罐装可乐安全问题研究

2017-11-30岳柯宇

科技与创新 2017年23期

关键词：罐装大气压易拉罐

岳柯宇

（沈阳市第三十一中学，辽宁沈阳 110000）

罐装可乐安全问题研究

岳柯宇

（沈阳市第三十一中学，辽宁沈阳 110000）

夏天大家都爱喝一听冰凉的可乐，这其中也蕴含了许多物理学原理，如果不了解其中的原理，而随心所欲地喝冰冻罐装可乐，就很有可能造成严重的安全隐患。通过建立模型，对罐装可乐安全存放的条件进行了研究，以此保障喝可乐时安全。

罐装可乐；温度；压强；安全问题

1 提出问题

冰冻可乐是一种非常受欢迎的饮料，尤其是在夏天，人们对它爱之更甚，但如何才能喝得放心呢？2013-05-20，“罐装碳酸饮料爆炸致一孩子左眼受伤”这样一条微博在网上被大量转发，引起了广大网民的关注。人们对于易拉罐类饮料的安全隐患有没有深刻的认识？为什么冷冻的碳酸饮料能够爆炸，其中的物理学原理是怎样的?事实上，如果可乐易拉罐上没有耐低温的标志，是不允许进行冷冻的。这是因为不管是可乐，还是其他碳酸类的饮料及啤酒等，其中所含水分的比例是很大的。众所周知，水在4℃时密度最大。如果存放可乐的冰箱的冷冻室温度低于4℃，就会出现体积膨胀的现象。此时的水遵循热缩冷胀的原理，进而导致易拉罐的形状发生改变。因此，我们应该明白，饮料最好不放在冷冻室冷冻。另外，如果饮料是塑料瓶包装，我们一定要对塑料瓶的材料和标识有充分的了解。事实上，对于大部分塑料而言，在温度低于0℃时，其脆性也会变大，从而对人体健康产生不利。所以，只有当塑料瓶有耐低温标识，我们才能在0℃以下冷冻。综上所述，罐装可乐安全问题值得我们予以重视。

2 分析问题

可乐在冷冻时，液体会凝固成固体而造成体积变大，虽然二氧化碳的溶解度随温度降低而升高，但是在液体凝固后，二氧化碳又会析出，导致瓶内气压更高。

2.1 为什么易拉罐饮料越做越薄

在我国，目前已经针对易拉罐制定了一些国家标准，比如《包装容器铝易开盖铝两片罐》（GB/T 9106.1—2009）和《铝易开盖三片罐》（GB/T 17590—2008），以及2012-10正式实施的《食品安全国家标准易拉罐内壁水基改性环氧树脂涂料》（GB 11677—2012）。通过查阅这些国家标准，可发现其中存在一个漏洞，即没有规定易拉罐的厚度。在很多可乐易拉罐生产企业中，为了提升利润空间，不断地降低生产成本，当然包装成本也在他们降低的范围之内，如此就导致易拉罐越做越薄，越来越多的生产厂家通过生产薄壁的易拉罐来降低成本，使自身在市场竞争中占据竞争地位。

2.2 易拉罐爆炸过程中的物理学原理

通过上述分析可知，易拉罐越做越薄成为了一种事实。当易拉罐的壁较薄时，生产厂家就会比原来厚度的易拉罐注入更多的CO2。这时候，我们观察可乐易拉罐，它只是表面看起来很结实，然而其实际上跟充气炸弹差不多。当可乐易拉罐放置到冷冻室内一段时间之后，一旦发生爆炸，那么其中的原因可能是这2个：①可乐中的液体发生结冰现象，其体积持续膨胀，当膨胀到一定程度时，就会使可乐易拉罐的外形发生改变，最终使可乐易拉罐发生爆炸。②可乐中的液体结冰，就会使气体溶解度有所改变，此时CO2会有一定的释放量。当CO2的释放量越来越大时，可乐易拉罐内部的气体压力就会逐步增大，从而导致易拉罐内部压强逐渐增加，最终导致罐装可乐爆炸的悲剧发生。如何对罐装可乐安全问题予以防范，这是我们下面需要解决的问题。以下将建立模型，并对数据进行分析，然后进行误差分析，以发现模型建立中存在的不足，从而找到完善模型的更好方法。

3 建立模型

假设：①罐装可乐可承受压强上限；②罐内液体一定；③可乐水溶液物理性质近似于水。

由于冰的密度是0.917 g/cm3（0℃，1个大气压下），水的密度是1 g/cm3，所以结冰后体积膨胀约9%.又因为气体压强与体积成反比，罐内体积一定时，液体体积变大，气体体积变小，所以造成罐内压强变大。设罐容积为350 mL，液体体积为300 mL，则冷冻后固体体积为300×（1＋9%）＝327 mL，所以估算气体体积为350 mL－327 mL＝23 mL。罐装可乐中一般溶解有2倍体积左右的二氧化碳，也就是说，这些二氧化碳在标准大气压下的体积在0.5 L左右，相当于1 L二氧化碳压缩到23 mL，所以估算出罐内压强为20个大气压左右。在网上查找资料可知，可乐罐被设计为可以承受100 PSI（689.5 kPa，接近于7个大气压）的压强。正常情况下保存的可乐，内部通常只有两三个大气压的压强，因此这个设计强度正常使用已经足够。但在极端冷冻情况下，显然非常容易发生爆裂。