ่มต้นนำก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มาทำให้เป็นของเหลวก่อน โดยกระบวนการ Liquefaction คือนำก๊าซดังกล่าวมาเพิ่มความดันและลดอุณหภูมิ หลังจากได้คาร์บอนไดออกไซด์เหลวแล้ว จึงนำมาทำให้แห้งและทำให้บริสุทธิ์ด้วยวิธีการที่เหมาะสม จากนั้นจึงนำมาเพิ่มความดันและลดอุณหภูมิอีกครั้ง จนได้ความดันประมาณ 18 atm และอุณหภูมิประมาณ -250C จึงอัดคาร์บอนไดออกไซด์เหลวนั้นผ่านรูพรุน จะได้คาร์บอนไดออกไซด์แข็ง หรือน้ำแข็งแห้งที่มีลักษณะคล้ายเกล็ดน้ำแข็งซึ่งสามารถนำไปอัดเป็นก้อนได้นำแข็งแห้งมีอุณหภูมิต่ำมาก สามารถระเหิดกลายเป็นไอได้โดยตรง จึงนำมาใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับความเย็น หรือที่ต้องการอุณหภูมิต่ำ ๆ เช่น การแช่แข็งสัตว์น้ำ การทำไอศครีม การรักษาผักและผลไม้ให้สด เป็นต้น

4. แผนผังการทำน้ำแข็งแห้งแผนผังการทำน้ำแข็งแห้ง

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

6. การสกัดสารโดยใช้ CO2 ที่อยู่ในรูปของของไหล (CO2-Fluid) การสกัดสารโดยใช้ CO2 ที่อยู่ในรูปของของไหล (CO2-Fluid) เป็นเทคโนโลยีชั้นสูง เทคนิคการสกัดแบบนี้จะใช้แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในรูปของของไหลแทนตัวทำละลายอินทรีย์ต่างๆ เช่น แอซีโตน เฮกเซน หรือ เมทิลีนคลอไรด์

7. คาร์บอนไดออกไซด์เมื่ออยู่ใต้ภาวะวิกฤติยิ่งยวด (Supercritical state) คือที่อุณหภูมิ 31 ๐C และความดัน 73 บรรยากาศ จะมีสภาพเป็นของไหล และมีสมบัติหลายประการที่เหมือนทั้งแก๊สและของเหลว

8. สมบัติที่เหมือนแก๊ส คือ ขยายตัวง่ายจนเต็มภาชนะที่บรรจุ มีลักษณะไหลได้ ส่วนสมบัติที่เหมือนของเหลวคือ มีความสามารถในการละลายของแข็งหรือของเหลวได้ดี

9. ดังนั้นจึงสามารถใช้ในการสกัดสารประกอบที่ต้องการแยกออกจากของผสมโดยการควบคุมอุณหภูมิและความดันให้เหมาะสม หรืออาจใช้เทคนิคนี้ในการทำให้สารบริสุทธิ์

10. เทคนิคนี้สามารถใช้สกัดสารได้หลายชนิดเนื่องจากเราสามารถทำให้ CO2ในรูปของของไหลมีความหนาแน่นสูงหรือต่ำได้ตามต้องการเป็นผลให้สามารถใช้ของไหลนี้เลือกละลายสารหรือองค์ประกอบที่ต้องการสกัดได้ตามสภาวะที่เหมาะสม

11. ปัจจุบันนี้นิยมใช้ CO2ในรูปของของไหลสกัดคาเฟอีนออกจากเมล็ดกาแฟดิบแทนตัวทำละลายที่ใช้อยู่คือเมทิลีนคลอไรด์ โดยไม่ทำให้รสหรือกลิ่นของกาแฟเปลี่ยนไป เพราะว่า CO2 ไม่ทำปฏิกิริยากับองค์ประกอบอื่น ที่สำคัญคือไม่มีสารตกค้างเนื่องจาก CO2 ที่ปะปนอยู่ในรูปแก๊สสามารถแพร่ออกจากเมล็ดกาแฟได้

12. นอกจากนี้ยังมีการประยุกต์ใช้เทคนิคนี้ในอุตสาหกรรมอื่นๆอีก เช่น การสกัดน้ำมัน เรซิน และสารจากสมุนไพร เครื่องเทศ หรือพืช

13. การทำไนโตรเจนเหลว ไนโตรเจนเป็นก๊าซที่ไม่มีสี ไม่มีกลิ่นและไม่มีรส ไม่ว่องไวต่อการเกิดปฏิกิริยา มีจุดเดือดประมาณ -1960C มีจุดหลอมเหลวประมาณ -2100C ละลายน้ำได้เล็กน้อย เบากว่าอากาศ การทำไนโตรเจนเหลว ใช้วิธีเตรียมจากอากาศ (อากาศมีก๊าซไนโตรเจนประมาณ 79 % และก๊าซออกซิเจนประมาณ 20 % โดยปริมาตร) ผ่านกระบวนการ Liquefaction โดยการเพิ่มความดันและลดอุณหภูมิจากนั้นจึงแยกออกซิเจนออก จะได้ไนโตรเจนเหลว

14. กระบวนการทำไนโตรเจน เริ่มต้นดูดอากาศเข้าเครื่องอัดอากาศผ่านลงในสารละลาย NaOH เพื่อกำจัด CO2 (g)    CO2 (g) + 2 NaOH ? Na2CO3 + H2Oจากนั้นจึงผ่านอากาศที่กำจัด CO2 (g) แล้ว เข้าไปในเครื่องกรองน้ำมันเพื่อแยกน้ำมันออกพร้อมกับทำให้แห้งด้วยสารดุดความชื้น คือ อะลูมินา (AL2O3) จะได้อากาศแห้งซึ่งมีก๊าซไนโตรเจน และออกซิเจน เป็นส่วนใหญ่ เมื่อลดอุณหภูมิลงจนถึงประมาณ -1830C ก๊าซ ออกซิเจน จะกลายเป็นของเหลวออกมาก่อน แลเมื่อลดอุณหภูมิต่อไปอีกจนถึงประมาณ -1960C ก๊าซไนโตรเจนจะกลายเป็นของเหลวแยกตัวออกมา โดยมีก๊าซไฮโดรเจนและก๊าซเฉื่อยเหลืออยู่ ซึ่งสามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้เช่นเดียวกันไนโตรเจนเป็นธาตุอาหารของพืช จึงนำไปใช้ในการทำปุ๋ย เช่น ปุ๋ยยูเรีย (H2NCONH2) และปุ๋ย (NH4)2SO4 เป็นต้น สำหรับไนโตรเจนเหลวมีอุณหภูมิต่ำมากจึงนำไปใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับการทำความเย็น เช่นการแช่แข็งแาหารต่าง ๆ ในโรงงานหรือในรถบรรทุกขณะขนส่ง รวมทั้งใช้มากในทางการแพทย์ เช่น การแช่แข็งเลือด แช่แข็งเซลล์ไขกระดูก หรือส่วนต่าง ๆ ของร่างกาย เพื่อให้เก็บรักษาได้นาน

15. กระบวนการทำไนโตรเจน พิจารณาได้จากแผนภาพต่อไปนี้

16. 1.นางสาว ขนิษฐา ขอนทอง เลขที่ 10 2.นางสาว ช่อผกา กลิ่นจันทร์ เลขที่ 15 3.นางสาว พุฒฑารัตน์ ทวนธง เลขที่ 22 4.นางสาว รุ่งนภา เนื้อไม้ เลขที่ 27 ผู้จัดทำ นักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่4/2