گازكربنيك مورد استفاده در نوشابه هاي گازدارچگونه توليد مي شود؟

نوشابه‌هاي گازدار از پرمصرف‌ترين نوشيدني‌ها مخصوصاً در ايران است. گازي كه در اين نوشابه‌ها وجود دارد گاز كربنيك (CO2) و يا همان دي‌اكسيد‌كربن است. افزودن گاز كربنيك به نوشابه عمدتاً بخاطر حس تازگي و حالت مطلوبي است كه پس از آشاميدن بجاي مي‌گذارد در حاليكه حتي بهترين نوشابه‌هاي گازدار نيز زماني‌كه گاز خود را از دست داده اند، ديگر فاقد آن طعم دلچسب هستند. كيفيت گاز كربنيك افزوده ‌شده به نوشابه‌ها از اهميت بالايي برخوردار است. به ‌همين ‌دليل توليدكنندگان شناخته ‌شده نوشابه‌هاي گازدار در جهان سخت‌گيري زيادي در رابطه با گاز كربنيك مورد ‌مصرف در نوشابه‌هاي خود دارند و گاز كربنيك مصرفي مورد قبول آنها بايد داراي مشخصات تعيين‌ شده توسط متخصصين مربوطه باشد.

يكي از اولين شاخصها در مورد گاز كربنيك، درجه خلوص آن است. مطابق استانداردهاي موجود گاز كربنيك مصرفي در صنايع نوشابهسازي بايد داراي حداقل خلوص 98/99%  باشد. به بيان ديگر، ناخالصي موجود در گاز مصرفي بايد كمتر از 01/0% باشد. نكته مهم آن است كه در همين ناخالصي كمتر از 01/0%، ميزان بعضي از عناصر و مواد بايد آنقدر اندك باشد تا زياني را متوجه مصرفكننده نوشابه نسازد. بخش عمده كنترل كيفي گاز كربنيك مورد استفاده در نوشابههاي گازدار روي همين ناخالصي كمتر 01/0% متمركز است تا اطمينان حاصل شود كه هيچ عنصر يا ناخالصي زيان بخشي بيش از مقدار تعريفشده و مجاز در گاز مصرفي نباشد.

گاز كربنيك به روشهاي مختلفي توليد ميشود. يكي از راههاي آن استفاده از سوختهاي فسيلي است كه چگونگي توليد آن هدف اين نوشته است.

از سوختن گاز طبيعي و يا گازوئيل، گاز كربنيك و آب توليد ميشود.

فرض كنيم گاز متان با اكسيژن سوزانده شود كه فرمول شيميايي آن بشكل زير است:

0.71 Kg CH4 + 2.86 Kg O2 → 1.96 Kg CO2 + 1.60 H2O

ملاحظه ميگردد كه از سوختن 71/0 كيلوگرم گاز متان با 86/2 كيلوگرم اكسيژن، مقدار 96/1 كيلوگرم گاز كربنيك (CO2) و 6/1 كيلوگرم آب توليد مي شود.

حال اگر بجاي گاز متان از گازوئيل استفاده كنيم كه در زنجيره تركيبي خود تعداد بيشتري اتم كربن دارد، فرمول آن به شكل زير خواهد بود:

1 Kg C18H38  + 3.46 Kg O2 → 3.11 Kg CO2 + 1.34 Kg H2O

مشاهده مي شود كه اگر يك كيلوگرم گازوئيل را با 46/3 كيلوگرم اكسيژن بسوزانيم مقدار 11/3  كيلوگرم گاز كربنيك و 34/1 كيلوگرم آب توليد مي شود.

در خط توليد گاز كربنيك، ابتدا در يك «بويلر»، گاز طبيعي و يا گازوئيل سوزانده مي شود. مشعل و ديگي كه براي اين منظور استفاده ميشود بهگونهاي طراحيشده كه هواي لازم و كافي براي احتراق كامل سوخت تزريقي به مشعل، تأمين گردد. بديهي است كه گاز و گازوئيل مصرفي مخلوطي از آلكانها و يا هيدروكربنهاي مختلف بوده و هواي دميده شده هم تركيبي از نيتروژن و اكسيژن و هيدروژن و ناخالصيهاي ديگر خواهد بود.

 

نتيجه آنكه در اثر احتراق علاوه بر آب و گاز كربنيك كه در بالا اشاره شد گازها و مواد ديگري هم توليد ميشوند.

بنابراين اگر دود خروجي از دودكش بويلر را تجزيهكنيم، ملاحظه ميشود كه گاز CO2 تنها درصد پاييني از تركيبات آن (حدود 12-10%) را تشكيل ميدهد و بقيه شامل گازها و ناخالصيهاي ديگر از جمله تركيبات نيتروژن مي باشد. دود خروجي از «بويلر» در واقع ماده اوليه براي توليد گاز كربنيك ميباشد.

پس از سوزاندن گاز طبيعي يا گازوئيل، دود خروجي از دودكش «بويلر» به قسمت پايين ستون يا برج بلندي كه بخش عمده آن از قطعات سراميكي خاصي پرشده، هدايت ميشود. در اين برج كه «برج شستشو» ناميده ميشود، با پاشش آب از قسمت فوقاني برج برروي سراميكها، دودي كه از پائين به سمت بالا در حركت است، ضمن خنك شدن، بخشي از ناخالصيهاي قابلحل در آب را از دست ميدهد. خروجي اين برج، مخلوطي از گازهاي مختلف ازجمله گاز كربنيك است.

در مرحله بعد، گازهاي خروجي از «برج شستشو» به قسمت پايين برج ديگري وارد ميشود كه داخل آن نيز با قطعات سراميكي پر شده است. در اين برج كه به نام «برج جذب» شناخته ميشود، با استفاده از مادهاي كه خاصيت جذب CO2 را دارد، جداسازي گاز كربنيك از مخلوط گازهاي مختلف صورت ميگيرد. ماده جاذب گاز كربنيك Mono Ethanol Amine) MEA) نام دارد كه محلول آن با غلظتي مشخص از قسمت فوقاتي «برججذب» روي سراميكهاي داخل ستون پاشيده ميشود و با اين عمل گاز كربنيك موجود در مخلوط گازي كه از پائين ستون بطرف بالا در حال حركت است، توسط محلول MEA جذب ميشود.

محلول MEA حاوي گاز كربنيك از قسمت پايين «برج جذب» به قسمت فوقاني ستون ديگري كه «برج جداسازي» ناميده ميشود، انتقال مييابد.

«برج جداسازي» با بويلر در ارتباط بوده لذا MEA  ورودي به آن در مجاورت شعله بويلر حرارت ديده و در اثر اين گرمايش گاز كربنيك از MEA جدا ميشود و با خروج از قسمت فوقاني «برج جداسازي» از يك مبدل حرارتي عبور ميكند تا خنك شده و در عين حال بخشي از رطوبت همراه آن به صورت كندانس جدا شود.

سپس براي آنكه بخش ديگري از ناخالصي هاي موجود در گاز كربنيك توليدي همانند NOX ها، آلدئيدها، الكلها و H2S از MEA گرفتهشود، آن را از ستوني عبور ميدهند كه حاوي پرمنگنات پتاسيم است.

در مرحله بعدي، گاز توليدي وارد «كمپرسور گاز كربنيك» ميشود تا فشار آن به حدود 16 بار افزايش يابد. در ادامه گاز كربنيك توليدي از «ستون خشككن» عبور ميكند تا ضمن دفع رطوبت، نقطه شبنم گاز به حدود 60- درجه سانتيگراد برسد. بعد از  «ستون خشككن»، گاز كربنيك از «ستون كربن فعال» عبور مي كند تا بو و برخي ناخالصيهاي گاز حذف شود.

آخرين مرحله در فرايند توليد گاز كربنيك، تبديل گاز كربنيك توليدي از حالت گاز به مايع است. عمل تقطير گاز كربنيك در مبدل حرارتي يا كندانسوري مرتبط با يك كمپرسور آمونياكي يا فرئوني صورت ميگيرد و دماي آن تا حدود 30- درجه سانتيگراد پايين آورده ميشود تا به مايع تبديل گردد. در اين مرحله گازهاي غيرقابل تقطير همراه گاز كربنيك جدا شده و نهايتاً گاز كربنيك مايع با خلوص 99/99% در مخزن ذخيره مي شود.