碳酸化是在一定的壓力和溫度下，在一定時間內，水吸收二氧化碳形成碳酸的過程，也稱為二氧化碳飽和作用或碳酸化作用(carbonation)。碳酸化的程度會直接影響碳酸飲料的質量和口味，也是碳酸飲料生產的重要工藝之一。
基本介紹
- 中文名：碳酸化
- 外文名：Carbonation
- 別稱：二氧化碳飽和作用或碳酸化作用
- 目的：減少工業上二氧化碳的釋放量
- 過程：水吸收二氧化碳形成碳酸的過程
- 影響：影響碳酸飲料的質量和口味
化學原理,二氧化碳溶解度,影響因素,二氧化碳的分壓,液體的溫度,氣體和液體的接觸面積與時間,氣液體系中的空氣含量(水中空氣含量),
化學原理
水吸收二氧化碳的過程實際上是一個化學反應過程。
CO2+H2O→H2CO3
該反應服從亨利定律和道爾頓定律。
(1)亨利定律
氣體溶解在液體中時，在一定的溫度條件下，一定量液體中溶解氣體量與液體保持平衡時的氣體壓力成正比，即：
V=H x p
式中：V——溶解氣體的量；
H——亨利常數，與溶質、溶劑及溫度有關；
P——平衡壓力。
(2)道爾頓定律
混合氣體的總壓力等於各組成氣體的分壓力之和，即：
P=p1+p2+……pi
式中pi——各組分氣體在溫度不變時，單獨占據混合氣體所占的全部體積時對器壁施加的壓力。
二氧化碳溶解度
在一定溫度和壓力下，二氧化碳在水中的最大溶解量即為二氧化碳在水中的溶解度。這時氣體從液面逸出的速度和氣體進入液體的速度達到平衡，即為達到飽和，該溶液稱為飽和溶液。未達到最大溶解量的溶液叫不飽和溶液。
關於氣體溶解度的表示方法，我國一般用溶於液體中的氣體容積來表示，對於二氧化碳來說，在0.1 MPa、15.56℃時，1體積水可以溶解1體積的二氧化碳，也就是說0.1 MPa、15.56℃時，二氧化碳的溶解度近似為1。歐洲則用每升溶液中所溶解的二氧化碳的質量(g/L)作為溶解度的單位。在0.1 MPa不同溫度下，二氧化碳的溶解度見圖1。
圖1
圖1影響因素
影響碳酸化作用的幾個主要因素有幾下幾個方面。
二氧化碳的分壓
當溫度不變時，混合氣體中二氧化碳的分壓增高，二氧化碳在水中的溶解度就會增大。在0.5 MPa以下的壓力時，二氧化碳的分壓與其在水中的溶解度成線性正比關係。
液體的溫度
壓力較低時，在壓力不變的情況下，水溫降低，二氧化碳在水中的溶解度會增加，反之，溫度升高，溶解度減少。溫度影響的常數稱為亨利常數，以H表示。從圖2中可以看出，H隨溫度變化而變化。這僅指的是壓力較低時，壓力較高時會有偏離，因為H還是壓力的函式。
圖2氣體和液體的接觸面積與時間
溶解不足瞬間完成的，需要一定的時間，但時間太長將會影響設備的生產能力。一般採用增大接觸面積的方法，如將溶液噴霧成液滴狀或薄膜狀。
氣液體系中的空氣含量(水中空氣含量)
根據道爾頓定律和亨利定律，各種氣體的溶解量不僅決定於各氣體在液體中的溶解度，而且決定於氣體在混合氣體中的分壓。在0.1 MPa、20℃時，1體積空氣溶解於水中可以排走50倍體移的二氧化碳，因此要儘量排除氣液體系中的空氣。常用有如下兩種方法。
①真空脫氧
迫使液體形成霧滴或液膜，並造成負壓，藉助於液體內部壓力大於外部壓力的壓差，使溶解於液體中的空氣逸出。
②二氧化碳脫氧
