4. Установки для деаэрации и насыщения воды углекислым газом

Сатураторы представляют собой агрегаты, состоящие из аппаратов, насосов, трубопроводов, арматуры и контрольно-измерительных приборов, смонтированных на общей раме.

Деаэрация воды необходима для обеспечения нормального розлива напитка. Присутствие в воде растворенного воздуха не может заметно повлиять на насыщение воды или напитка СО₂, зависящее от парциального давления газа, которое можно поддерживать на требуемом уровне (в сатураторе оно не должно превышать 0,1 МПа). Однако в процессе розлива растворенный воздух может вызывать интенсивное вспенивание и выброс напитка из бутылки при снятии противодавления.

Деаэрация воды, т. е. удаление из воды растворенного воздуха, преследует цель исключить окислительное действие кислорода воздуха на ароматические, красящие вещества и витамины купажного сиропа. Окислительные процессы ведут к помутнению напитка и приобретению им мыльного вкуса. Выделение растворенного воздуха из воды происходит тем успешнее, чем выше температура воды и меньше парциальное давление воздуха. Поэтому охлаждение воды перед деаэрацией нецелесообразно, так как охлажденная вода прочнее удерживает растворенные в ней газы, нежели неохлажденная. Наоборот, после деаэрации, перед насыщением углекислым газом воду необходимо охлаждать, имея в виду ту же зависимость растворимости газов в воде от температуры и давления (чем холоднее будет вода и чем выше давление газа, тем больше растворится его в воде). Обычно воду охлаждают до 4—6° С, а давление углекислого газа доводят до 0,3—0,6 МПа. Деаэрация воды в установках осуществляется одним из следующих способов: 1) созданием в аппарате с деаэрируемой водой газового пространства без воздуха, что достигается вытеснением его углекислым газом; 2) откачиванием воздуха из аппарата посредством вакуум-насоса.

В обоих случаях снижается парциальное давление воздуха над водой, вследствие чего растворенный воздух выделяется из воды.

Способ деаэрации путем создания вакуума более надежен, так как выде-ляющийся из воды воздух тотчас отсасывается вакуум-насосом; и над водной поверхностью все время поддерживается минимальное парциальное давление его. Скорость выделения воздуха из воды (т. е. деаэрация) так же, как и скорость поглощения водой углекислого газа (т. е. сатурация), зависит не только от разности парциальных давле­ний газа и температуры воды, но и от величины поверхности контакта между газом и водой. Поэтому как при деаэрации, так и при насыщении воды углекислым газом поверхность контакта стремятся создать возможно большей. Это достигается распылением воды форсунками и устройством в деаэраторах и сатураторах насадок из фарфоровых колец, металлических сеток, различного рода тарелок и полок для образования каскадов. Так, например, при тонком распылении форсунками 1 л воды образует капли, поверхность которых достигает 60 м² и более, а фарфоровые кольца, имеющие диаметр и высоту 25 мм, создают в 1м³ объема аппарата поверхность до 250 м². Растворенный воздух целесообразно удалять не только из воды, но также и из купажного сиропа, так как в процессе приготовления его, во время энергичного перемешивания сахарного сиропа со всеми остальными компонентами (соками, растворами органических кислот и т.п.) сироп обильно поглощает воздух. К сожалению, деаэрация сиропа проводится крайне редко.

На практике давление газа при насыщении воды углекислотой принимают в 2-—4 раза большим равновесного.

В газированных безалкогольных напитках содержание углекислого газа достигает 0,4—0,7% масс.

Сатурационная установка АСК. Автоматизированный сатуратор АСК непрерывного действия основан на вытеснительной деаэрации воды.

При работе сатуратора (рис.7.5) профильтрованная и охлажденная до 4-7 °С вода нагнетается насосом 12 в водо­струйный эжектор 10, который засасывает диоксид углерода из сатурационной колонки 4. В деаэрационную колонку вода, отчасти насыщенная в эжекторе СО₂, поступает снизу и посте­пенно вытесняется вверх. Пузырьки газа, не успевшие раствориться в воде, заполняют пространство под диафрагмой 8, образуя газовую подушку над слоем воды. Вследствие разности равновесного давления воздуха, соответствующего его концентрации в воде, и парциального давления в газовой подушке происходит деаэрация воды. Однако этот процесс нельзя считать эффективным, так как поверхность массообмена невелика.

По мере накопления газовой смеси под диафрагмой вода вытесняется до тех пор, пока не откроется нижний конец наклонной трубы 9. По трубе 9 газовая смесь перепускается в верхнюю часть деаэрационной колонки 7, откуда направляется к диафрагмовому клапану 11, а затем в атмосферу. Диафрагмовый клапан отрегулирован на сброс смеси только при работе насоса 12.

Вода из деаэрационной колонки по трубопроводу через обратный клапан

6 подается в нижний конец центральной трубы сатурационной колонки 4. Проходя сквозь отверстия решетчатых дисков 3, вода и диоксид углерода интенсивно перемешиваются, что способствует лучшему растворению газа. Вода, достигнув верхней кромки центральной трубы, переливается на сетку, которая равномерно распределяет воду по насадке. Диоксид углерода подается в сатурационную колонку через редукционный клапан 2, который поддерживает давление СО₂ на уровне 0,6 МПа. Газированная вода, пройдя через насадку из колец, собирается в нижней части сатурационной колонки, откуда через патрубок 1 направляется к разливочному автомату. Уровень газированной воды в колонке поддерживается автоматически посредством двух электрических датчиков 5.

Рис. 7.5. Схема работы сатурационной установки АСК

Для нагнетания воды в деаэрационную колонку 7 используется поршневой двухцилиндровый насос двойного действия с приводом от электродвигателя через клиноременную и зубчатую передачи и коленчатый вал. Насос имеет массивные движущиеся части, подверженные интенсивному трению и износу.