碳酸化

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，在一定的温度條件下，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、溶劑及温度有關；

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+……p_i

式中p_i——各組分氣體在温度不變時，單獨佔據混合氣體所佔的全部體積時對器壁施加的壓力 ^[1]  。

在一定温度和壓力下，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。這時氣體從液麪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，對於二氧化碳來説，在0.1 MPa、15.56℃時，1體積水可以溶解1體積的二氧化碳，也就是説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不同温度下，二氧化碳的溶解度見圖1 ^[2]  。

影響碳酸化作用的幾個主要因素有幾下幾個方面。

當温度不變時，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。

壓力較低時，在壓力不變的情況下，水温降低，二氧化碳在水中的溶解度會增加，反之，温度升高，溶解度減少。温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隨温度變化而變化。這僅指的是壓力較低時，壓力較高時會有偏離，因為H還是壓力的函數。

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 ^[3]  。

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真空脱氧

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。

②二氧化碳脱氧

利用水中二氧化碳的溶解度大於空氣的特點，將水或未碳酸化的飲料進行預碳酸化。該法要求二氧化碳氣體的純度極高，較少採用。

③液體的種類及存在於液體中的溶質

不同種類的液體以及液體中存住的不同溶質對二氧化碳溶解度影響很大，在標準狀態下，二氧化碳在水中的溶解度是1.713，二氧化碳在灑精中的溶解度則為4.329。另外，當液體中溶解的膠體、鹽類等類似的溶質時，有利於二氧化碳的溶解，而當液體中含有懸浮類雜質時，不利於二氧化碳的溶解。