Please use this identifier to cite or link to this item:
http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/17190
Title: | ระบบผลิตไบโอดีเซลจากส่วนกลั่นกรดไขปาล์มแบบต่อเนื่องด้วยเครื่องปฏิกรณ์ท่อผสมแบบสถิตร่วมกับคลื่นเสียงอัลตราโซนิก |
Other Titles: | Continuous biodiesel production from palm fatty acid distillate using static mixer coupled with ultrasonic irradiation |
Authors: | กฤช สมนึก ทนงศักดิ์ ประสิทธิ์ Faculty of Engineering Mechanical Engineering คณะวิศวกรรมศาสตร์ ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล |
Keywords: | เชื้อเพลิงไบโอดีเซล การผลิต |
Issue Date: | 2017 |
Publisher: | มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์ |
Abstract: | In this research, the continuous biodiesel production process from palm fatty acid distillate (PFAD) was studied using static mixer coupled with ultrasonic irradiation. The PFAD is a by-product of low market value from the physical refining of crude palm oil (CPO) to edible grade refined palm oil (RPO). The PFAD is not of edible grade, and it is normally used in making soap or animal feed, or by oleochemical industries in general. It can also be used as raw material by the health food and the pharmaceutical industries, as vitamin E can be extracted from PFAD. The PFAD mainly consists of FFA (90.57 wt.%) and it is a promising feedstock for biodiesel production as a potential feedstock for biofuels. Moreover, PFAD is cheaper than the edible oils such as crude palm oil, coconut oil and soybean oil. The ultrasound was assisted the mixing of immiscible liquid for biodiesel production by sonochemical effects on reaction. It was applied in the biodiesel production to decrease reaction time, decrease chemical reactants, and increase yield of biodiesel. In the experiment setup, 5 m of static mixer length was installed for premixing the PFAD, methanol, and sulfuric acid, subsequently, the mixtures were flowed through the ultrasonic tubular reactor (US). The US consisted of 16 units ultrasound clamps attached. Each clamp was operated at fixed frequency of 20 kHz with maximally 400 W power in this study. The ultrasound clamps were fixed in sequence along the length of the reactor at locations 100 mm apart. The ultrasonic power provided maximally 16x400 W input from ultrasonic generator to the ultrasound clamps, for a sum total of 6400 W at full ultrasonic power. The three steps for continuous biodiesel production process from PFAD were esterification first, esterification second, and transesterification third, and these were optimized using models fit by the response surface methodology (RSM) with central composite design (CCD). The manipulated variables: methanol content, catalyst amount, and length of US reactor were optimized the ester purity using RSM. For the 12-step esterification, the ranges of variables: methanol content (19.8-70.2 vol.%), sulfuric acid (0-10.0 vol.%), and length of US reactor (100-700 mm), were studied. The results showed that 60.24 nd wt.% of methyl ester and 103.93 vol.% of yield were achieved under the condition was 45.7 vol.% methanol, 7.0 vol.% sulfuric acid and 400 mm length of US reactor (approximately 10.40 s of residence time). For the 2-step esterification, the ranges of variables: methanol content (26.4-93.6 vol.% ), sulfuric acid (0.6-7.4 vol.%), and length of US reactor (100-700 mm), were studied. The results showed that 91.32 wt.% of methyl ester and 107.63 vol.% of yield were achieved under the condition was 59.6 vol.% methanol, 3.1 vol.% sulfuric acid and 400 mm length of US reactor (approximately 10.40 s of residence time). For the 3-step transesterification, the ranges of variables: methanol content (7.9-21.1 vol.%) and potassium hydroxide (1.2- 6.8 g.L1) were studied. The results showed that 97.11 wt.% of methyl ester, 115.71 vol.% of crude biodiesel yield and 91.67 vol.% of biodiesel yield were achieved under the condition was 13.4 vol.% methanol, 4.0 g.L potassium hydroxide and 18.20 s of residence time. The total chemical consumptions of three-step process were 118.7 vol.% methanol, 10.1 vol.% sulfuric acid, 4.0 g.L potassium hydroxide and 39.0 s reaction time. The final 97.11 wt.% ester purity meets the specifications of commercial-based biodiesel, and Moreover, other characteristics of methyl ester is very close to methyl ester specifications of both the specifications of commercial- based biodiesel and biodiesel community for use in an agricultural engine. -1 -1 |
Abstract(Thai): | งานวิจัยนี้ศึกษากระบวนการผลิตไบโอดีเซลจากส่วนกลั่นกรดไขปาล์ม (palm fatty acid distillate, PFAD) ด้วยเครื่องปฏิกรณ์ท่อผสมแบบสถิตร่วมกับคลื่นเสียงอัลตราโซนิก PFAD (crude palm oil, CPO) ให้เป็นน้ํามันปาล์มกลั่นบริสุทธิ์ (refined palm oil, RPO) เพื่อเป็นน้ํามันสําหรับการ บริโภค ซึ่ง PFAD ไม่ได้เป็นน้ํามันสําหรับการบริโภค และปกติใช้ในการผลิตสบู่ การผลิตอาหารสัตว์ และอุตสาหกรรมรมโอลิโอเคมิคอล นอกจากนี้ยังใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตอาหารเพื่อสุขภาพและ อุตสาหกรรมยา เนื่องจากสามารถสกัดวิตามินอีได้จาก PFAD โดยมีองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นกรด ไขมันอิสระ (free fatty acid, FFA) เท่ากับ 90.57 wt.% และมีศักยภาพสําหรับการนํามาเป็นวัตถุ ดิบในกระบวนการผลิตไบโอดีเซล เนื่องจากมีราคาถูกกว่าน้ํามันสําหรับการบริโภค เช่น น้ํามันปาล์ม ดิบ น้ํามันมะพร้าว และน้ํามันถั่วเหลือง เป็นต้น การประยุกต์ใช้คลื่นเสียงอัลตราโซนิกช่วยในการผสม ของเหลวที่ไม่สามารถผสมเข้ากันได้ (immiscible liquid) เพื่อลดเวลาในการทําปฏิกิริยา ลดปริมาณ สารเคมี และเพิ่มปริมาณผลได้ของไบโอดีเซล ในการออกแบบอุปกรณ์ทดลองใช้ท่อผสมแบบสถิตชนิด ขดเกลียวที่มีความยาว เท่ากับ 5 m ในการผสม PFAD เมทานอล และกรดซัลฟิวริก ก่อนไหลผ่านเข้า เครื่องปฏิกรณ์คลื่นเสียงอัลตราโซนิก ซึ่งมีการติดตั้งอัลตราโซนิกแคลมป์ 16 หัว แต่ละหัวทํางานที่ ความถี่ เท่ากับ 20 kHz และกําลังของของคลื่น เท่ากับ 400 W โดยติดตั้งตามความยาวของเครื่อง ปฏิกรณ์ที่ระยะห่างกัน เท่ากับ 100 mm กําลังของคลื่นเสียงอัลตราโซนิก เท่ากับ 16×400 W เกิด จากแหล่งกําเนิดคลื่นไปยังอัลตราโซนิกแคลมป์ โดยมีกําลังสูงสุดของคลื่นรวมเท่ากับ 6400 W ซึ่งการ ผลิตไบโอดีเซลจาก PFAD ได้ออกแบบการทดลอง 3 ขั้นตอน คือ ขั้นตอนที่ 1 ใช้ปฏิกิริยาเอสเทอริฟิ เคชัน ขั้นตอนที่ 2 ใช้ปฏิกิริยาเอสเทอริฟิเคชัน และขั้นตอนที่ 3 ใช้ปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชัน ซึ่งการ ศึกษาหาสภาวะที่เหมาะสมในกระบวนการผลิตไบโอดีเซลได้ออกแบบการทดลองด้วยวิธีการ ออกแบบประสมกลาง (central composite design, CCD) และวิเคราะห์ผลการทดลองด้วยวิธี พื้นผิวตอบสนอง (response surface methodology, RSM) โดยตัวแปรที่ศึกษาที่มีผลต่อความ บริสุทธิ์ของเมทิลเอสเทอร์ เช่น ปริมาณเมทานอล ปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยา และความยาวของท่ออัล ตราโซนิก สําหรับขั้นตอนที่ 1 แปรค่าปริมาณเมทานอล เท่ากับ 19.8-70.2 vol.9% ปริมาณกรด เป็นผลพลอยได้ที่มีราคาถูกได้จากกระบวนการกลั่นทางกายภาพของน้ํามันปาล์มดิบ ซัลฟิวริก เท่ากับ 0.0-10.0 vol.9% และความยาวของท่ออัลตราโซนิก เท่ากับ 100-700 mm จากการ ทดลอง พบว่า ได้ความบริสุทธิ์ของเมทิลเอสเทอร์ เท่ากับ 60.24 wt.% และมีปริมาณผลได้ เท่ากับ 103.93 Vol.% ภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสม คือ ปริมาณเมทานอล เท่ากับ 45.7 Vol. % ปริมาณกรด ซัลฟิวริก เท่ากับ 7.0 vol% และความยาวของท่ออัลตราโซนิก เท่ากับ 400 mm หรือเวลาทํา ปฏิกิริยาในท่อประมาณ 10.45 สําหรับขั้นตอนที่ 2 แปรค่าปริมาณเมทานอล เท่ากับ 26.4-93.6 vol.% ปริมาณกรดซัลฟิวริก เท่ากับ 0.6-7.4 vol.% และความยาวของท่ออัลตราโซนิก เท่ากับ 100- 700 mm จากการทดลอง พบว่า ได้ความบริสุทธิ์ของเมทิลเอสเทอร์ เท่ากับ 91.32 wt.% และมี ปริมาณผลได้ เท่ากับ 107.63 vol.9% ภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสม คือ ปริมาณเมทานอล เท่ากับ 59.6 vol.% ปริมาณกรดซัลฟิวริก เท่ากับ 3.1 Vol. % และความยาวของท่ออัลตราโซนิก เท่ากับ 400 mm หรือเวลาทําปฏิกิริยาในท่อ ประมาณ 10.4 5 และขั้นตอนที่ 3 แปรค่าปริมาณเมทานอล เท่ากับ 7.9- 21.1 vol.% และปริมาณโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ เท่ากับ 1.2-6.8 g. จากการทดลอง พบว่า ได้ ความบริสุทธิ์ของเมทิลเอสเทอร์ เท่ากับ 97.11 wt.% และมีปริมาณผลได้ของไบโอดีเซลดิบ เท่ากับ 115.71 Vol. % และปริมาณผลได้ของไบโอดีเซลบริสุทธิ์ เท่ากับ 91.67 vol.% ภายใต้เงื่อนไขที่ เหมาะสม คือ ปริมาณเมทานอล เท่ากับ 13.4 vol.% ปริมาณโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ เท่ากับ 4.0 8. โดยใช้เวลาทําปฏิกิริยาในท่อ เท่ากับ 18.2 5 ซึ่งทั้ง 3 ขั้นตอนใช้ปริมาณเมทานอลรวม เท่ากับ -1 118.7 vol.% ปริมาณกรดซัลฟิวริก เท่ากับ 10.1 Vol.9% ปริมาณโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ เท่ากับ 4.0 g. และเวลาทําปฏิกิริยา เท่ากับ 39.0 s โดยไบโอดีเซลที่ผลิตได้มีความบริสุทธิ์สูงกว่า มาตรฐานไบโอดีเซลชุมชน และมีคุณสมบัติอื่น ๆ ผ่านมาตรฐานไบโอดีเซลเชิงพาณิชย์ |
Description: | วิทยานิพนธ์ (วศ.ม. (วิศวกรรมเครื่องกล))--มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์, 2560 |
URI: | http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/17190 |
Appears in Collections: | 215 Thesis |
Files in This Item:
File | Description | Size | Format | |
---|---|---|---|---|
422748.pdf | 26.4 MB | Adobe PDF | View/Open |
This item is licensed under a Creative Commons License