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cannette de bière chauffée à 60C avec une concentraion en CO2. Quelle est la pression subie? [73614]

gusgus13

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Posté le : 14/10/2010, 10:09 (Lu 24369 fois)
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Bonjour,

J'ai un problème que j'ai du mal à résoudre.

Si j'ai une boîte (ou cannette) de bière de 33cl avec une concentration en CO2 de 5.40 g/l que l'on chauffe à 60°C, j'aimerais savoir quelle est la pression qu'elle subit.

On chauffe les boîtes lors de la pasteurisation pour éliminer toutes bactéries éventuelles et certaines éclate au niveau de la languette, point faible de la boîte.

Pouvez-vous répondre à ma question svp? Car j'ai toujours eu des problèmes de chimie, je pensais le résoudre avec la loi de henry mais mes résultats sont incohérents...

Merci d'avance

Re: cannette de bière chauffée à 60C avec une concentraion en CO2. Quelle est la pression subie? [73615]

darrigan
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Posté le : 14/10/2010, 10:32 (Lu 24366 fois)
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Généralement quand on chauffe un gaz dissout dans un liquide, l'équilibre est déplacé vers le relargage du gaz en phase gazeuse.

On peut faire un calcul maximisé : 5,4 g/L, pour 33 cL, cela donne 1,8 g de gaz dans la bouteille. La masse molaire de CO2 est 44 g/mol. Donc les 1,8 g correspondent à 0,041 mol. A pression et température ambiante, 1 mol de gaz occupe un volume de 22,4 L. Pour 0,041 mol, cela donne 0,92 L de gaz.

Mais ce gaz occupe en réalité un petit volume et il est donc comprimé. Il faudrait savoir quelle est le volume libre restant dans la bouteille de 33 cL (qui doit contenir 33 cL de bière, mais doit avoir un volume un peu supérieur.)
Ainsi, dans le volume restant, il faut comprimer les 0,92 L de gaz. C'est bien sûr un calcul qui maximise la pression, car le CO2 est en partie solubilisé dans la bière.
Mais lorsqu'on chauffe à 60°C, en plus il faut prendre en compte l'effet de température dans la pression.

A vue de nez, cela pourrait augmenter jusqu'à 4 ou 5 bar, ce qui effectivement risque de faire éclater la bouteille.

Autre solution pour la pasteurisation : ne pas chauffer et tuer les bactéries avec un autre moyen, par exemple une irradiation gamma (cela se fait industriellement pour certains aliments, et je précise que cela n'a aucune incidence radioactive sur l'aliment !) L'irradiation ne chauffe pas, donc ne provoque aucune dégradation des arômes, ni ne donne de pression supplémentaire dans la bouteille. Si tu es un industriel, je te conseille de te renseigner sur ce procédé !


Re: cannette de bière chauffée à 60C avec une concentraion en CO2. Quelle est la pression subie? [73616]

gusgus13

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Posté le : 14/10/2010, 11:14 (Lu 24363 fois)
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Merci pour ces explications!! Je viens d'aller demander le volume total des boîtes :

Pour une boîte de 330 ml de bière le volume total est de 346 ml ce qui revient donc à un volume libre restant de 16 ml!



Re: cannette de bière chauffée à 60C avec une concentraion en CO2. Quelle est la pression subie? [73617]

darrigan
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Posté le : 14/10/2010, 11:59 (Lu 24354 fois)
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Ce qui signifie que tu dois caser 0,92 L (0,041 mol) de gaz dans 0,016 L (0,016.10-3 m3).
A température ambiante (T = 25°C = 298 K), en appliquant la loi des gaz parfaits :
P = nRT/V
= 0,041 * 8,314 * 298 / 0,016.10-3
= 6348778,25 Pa
= 63,5 bar
... soit je me suis planté dans le calcul, soit c'est énorme !!

Es-tu sûr de ta valeur de départ pour 5,4 g/L de CO2 ?

Re: cannette de bière chauffée à 60C avec une concentraion en CO2. Quelle est la pression subie? [73618]

gusgus13

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Posté le : 14/10/2010, 12:57 (Lu 24351 fois)
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Oui je suis sûre de cette valeur, elle est inscrite dans les fiches répertoriant les normes.

Mais je pensais que la loi des gazes parfaits n'étaient applicables que lorsqu'il n'y a que du gaz dans le contenant. Or, il y a aussi du liquide qui lui aussi contient du CO2.

Re: cannette de bière chauffée à 60C avec une concentraion en CO2. Quelle est la pression subie? [73619]

darrigan
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Posté le : 14/10/2010, 13:10 (Lu 24345 fois)
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Oui, je suis d'accord, en réalité la pression est plus faible car une partie est dissoute.
Là je faisais un calcul qui maximise la valeur, donc comme s'il n'y avait pas de liquide. Mais c'est étonnant de trouver une valeur aussi énorme !
Surtout qu'en chauffant cette valeur augmenterait !

Re: cannette de bière chauffée à 60C avec une concentraion en CO2. Quelle est la pression subie? [73620]

gusgus13

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Posté le : 14/10/2010, 13:14 (Lu 24344 fois)
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Des tests ont été réalisés l'an dernier, et vers 60°C la pression subie est d'environ 8 bars. Cependant, mon supérieur m'a demandé une analyse théorique "type ingénieur" comme il dit grâce à des calculs et j'ai un peu de mal...!

Re: cannette de bière chauffée à 60C avec une concentraion en CO2. Quelle est la pression subie? [73621]

Dan
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Posté le : 14/10/2010, 14:36 (Lu 24329 fois)
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Je ne suis pas chimiste, mais il me semblait qu'un liquide n'était pas compressible, le CO2 dissout (donc l'acide carbonique), est un liquide ou un gaz ?

Désolé si j'ai dit une connerie.

Re: cannette de bière chauffée à 60C avec une concentraion en CO2. Quelle est la pression subie? [73652]

darrigan
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Posté le : 16/10/2010, 00:07 (Lu 24275 fois)
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En effet, les liquides sont très très peu compressibles.

Le sel a beau être solide quand il est pur, on ne peut plus le qualifier de "solide" quand il est en solution dans l'eau, ni même "liquide"... on doit dire "en solution". Hé bien pour un gaz c'est pareil !

Il faut voir le CO2 dissout comme des molécules de CO2 solvatées (entourées) par les molécules d'eau. Tout comme les molécules ou ions d'une autre substance (sel, aspirine...) sont solvatées aussi et sont pourtant des solides à l'état pur.

Tu ne dis pas des conneries, loin de là, car on nous apprend tellement jeune qu'il existe des liquides, des solides et des gaz, que quand on se trouve devant des mélanges, on ne sait plus vraiment comment qualifier l'état des substances. Ta question est la même que se pose énormément de personnes.

Re: cannette de bière chauffée à 60C avec une concentraion en CO2. Quelle est la pression subie? [73653]

Dan
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Posté le : 16/10/2010, 05:16 (Lu 24271 fois)
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D'accord, merci pour le rappel.

Mais même si c'est pas bon et qu'il faut la servir fraiche... Si je laisse la canette à température ambiante, la majorité du CO2 se trouve dans le liquide, peut être éventuellement en équilibre avec les 16 ml d'air (ou de vide ou de non liquide). Si j'ouvre la canette, la pression de la partie gazeuse baisse, c'est le fameux pschhhht. Mais dans la bière, la majorité des 0,92L est toujours là. Il est donc déjà compressé dans la bière. Et il reste dans cet état là tant que la cannette est fermée d'ailleurs. Non ?

Bref, j'aimerais bien voir l'explication de comment on fait tenir 0,92 L de gaz dans 0,33 L de bière à la pression atmosphérique pendant un temps relativement long quand même. Du moment qu'un abruti n'a pas secoué la boite juste avant l'ouverture.

Si on comprend ça, la solution du problème est simple, comme c'est un milieu fermé, il ne faut pas prendre en compte la pression totale, mais juste l'augmentation de la pression par rapport à la pression d'équilibre de départ qui ne doit pas être bien grande (3 bar ?).

Donc la vraie question, c'est, dans la partie vide, à quelle pression le CO2 cesse de devenir gazeux (non solvaté) à une température X pour connaitre la quantité de gaz gazeux. Et calculer le volume occupé par le gaz déjà compressé dans le liquide à une température X. Donc 2 réactions et pas une seule. Sinon les boites exploseraient peu de temps après la fermeture, sans même avoir besoin de les chauffer.

C'est juste histoire d'essayer de faire avancer gusgus.



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Édité le 16/10/2010, 05:18 par Dan

Re: cannette de bière chauffée à 60C avec une concentraion en CO2. Quelle est la pression subie?

chatelot16

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Posté le : 17/10/2010, 20:08 (Lu 24237 fois)
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la question est de savoir la solubilité du CO2 dans la biere a 60°c

le calcul qui a été fait au debut partait du principe qu'a 60°C tout le CO2 etait sorti du liquide : ce qui serait presque vrai a pression atmospherique

j'ai une encyclopedie des gaz de l'air liquide ou il y a la solubilité du CO2 dans l'eau a differente temperature , mais la biere n'est pas de l'eau , il est bien possible qu'elle disolve mieux le CO2 que l'eau pure

j'ai par example entendu dire que certain sel mineraux permettent de mettre plus de gaz dans l'eau gazeuse

ensuite dans le procédé de pasteurisation il est possible de mettre sous pression l'autoclave ou se fait cette pasteurisation pour reduire la contrainte sur les canette : reste a maitriser la pression pendant le chauffage et le refroidissement : idée mettre la meme dose de CO2 dans l'eau du sterilisateur : la pression montera pareil a l'interieur et a l'interieur des canette

Re: cannette de bière chauffée à 60C avec une concentraion en CO2. Quelle est la pression subie? [73663]

nobelios

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Posté le : 17/10/2010, 23:46 (Lu 24224 fois)
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La seule grande différence de la bière par rapport à l'eau et la présence d'éthanol,si tu a des mélanges eau/éthanol dans ton encyclopédie alors tu peux en déduire le CO2 dissout dans la bière.

Re: cannette de bière chauffée à 60C avec une concentraion en CO2. Quelle est la pression subie? [73664]

gusgus13

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Posté le : 18/10/2010, 06:50 (Lu 24217 fois)
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Merci pour vos recherches!

Re: cannette de bière chauffée à 60C avec une concentraion en CO2. Quelle est la pression subie? [73676]

chatelot16

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Posté le : 18/10/2010, 22:53 (Lu 24190 fois)
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je n'ai que la solubilité dans l'eau
60°c 0.5431g/litre
20°c 1.7208g/litre

la solubilité diminue bien mais pas de facon si grave que ca
1.7208 / 0.5431 = 3,1

donc avec un volume libre de gaz negligable la pression ne fera qu'etre multiplié par 3.1 par rapport a 20°C

pression a 20°C :
5.40 g/l / 1.7208g/litre = 3,13 bar absolu = 2.13bar relatif

a 60°c
3.13 x 3.1 = 9.7 bar absolu ou 8.7 bar relatif

reste a tenir compte de l'influence du volume libre , qui je pense reduira un peu cette pression

mais il sagit de CO2 dissous dans de l'eau : il est bien possible que le CO2 soit plus soluble dans l'alcool et que ca baisse cette pression

Re: cannette de bière chauffée à 60C avec une concentraion en CO2. Quelle est la pression subie? [73678]

Dan
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Posté le : 18/10/2010, 23:24 (Lu 24186 fois)
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Attention que la solubilité du CO2 augmente avec la pression. C'est d'ailleurs le principe de la pompe à bière.

Re: cannette de bière chauffée à 60C avec une concentraion en CO2. Quelle est la pression subie? [73679]

gusgus13

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Posté le : 19/10/2010, 08:45 (Lu 24172 fois)
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voici la réponse d'une personne sur un autre forum (et oui!) . Pour l'instant elle est la plus proche de la réalité. En effet, des tests ont été réalisés mais je souhaiterais quand même avoir une réponse théorique!

Voici sa réponse :

Je prendrai la question autrement avec la loi de Henry .... mais j'arrive à des résultats sans doute discutables ... à voir de plus près .
Je suppose que la quantité de CO2 gaz et très petite donc que le liquide contient à peu près 5,40g/L de CO2 quelle que soit la température, la fraction molaire de CO2 dans la solution ( considérée comme de l'eau pure ) est 5,40/44/(1000/18) ~ 0,0022
La loi de Henry indique que PCO2 =P = Kh *x CO2 où xCO2 est la fraction molaire de CO2 de la solution. j'ai trouvé les valeurs kh = 142 MPa à 20°C et environ 330 MPa à 60°C
La pression en CO2 est,donc à 20°C environ 142 E6*0,0022 ~3E5 Pa =3 bar
A 60°C la pression est environ 0,0022*330E6 ~ 7,3 E5 Pa = 7,3 bar

Qu'en pensez-vous? (encore merci de votre attention!)

Re: cannette de bière chauffée à 60C avec une concentraion en CO2. Quelle est la pression subie? [73683]

nobelios

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Posté le : 19/10/2010, 10:10 (Lu 24168 fois)
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7 bar ça me semble assez gros tout de même mais pourquoi pas ?

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