Ugrás a tartalomhoz

Növényi nyersanyagok feldolgozástechnológiai műveletei

dr. Barta József, dr. Biacs Péter, dr. Deák Tibor, dr. Hidegkuti Gyula, dr. Körmendy Imre, Monspartné dr. Sényi Judit, dr. Rák István, Stégerné dr. Máté Mónika, dr. Vatai Gyula, dr. Vukov Konstantin

Mezőgazda Kiadó

3.11. Gázok oldása folyadékban

3.11. Gázok oldása folyadékban

3.11.1. Gáztörvények

Gáznak a kritikus hőmérséklet feletti, gőznek a kritikus hőmérséklet alatti légnemű közeget hívják. Nedves gőz a saját folyadékával érintkező gőz. A konzervipari gyakorlatban többnyire az ideális gázok állapotegyenletét használják, ami elfogadható a mintegy 0–140 °C hőmérséklettartományban és p < 4 bar nyomástartományban (vö. a 3.8.2. ponttal). Az ideális gázok állapotegyenletének célszerű kifejezési formái:

pV = R T n = R T m M , p = R T V m .

Itt p a gáz nyomása (Pa), V a gáz térfogata (m3), T az (abszolút) hőmérséklet (K). R = 8314 J ·kmol–1 ·K–1, az egyetemes gázállandó, n a gáz anyagmennyisége (kmol), m a gáz tömege (kg), M a gáz moláris tömege (kg·kmol–1), Vm a moláris térfogat (kmol·m–3).

Pontosabb (főleg gőzöknél) a Van der Waals-állapotegyenlet. Gázelegyek a Dalton-törvényt követik.

3.11.2. Gázok oldódása folyadékokban

A gázok oldódását abszorpciónak, vagy elnyelésnek nevezzük. A folyadékban oldott gáz koncentrációja a gáz nyomásával egyenes, a folyadék hőmérsékletével fordított arányban van (Henry-féle törvény).

Többféle gáz egyidejű oldódásakor az egyes gázok parciális nyomása kerül a Henry-törvénybe (lásd a 4.1.3.2. pontot). A tapasztalat szerint azok a gázok, amelyek könnyen cseppfolyósíthatok, vízben is jól oldódnak, pl. a szén-dioxid, kén-dioxid, ammónia. Ezek azonban nem csak egyszerű oldatot képeznek a vízben, hanem vegyületeket hoznak létre: kén-dioxid – kénessav, szén-dioxid – szénsav stb.

A gázok oldhatóságát mérésekből kapott táblázatok, vagy diagramok, vagy átlagos Henry-féle állandók alapján számítják.

3.11.3. A kén-dioxid tulajdonságai és a kénessav készítése

A kén-dioxid, SO2, színtelen szúrós szagú, köhögésre ingerlő gáz. Belélegezve mérgező hatású: már a 0,04% kén-dioxid tartalmú levegő is légzési zavarokat, fulladásos köhögést és szaruhártya-gyulladást okoz. Szúrós szaga miatt ennél kisebb koncentrációban felismerhető.

Erélyes redukálószer, valamint mikrobagátló és mikrobicid hatású. Nyomás alatt szobahőmérsékleten könnyen cseppfolyósítható ( 15–20 °C hőmérsékleten elegendő 4–5 bar nyomás). Forráspontja atmoszférikus nyomáson –8 °C, kritikus hőmérséklete: 430 K. A cseppfolyós kén-dioxid fölötti nyomás:

• 10 °C hőmérsékleten 1,18 bar,

• 20 °C hőmérsékleten 2,20 bar,

• 30 °C hőmérsékleten 3,44 bar.

A folyékony kén-dioxidot acélpalackban szállítják. Sűrűsége szobahőmérsékleten 1,46 kg/dm3.

A palackból kiengedhető SO2 nyomása és így tömegárama függ a hőmérséklettől.

A kén-dioxidot általában nem vezetik közvetlenül a kénezendő termékbe, mivel az egyenletes elkeverés nehéz, hanem általában először vízben buborékoltatással elnyeletik és kénessavat készítenek belőle.

A kén-dioxid oldhatóságát a vízben atmoszférikus nyomáson a hőmérséklet függvényében a 3.11.1. táblázat tartalmazza(8).

3.11.1. táblázat - Kén-dioxid (SO2) oldhatósága vízben, atmoszférikus nyomáson

Hőmérséklet (°C)

1 liter vízben oldott SO2, (g)

0

228,2

5

189,6

10

156,3

15

128,2

20

104,9

25

85,8


Mivel a kénessav készítése legtöbbször nyáron esedékes, a gyakorlatban literenként 50–60 g SO2-t tartalmazó kénessavat használnak, mivel a töményebb oldat fölött már túl nagy a kén-dioxid tenziója.

A kénessav oldatok kén-dioxid-tartalmára a gyakorlatban legegyszerűbb a sűrűségből következtetni (3.11.2. táblázat).

3.11.2. táblázat - Kénessavoldatok sűrűsége 15 °C-on

Sűrűség (g . cm3)

Az oldott SO2 százalékban kifejezett tömegtörtje (100 w)

1,0028

0,5

1,0056

1,0

1,0085

1,5

1,0113

2,0

1,0141

2,5

1,0168

3,0

1,0194

3,5

1,0221

4,0

1,0248

4,5

1,0275

5,0

1,0302

5,5

1,0328

6,0

1,0353

6,5

1,0377

7,0

1,0401

7,5

1,0426

8,0

1,0450

8,5

1,0474

9,0

1,0497

9,5

1,0520

10,0


A kénessav redukáló hatása kevésbé függ a pH-tól, mint a mikrobicid hatása.

A száraz kén-dioxid nem okoz korróziót: acélpalackban szállítható és tárolható. A kénessav korróziós hatása jelentős. A nedves levegőből a hideg felületekre kondenzáló vízzel a kén-dioxid is (SO2) kicsapódik, mivel a levegőn a kén-dioxid kis részben fokozatosan kén-trioxiddá (SO3) oxidálódik, a kondenzrétegben nemcsak kénessav (H2SO3), hanem kénsav (H2SO4) is kialakul. Az utóbbi pedig a fémfelületeket súlyosan korrodálja.

3.11.4. A szén-dioxid és a szén-dioxidos szaturálás

A szén-dioxid, CO2, színtelen, nem égő, enyhén savanyú szagú és ízű gáz. A levegőnél mintegy másfélszer nehezebb. Nyomás alatt könnyen cseppfolyósítható. Vízben oldódik, miközben kis részben szénsav (H2CO3) is keletkezik.

–79 °C-on ún. szárazjéggé kristályosodik, amely nagy szublimációs hője folytán (639 kJ/kg) kitűnő hűtőanyag.

Acélpalackokban, cseppfolyós állapotban hozzák forgalomba, nyomása a 31 °C kritikus hőmérsékleten 74 bar (absz.).

A szén-dioxid lefejtése közben a cseppfolyós szén-dioxid elpárolog és ez jelentős párolgáshő (301,5 kJ/kg) felhasználásával történik. Palackból óránként a benne levő szén-dioxidnak kb. egy tizede fejthető le. Egy 60 kg/óra CO2-ot felhasználó üzemben egy időben 30 db 20 kg-os palackból szükséges a szén-dioxidot lefejteni és a folyamatos ellátáshoz még ugyanannyi palacknak kell váltásra készen várakozni(l00).

Az üdítőitalok élvezeti értékét nagyban befolyásolja a szén-dioxid-tartalom. Az italok szén-dioxiddal való telítése, az ipari szóhasználat szerint, szaturálás. A szén-dioxid oldhatóságára vonatkozó adatokat a 3.11.1. ábra, valamint a 3.11.3. táblázat tartalmazza.

3.11.3. táblázat - A szén-dioxid oldhatóságára vonatkozó adatok, vízben, gyümölcslében és alkoholban, atmoszférikus nyomáson (l,013 bar)

Hőfok

(°C)

A CO2 sűrűsége

(gdm3)

1 liter vízben oldott CO2

1 liter 10 refr. % gyümölcslében oldott CO2

1 liter alkoholban oldott CO2

dm3

g

dm3

g

dm3

g

0

1,964

1,713

3,35

1,542

3,02

4,329

8,50

1

1,956

1,646

3,22

1,481

2,90

4,232

8,28

2

1,957

1,548

3,10

1,426

2,79

4,140

8,10

3

1,958

1,527

2,99

1,374

2,69

4,055

7,94

4

1,955

1,473

2,88

1,320

2,59

3,970

7,76

5

1,945

1,424

2,77

1,282

2,49

3,890

7,47

6

1,932

1,377

2,66

1,239

2,39

3,810

7,36

7

1,916

1,331

2,55

1,198

2,29

3,733

7,15

8

1,911

1,282

2,45

1,154

2,20

3,657

6,99

9

1,908

1,237

2,36

1,113

2,12

3,584

6,84

10

1,910

1,194

2,28

1,076

2,05

3,514

6,71

11

1,906

1,154

2,20

1,039

1,98

3,446

6,47

12

1,898

1,117

2,12

1,005

1,91

3,380

6,42

13

1,884

1,083

2,04

0,975

1,84

3,317

6,25

14

1,886

1,050

1,98

0,945

1,78

3,257

6,14

15

1,874

1,019

1,91

0,917

1,92

3,199

5,99

20

1,789

0,665

1,19

0,598

1,07

2,946

5,27


A szén-dioxid elnyeletésének sebessége a gázbuborékok fajlagos felületével arányos.

A folyadékban elnyelt egyéb gázok, a CO2 parciális nyomásának csökkentésén keresztül, az oldott CO2 koncentrációját is csökkentik, ezért szükséges a levek légtelenítése.

Attól függően, hogy üdítőital készítése során a víz és a szörp összekeverése a töltés előtt, vagy magában a palackban történik-e, premix (előkeverő) és postmix (utókeverő) rendszerű szén-dioxid-telítő és italkeverő berendezést különböztetünk meg.

Premix rendszerben a víz és szörp keverékét, postmix rendszerben csak a vizet telítik.

A szénsavas italok CO2 tartalmának meghatározására elegendő a nyomás és hőmérséklet egyidejű mérése. A koncentráció a 3.11.1. ábrához hasonló görbeseregből, vagy táblázatból, vagy a Henry törvényből megkapható(8, 38, 95, 100).

3.11.1. ábra - Vízben oldott szén-dioxid koncentrációja, parciális nyomásának (p) függvényében, különböző hőmérsékleten (T)

kepek/3.11.1.abra.png