ชนิตพล

ผู้เขียน : ชนิตพล

อัพเดท: 18 เม.ย. 2010 12.15 น. บทความนี้มีผู้ชม: 231291 ครั้ง

E THANOL ……….energy of THAILAND

Biofuels:….เป็นแหล่งพลังงานที่มนุษย์สามารถผลิตขึ้นมา….แล้วใช้ไป….และผลิตขึ้นมาใหม่ เป็นวัฏจักรที่ไม่มีวันสิ้นสุด…เปรียบเสมือนเป็น…renewable or sustainable energy…biofuels ….ที่ใช้กันอย่างกว้างขวางคือ…..biodiesel…ethanol


(Distillation-5 ) ETHANOL.....energy of THAILAND

ตอนที่ 14

                                                                                                                                                                                            

          3.4.3 การใช้กฎของลีเวอร์( Lever Rule) ในการหาอัตราส่วนโมลในของเหลวและไอ (mole fraction in phase of liquid and vapour)

Mol  Fraction of  R   

  Pressure

 of  R   (PR)

nα lα  =  nβ lβ……(1)  ,  nl  / nv  =  lv  / ll……(2)

P1

P2

                   กฎของลีเวอร์ ได้อธิบายความสัมพันธ์อัตราส่วนโมลในสภาพของเหลวและก๊าซแปรผันตรงกับความดันของสารนั้นๆในสภาวะหนึ่งๆที่กำหนด สารที่มีความดันไอสูงจะระเหยได้ง่ายและสามารถอยู่ในชั้นของไอ มากกว่าสารที่ระเหยได้ยาก ซึ่งมีความดันไอต่ำกว่า   ตามที่แสดงในรูปด้านล่างกำหนดให้ α เป็น liquid phase และβ เป็น vapour phase เราหาสัดส่วนของอัตราส่วนโมลในของเหลวและไอได้จากสมการดังนี้

 
90275_Picture165.png

 รูปที่ 18  กราฟแสดงความสัมพันธ์ของ pressure  and mol fraction ตามกฎของ lever

จากสมการที่ 2 :   กำหนดให้  nα nβ  = 18  , lα = 12

                             ที่จุด P2 :   lv /  ll =        ,    nl / nv  =               

                              และที่จุด P1 :   lv /  ll =  lβ /  lα  =  18 / 18-12  =  3     Ans.

 

90275_Picture166.png

 

รูปที่ 19  กราฟแสดงความสัมพันธ์ของ temperature  and mol fraction   at constant pressure

จากรูปที่ 19 กำหนดให้component ที่มีความดันไอสูง จะมี mol fraction in vapour  (yA) > mol fraction in liquid   (xA)  และถ้าไอของสารละลายถูกควบแน่นเป็นของเหลว  จะได้ของเหลวที่มี component เดิมในสัดส่วนยิ่งสูงขึ้น……เช่นเดียวกับการกลั่นลำดับส่วน Fractional Distillation มีการกลั่นและควบแน่นซ้ำ ๆ กัน หลายครั้งอย่างต่อเนื่อง

เมื่อกำหนดให้เพลท (plate-ชั้นหนึ่งๆภายในหอกลั่น) หนึ่งของคอลัมน์ ที่อุณหภูมิ T = T2   เมื่อผ่านไอไปที่เพลทสูงกว่า เป็นการลดอุณหภูมิลงมาที่จุด b ….บางส่วนของไอจะถูกควบแน่นให้เป็นของเหลวที่มีองค์ประ กอบ = l  และ บางส่วนจะกลายเป็นไอที่มีองค์ประกอบ = v ……..องค์ประกอบของไอจะเลื่อนลงมาตามแนว…..a2’ -  v และ a3’ …….องค์ประกอบของเหลวจะเลื่อนลงมาตามแนว…..a2 - l และ a3

3.4.4  การกลั่นอะซีโอโทรปิคแบบหลายหอกลั่น (multi columns of azeotropic distillation)

             ตามที่ได้กล่าวมาแล้วว่าสาร Azeotrope ที่ใช้ช่วยในการกลั่นต้องมีจุดเดือดคงที่ เพราะในการกลั่นเอทานอลกับน้ำ จนถึงจุดที่อยู่ในสถานะก๊าซ และสถานะสารละลายที่มีความเข้มข้นของเอทานอลและน้ำเท่ากัน เราไม่สามารถกลั่นแยกเอทานอลออก จากน้ำด้วยวิธีธรรมดาต่อไปได้  จึงต้องใช้วิธีที่ซับซ้อนขึ้นเช่น….. การกลั่นแบบลำดับส่วนที่รียกว่า…fractional distillation …..การกลั่นด้วยวิธีการใช้อุปกรณ์ช่วยกลั่นเช่น  molecular sieve dehydration system ใช้การกรองแยกน้ำออกจากเอทานอลตามคุณสมบัติของสารซีโอไลท์ (zeolite) ที่ใช้เป็นตัวกรองหรือ….{(K2O.Na2O).Al2O3. 2SiO2.xH2O}   และอีกวิธีการหนึ่งที่ใช้การแยกน้ำออกจากเอทานอล คือการใช้แผ่นกรองบางๆเรียกว่า…membrane system….เป็นการใช้กระบวนการซึมผ่านโดยใช้แผ่นที่เป็น พอลิเมอร์หรือเซรามิค (polymer and ceramic จำพวกซีโอไลต์ – โซเดียมเอหรือ…NaA zeolite ) เป็นตัวแยกกรองน้ำออก…….ด้วยคุณสมบัติของน้ำที่มีความเป็นขั้วหรือ…. hydrophilicity…..ที่สามารถซึมผ่านหรือ… permeation ….ในสถานะไอน้ำที่ใช้ระบบความดันต่ำจากภายนอกช่วยดึงออก เป็นระบบการระเหยหรือ…evaporation…และไอจะถูกกลั่นตัวเป็นน้ำต่อไปเหลือไว้แต่เอทานอลบริสุทธิในระบบ membrane system

                   สรุปว่าการกลั่นด้วยระบบธรรมดานั้น…เมื่อพิจารณาจุดเดือดของเอทานอลอยู่ที่ 78.3°C และน้ำอยู่ที่ 100°C   เมื่อต้องการกลั่นแยกสารผสมทั้งสองนี้ออกจากกัน   จุดสุดท้ายของการกั่นโดยทั่วไปจะได้…  azeotropic mixture…. ส่วนผสมของเอทานอลกับน้ำที่ความเข้มข้น 95-95.5% CHOH v/v  + 4.5 -5% HO v/v  มีจุดเดือดอยู่ที่ 78.15°C  ซึ่งต่ำกว่า จุดเดือดของเอทานอลและน้ำ เราเรียกส่วนผสมนี้ว่า…minimum-boiling point mixtures และเมื่อต้องการให้ azeotrope mixture นี้ดำเนินกระบวนการกลั่นแยกให้ได้ จึงต้องใช้สารช่วยกลั่นหรือ entrainer เช่น คีโตน (ketone) เพื่อเปลี่ยน…. azeotrope…ให้เกิดเป็นสารผสมใหม่ 2 ชั้น คือ คีโตน – เอทานอล – น้ำ ซึ่งเอทานอลจะไม่ละลายใน คีโตน เราก็สามารถแยกเอทานอลออกจากส่วนผสมใหม่นี้ได้  ตามที่แสดงในรูปที่20 เป็นการกลั่นแบบ 2 หอกลั่นโดยป้อน 70% ethanol + 30 % water เข้าไปในหอกลั่น ethanol ได้เป็น distillate สูงกว่า 95% CHOH v/v

Feed 70% ethanol v/v

entrainer

Stripper

Separator

Ethanol

water

 

90275_Picture168.png


รูปที่ 20  รูปแสดงการกลั่นแบบ Azeotropicโดยใช้ entrainer เพื่อแยกน้ำออกจาก เอทานอล


บทความนี้เกิดจากการเขียนและส่งขึ้นมาสู่ระบบแบบอัตโนมัติ สมาคมฯไม่รับผิดชอบต่อบทความหรือข้อความใดๆ ทั้งสิ้น เพราะไม่สามารถระบุได้ว่าเป็นความจริงหรือไม่ ผู้อ่านจึงควรใช้วิจารณญาณในการกลั่นกรอง และหากท่านพบเห็นข้อความใดที่ขัดต่อกฎหมายและศีลธรรม หรือทำให้เกิดความเสียหาย หรือละเมิดสิทธิใดๆ กรุณาแจ้งมาที่ ht.ro.apt@ecivres-bew เพื่อทีมงานจะได้ดำเนินการลบออกจากระบบในทันที