Массообмен углекислого газа в системе вино - CO2

В производстве шампанского большое значение имеют процессы, связанные с абсорбцией CO₂ и десорбцией его через поверхность вина.

Применительно к условиям шампанского производства проведены специальные исследования массопередачи углекислого газа в системе вино - CO₂ и разработаны методы расчета количества поглощаемого CO₂ в зависимости от состава и условий среды [82]. Скорость сорбции CO₂ вином может быть достаточно полно охарактеризована общим коэффициентом массопередачи, который учитывает диффузионное сопротивление как газовой, так и жидкостной пленок и показывает количество газа, поглощаемое при определенных условиях через единицу поверхности жидкости в единицу времени. В технологии шампанского имеют место процессы, в ходе которых происходит поглощение CO₂ непосредственно через поверхность вина, находящуюся в состоянии покоя. Полученные данные показали, что концентрация приведенного экстракта вина незначительно влияет на величину коэффициента массопередачи. Скорость поглощения CO₂ вином через неподвижную поверхность зависит в основном только от содержания в вине этилового спирта и сахара. С увеличением их концентрации скорость абсорбции CO₂ уменьшается, причем влияние спирта в данном случае сказывается в большей степени, чем сахара.

Для вычисления коэффициента массопередачи CO₂ через неподвижную поверхность вина предложена формула

где а - общий коэффицициент массопередачи через неподвижную поверхность вина, кг/(м²⋅ч⋅МПа);

b-эмпирический коэффициент, зависящий от содержания в вине спирта и сахара;

η - коэффициент динамической вязкости вина, Па⋅с.

Составлена также номограмма для определения приближенных значений коэффициента массопередачи.

Количество углекислого газа, поглощаемое вином через неподвижную поверхность при постоянном давлении CO₂ и постоянной концентрации его в вине, определяют непосредственно из общего уравнения абсорбции:

где Q - масса поглощенного вином CO₂, кг;

а - коэффициент массопередачи CO₂, кг/(м²⋅ч⋅МПа);

F - поверхность вина, м²;

τ - время поглощения, ч;

р - давление CO₂ над вином, МПа;

р_ж - давление, равновесное концентрации CO₂ в вине, МПа.

Такое поглощение может происходить при шампанизации вина в непрерывном потоке в бродильных аппаратах в случае наличия в них газовых камер, где давление CO₂ над вином и концентрация его в верхних слоях вина практически постоянны.

Количество углекислого газа, поглощаемое через неподвижную поверхность вина при постоянном давлении и возрастающей по мере абсорбции концентрации CO₂ в вине, определяют по формуле

где q - масса 1 м³ CO₂ при данной температуре и давлении 0,1 МПа;

р_ж - давление, равновесное концентрации CO₂ в вине в момент времени τ, для которого производится расчет;

V - объем вина, м³.

Величину р_ж вычисляют из приведенного выше уравнения, принимая среднюю разность парциальных давлений CO₂ как среднюю логарифмическую между начальной и конечной разностями давлений.

Такое поглощение может быть в напорном резервуаре и приемном аппарате установки непрерывной шампанизации, уровень поверхности вина в которых можно считать практически неподвижным.

Поглощение вином углекислого газа при снижении давления CO₂ и возрастании его концентрации по мере абсорбции определяют по приведенной выше формуле, а величину р_ж вычисляют аналогично предыдущему случаю.

Такое поглощение может происходить при выдержке охлажденного шампанизированного вина в приемных аппаратах и в расходном резервуаре разливочного автомата.