การผลิตเอทิลเอสเทอร์แบบต่อเนื่อง ด้วยเครื่องปฏิกรณ์ไฮโดรไดนามิคคาวิเทชั่น ชนิดโรเตอร์ แบบผิวมีหลุม

บทคัดย่อ

บทคัดย่อ เรื่อง : การผลิตเอทิลเอสเทอร์แบบต่อเนื่อง ด้วยเครื่องปฏิกรณ์ไฮโดรไดนามิค คาวิเทชั่น ชนิดโรเตอร์ แบบผิวมีหลุม ผู้วิจัย : วุฒิสาส์น เขียวทอง ชื่อปริญญา : ปรัชญาดุษฎีบัณฑิต สาขาวิชา : วิศวกรรมเครื่องกล อาจารย์ที่ปรึกษา: ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.ประชาสันติ ไตรยสุทธิ์ คำสำคัญ : การผลิตไบโอดีเซลอย่างต่อเนื่อง, เครื่องปฏิกรณ์ชนิดโรเตอร์แบบพื้นผิวเป็นหลุม, ระเบียบวิธีวิจัยพื้นผิวตอบสนอง, การตรวจสอบ, การจำลองพลศาสตร์ของไหล ในวิทยานิพนธ์นี้ เครื่องปฏิกรณ์โรเตอร์ ชนิดพื้นผิวเป็นหลุม (BSRR) ที่มีประสิทธิภาพสูง ถูกใช้ในการผลิตไบโอดีเซลอย่างต่อเนื่อง จากน้ำมันใช้แล้ว โดยผ่านกระบวนการทรานส์เอสเทอริฟิเคชัน จุดมุ่งหมายของวิทยานิพนธ์นี้ เพื่อศึกษาสภาวะที่เหมาะสม และประสิทธิภาพของการผลิตเอทิลเอสเทอร์แบบต่อเนื่อง โดยใช้ BSRR ด้วยวิธีการทดลอง การวัดค่าตรวจสอบความถูกต้อง และการจำลอง BSRR ถูกติดตั้งด้วยโรเตอร์เหล็กกล้าคาร์บอนสูง 3 แบบที่มีเศษส่วนพื้นที่ (AF) แตกต่างกันที่ร้อยละ 6.9, 13.8 และ 27.6 ตามลำดับ เมทานอล และเอทานอลที่มีความบริสุทธิ์ร้อยละ 99.9 โดยปริมาตร ถูกใช้เป็นสารตั้งต้น โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ (KOH) ที่มีความบริสุทธิ์ร้อยละ 90 โดยน้ำหนัก ถูกใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ตัวแปรที่ศึกษามี 4 ตัว ประกอบด้วยความเข้มข้นของโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ [KOH] ความเร็วของโรเตอร์ อัตราการไหลของสารตั้งต้น และอัตราส่วนโดยโมลของแอลกอฮอล์ต่อน้ำมัน ประสิทธิภาพที่ตรวจสอบ คือ ปริมาณกรดไขมันเอทิลเอสเทอร์ (FAEE) ปริมาณกรดไขมันเมทิลเอสเทอร์ (FAME) การแปลงน้ำมันเป็นไบโอดีเซล การใช้พลังงานจำเพาะ (SEC) เวลาเติมเต็มสารปฏิกิริยา (Rt.) เลขคาวิเทชัน (? ) เลขเรย์โนลด์ (Re) และเศษส่วนไอโดยปริมาตร (? ) การออกแบบการทดลองแบบแฟกทอเรียล และแบบคอมโพสิตกลาง ถูกนำมาใช้เพื่อออกแบบการทดลอง ระเบียบวิธีวิจัยพื้นผิวตอบสนอง (RSM) ถูกนำมาใช้ในการวิเคราะห์ และคาดการณ์สภาวะที่เหมาะสม สภาวะที่เหมาะสมถูกนำมาตั้งค่า เพื่อวัดค่าตรวจสอบอุณหภูมิ และความดันทั้งหมด ณ จุดที่ระบุบน BSRR ข้อมูลการตรวจสอบความถูกต้องถูกบันทึก นำไปใช้ในการคำนวณ (?, Re) และใช้เพื่อจำลองความดันไดนามิค (P Dynamic) ความเร็วอ้างอิง (V Ref) และ ? โดยใช้ ANSYS fluent R15.0 ดำเนินการผลิต FAME และ FAEE เปรียบเทียบผลภายใต้อัตราส่วนแอลกอฮอล์ต่อน้ำมันโดยโมลตามทฤษฎี ด้วยแกนโรเตอร์ 3 แบบ โรเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดคือ AF ร้อยละ 27.6 RSM คาดการณ์สภาวะการผลิต FAME/FAEE ที่เหมาะสมที่ ร้อยละ [KOH] 1.016/1.170 โดยน้ำหนัก ความเร็วของโรเตอร์ที่ 2907/3000 รอบต่อนาที ด้วยอัตราการไหล 2.134/5.680 ลิตร/นาที และปริมาณ FAME/FAEE ที่ร้อยละ 97.3/98.89 โดยน้ำหนัก ค่าเฉลี่ยปริมาณ FAME/FAEE ที่แท้จริง คือ ร้อยละ 97.16/98.11 โดยน้ำหนัก และร้อยละ 97.83/97.98 โดยน้ำหนักของการแปลงน้ำมันเป็นไบโอดีเซล ประสิทธิภาพของการผลิต FAEE นั้นสูงกว่าการผลิต FAME เนื่องจาก V Ref ของ FAEE (15.73 เมตรต่อวินาที) นั้นสูงกว่า FAME (15.24 เมตรต่อวินาที) โดยมีค่า ? ต่ำในช่วง 0.700-0.794 ภายใต้ Re 4449.740 การผลิต FAEE ใช้พลังงานน้อยที่สุดที่ 0.00459 กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อกิโลกรัม เมื่อเทียบกับการผลิต FAME ที่ 0.01200 กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อกิโลกรัม สภาวะที่เหมาะสมที่สุดของ RSM ในการผลิต FAEE ด้วยตัวแปร 4 ตัวที่ 5 ระดับ มีประสิทธิภาพสูงสุด ด้วยโรเตอร์ AF ร้อยละ 27.6 ที่อัตราการไหล 3.371 ลิตรต่อนาที ความเร็วโรเตอร์ 3880 รอบต่อนาที ด้วยอัตราส่วนเอทานอลต่อน้ำมันโดยโมล 4.7:1 และร้อยละ [KOH] 0.675 โดยน้ำหนัก การใช้อัตราส่วนโดยโมลที่ 4.7:1 ส่งผลให้ความหนาแน่นของสารผสมเอทานอลกับน้ำมันลดลงเหลือ 866 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร และความหนืดแบบไดนามิกลดลงเหลือ 20.406 ปาสคาล-วินาที การใช้ความเร็วโรเตอร์สูง 3880 รอบต่อนาที และอัตราการไหลสูง 3.371 ลิตรต่อนาที เปลี่ยน VRef เป็น 20.19 เมตรต่อวินาที ทั้งหมดทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของเลขเรย์โนลด์ เพิ่มขึ้นเป็น 7943.075 ซึ่งเป็นการไหลแบบปั่นป่วน เมื่อ VRef เพิ่มขึ้น ส่งผลกระทบให้ความดันไดนามิคเพิ่มขึ้น และความดันสถิตย์ลดลงเหลือ 81325 นิวตันต่อตารางเมตร ที่ 38 องศาเซลเซียส คำนวณค่าความดันไอได้ 14767 นิวตันต่อตารางเมตร ซึ่งทำให้ ? ลดค่าต่ำสุดที่ 0.366 และ ? มีค่าสูงสุดมีโซนพื้นที่สีแดงใหญ่ที่สุดของการจำลอง ไฮโดรไดนามิคคาวิเทชั่นที่รุนแรงถูกกระตุ้นเพื่อให้เกิดขึ้น สภาวะที่เหมาะสมนี้สามารถใช้ในการผลิตไบโอดีเซลที่มีปริมาณ FAEE สูงถึงร้อยละ 99.25 โดยน้ำหนัก การแปลงน้ำมันเป็นไบโอดีเซลร้อยละ 99.11 โดยน้ำหนัก และ Rt.สั้นเพียง 6.95 วินาที การใช้ SEC ต่ำเพียง 0.01225 กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อกิโลกรัม (0.01088 กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อลิตร)

คำสำคัญ