Въглероден диоксид – характеристика и особености

Разтворимостта на CO₂ може да се изрази и в масови проценти, т.е. количеството газ в грамове, разтворени в 100g течност.
За дадена температура и концентрация на CO₂ в течността съществува напълно определено парциално налягане за него над разтвора и обратно. Въз основа на тази зависимост е създаден манометричен метод за определяне на концентрацията на CO₂ в напитките, т. е. определяйки налягането и температурата, се отчита концентрацията на CO₂ в тях.

Фактори влияещи върху разтворимостта на CO₂

Този масообменен процес зависи от редица фактори, част от които влияят върху количеството на CO₂ а други влияят качествено за по-бързо достигане на равновесие.

Влияние на температурата

Абсорбцията на CO₂ преминава през бавно протичащия процес на хидрация.

CO₂ + Н₂О ↔ Н₂СО₃ + Q

Процесът е екзотермичен, т.е. протича с отделяне на, макар и малко количество топлина. Според принципа на Льо Шателие всяка система, която се намира в равновесие, се стреми при външно въздействие да се измени така, че да намали това въздействие. За да се осъществява процесът в посока разтваряне на CO₂ (надясно по реакцията) трябва да се отвежда топлина тоест зависимостта между температурата и разтворимостта на CO₂ е обратно пропорционална. Колкото по-ниска е температурата на водата, толкова по-голямо количество газ ще се разтвори в нея. Препоръчваните температури за газиране на водата са 3 ÷ 6°С. Ако се работи при по-висока температура се налага използване на по-високо налягане, което е нежелано и води до повишаване на загубите на CO₂ в производството.

За охлаждане на водата в промишлеността се използват различни системи – директно изпаряване на амоняк, ледена вода, солов разтвор и други.

Влияние на налягането

Повишаването на налягането води до увеличаване на налягането в газовата фаза и концентрацията в нея. Това довежда до повишаване разликата в концентрациите на CO₂ в двете фази, т.е. до ускоряване на процеса. Зависимостта между разтовримостта на CO₂ и налягането е право пропорционална. В практиката се използва 0,2 ÷ 0,6 МРа като тенденциите са да се намалява налягането, при което става насищане. Има редица ограничителни условия, които налагат това като, здравина на опаковката, безопасност по време на работа, загуби на CO₂ и други.

Влияние на разтворените вещества

Наличието на разтворени в течността вещества води до създаване на определено осмотично налягане, което има негативно влияние върху разтворимостта на CO₂. Част от разтворените вещества реагират с агресивната въглеродна киселина, което води до нежелан разход на CO₂.
Съществено значение има наличието във водата на бикарбонати. Газирането на твърда вода е по-трудно, защото съдържа НСО₃^- . Именно затова отстраняването на временната твърдост на водата е важно за разтворимостта на CO₂ .
По принцип всякакъв вид соли пречат на насищането с CO₂ . Сама някои колоиди във водата могат да допринесат за повишаване на разтворимостта му, ако осигуряват адсорбция на CO₂ и неговите съединения.

Най-разпространената практика при производството на газирани безалкохолни напитки е да се газира омекотена вода, която се смесва с готовия сироп за получаване на готова напитка.

Влияние на наличието на други газове

Водата, както всяка течност, има определена абсорбционна способност по отношение на газове при определена температура и налягане, тоест сумата от парциалните налягания на разтворените газове е константа. Наличието на едни газове в течността намалява разтворимостта на други. Съдържанието на въздух във водата намалява разтворимостта на СО₂ в нея.

Във всички съвременни технологични линии насищането на водата с СО₂ се предшества от нейното деаериране. Обезвъздушаването се провежда в апарати, наречени деаератори. Трябва да се осигури освобождаване поне на 70 - 80% от разтворения въздух във водата, за да може тя успешно да се газира.