นโยบายการจัดการความรู้ มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์ 1.ให้ใช้เครื่องมือการจัดการความรู้ผลักดัน คุณภาพคน และกระบวนทำงาน 2.ส่งเสริมการแลกเปลี่ยนประสบการณ์การทำงาน จากหน้างาน 3.ส่งเสริมให้มีเวทีเรียนรู้ร่วมกัน

คนธรรมดา
Ico64
เครือข่าย
สมาชิก · ติดตาม: 5 · ผู้ติดตาม: 22

Page Visits: 2912
comment: 0

PSU ไบโอดีเซล 89: จลนพลศาสตร์ในปฏิกิริยาทรานส์เอสเตอริฟิเคชันโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเอกพันธุ์แอลคาไลน์

จลนพลศาสตร์ในปฏิกิริยาทรานส์เอสเตอริฟิเคชันโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเอกพันธุ์แอลคาไลน์ 

 

ในปัจจุบันนี้สถานวิจัยมีแนวคิดว่าการเกิดปฏิกิริยาทรานส์เอสเตอริฟิเคชันด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาเอกพันธุ์แอลคาไลน์ควรจัดเป็นประเภท quasi-homogeneous มากกว่า homogeneous

 

ปฏิกิริยาหลักที่เกิดขึ้นจากการใช้สารป้อนน้ำมันพืชทำปฏิกิริยากับแอลกอฮอล์ที่มีตัวเร่งปฏิกิริยาแอลคาไลน์มีดังนี้

  1. TG + Alc Ester + DG
  2. DG + Alc Ester + MG
  3. MG + Alc Ester + G
  4. Alc + Hydroxide Alkoxide + water
  5. FFA + Base → Soap + Water
  6. Ester +Water FFA + Alc

ปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส (6) และปฏิกิริยาสะเทินของกรด-เบส (5) เมื่อรวมเข้าด้วยกัน จะเป็นสาเหตุของการหมดไปของตัวเร่งปฏิกิริยาแอลคาไลน์ โดยปฏิกิริยารวมจะเป็นดังนี้

Ester + Base → Soap + Alc

ซึ่งเป็นปฏิกิริยาสะพอนิฟิเคชัน(ลองแทน Ester ด้วย TG และ Alc ด้วย G จะพบว่านี่คือปฏิกิริยาทำสบู่ที่เราคุ้นเคยกัน)

 

เราจะมองภาพการเกิดปฏิกิริยาเอสเตอริฟิเคชันผ่านการทำปฏิกิริยาแบบแบทช์ก่อน เริ่มต้นด้วยการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาแอลคอกไซด์และสมมติว่าในระบบของเราปราศจากน้ำ แต่ยังคงมี FFA

               

 

เราจะพบว่าปฏิกิริยาทรานส์เอสเตอริฟิเคชันเกิดขึ้นเร็วมาก โดยปฏิกิริยาสะเทินก็เกิดขึ้นรวดเร็วเช่นกัน แค่ด้วยปริมาณ FFA ที่น้อยกว่า ดังนั้นเบสที่ใช้ไปในการทำปฏิกิริยาจึงหายไปไม่มากนัก และสบู่และน้ำที่เกิดขึ้นก็สอดคล้องกับปริมาณมวลสารสัมพันธ์ (stoichiometry) ของการเกิดปฏิกิริยา

การเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส (6) นั้น อาจจะช้ากว่าปฏิกิริยาทรานส์เอสเตอริฟิเคชันมาก แต่ก็สามารถดำเนินการต่อไปได้ โดยเป็นปฏิกิริยาผันกลับไม่ได้ เกิดเป็น FFA และเกิดปฏิกิริยาสะเทิน (5) ต่อไป ได้สบู่มากขึ้น ในขณะที่ปริมาณน้ำยังคงมีอยู่เท่าเดิม และเบสลดลง 

เราคิดว่ากลีเซอรอลที่เกิดขึ้นนั้นจะอยู่ในสภาพของคลัสเตอร์เล็ก ๆ ของกลีเซอรอล แอลกอฮอล์ ตัวเร่งปฏิกิริยาและน้ำ โดยอาจมีน้ำมันหรือกรดไขมันอยู่ด้วยเพียงเล็กน้อยมาก เนื่องจากความแตกต่างของสภาพขั้ว คลัสเตอร์นี้อาจแตกออกและรวมกันขึ้นใหม่อยู่ตลอดเวลาที่ผ่านไป โดยมีปริมาตรที่เพิ่มขี้นตามสัดส่วนการเกิดขึ้นใหม่ของกลีเซอรอล

ดังนั้นการเกิดกลีเซอรอลที่มากขึ้นตามเวลา จะทำให้เบสที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาลดลงไปอีกด้วยรวมเข้าไปอยู่ในคลัสเตอร์ของกลีเซอรอล (ซึ่งเราขอเรียกเช่นนี้เพราะความชัดเจนจากสภาพทางกายภาพ แต่แท้จริงแล้วคลัสเตอร์นี้จะมีสัดส่วนเชิงโมลของแอลกอฮอล์ที่สูงกว่ากลีเซอรอล) เราลองทำดุลมวลจากการใช้

สัดส่วนเชิงโมลของเมทานอลต่อน้ำมันเท่ากับ 6: 1 โดยสมมติสัดส่วนการเข้าทำปฏิกิริยาดังตารางข้างล่างนี้

สารป้อน

สัดส่วนการเข้าทำปฏิกิริยา

น้ำมันปาล์ม

98.85

Kg

กรดไขมันอิสระ

1

Kg

ปริมาณน้ำในสารป้อน

0.15

Kg

เมทานอล

23

Kg

ปริมาณน้ำในแอลกอฮอล์

0.1

Kg

ตัวเร่งปฏิกิริยาโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์

1

Kg

                ในตัวอย่างนี้สมมติให้ในสารป้อนมีกรดไขมันอิสระ 1% และน้ำในสารป้อน 0.15% และในแอลกอฮอล์ที่ป้อนเข้ามีน้ำปนอยู่เล็กน้อยด้วย และใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา 1% เมื่อเราหาสัดส่วนเชิงโมลของระบบก่อนเกิดปฏิกิริยาก็คงได้ดังนี้

                 

เราจะประมาณได้ว่าสัดส่วนของ Methanol จะเป็น 6 เท่าของ TG ตัวเร่งปฏิกิริยา KOH ก็มีสัดส่วนเชิงโมลประมาณ 2% น้ำมี 1.1% และ FFA เพียง 0.4% เท่านั้น

และเมื่อสมมติให้ TG ทำปฏิกิริยาไป 97% โดยเกิดเป็นเอสเตอร์และกลีเซอรอลจนหมด (ได-และโมโนกลีเซอไรด์เปลี่ยนเป็นเอสเตอร์จนหมด) โดยให้มีเพียง 2 ปฏิกิริยาเกิดในระบบเท่านั้นคือ

  • ทรานส์เอสเตอริฟิเคชัน เกิด 97%
  • ปฏิกิริยาสะเทินของ FFA กับ KOH เกิด 98%

 เราจะพบว่าในระบบของเราคงจะมีสัดส่วนเชิงโมลขององค์ประกอบต่าง ๆ ดังนี้

              

นี่คือภาพที่เราจะได้เห็นหากไม่มีปฏิกิริยาสะพอนิฟิเคชันเกิดขึ้น ผลผลิตที่ได้จะมีองค์ประกอบของกลีเซอรอล เอสเตอร์และสบู่เพิ่มขึ้น แต่ FFAและตัวเร่งปฏิกิริยาจะลดลงเหลือ 0.009 และ 1.64% ตามลำดับ หากตั้งฐานการคำนวณจาก 1000 กรัมสารป้อน เราจะได้ตารางดุลมวลดังนี้

 

ผม..เอง

หมวดหมู่บันทึก: การเรียนการสอน
สัญญาอนุญาต: ซีซี: แสดงที่มา-ไม่ใช้เพื่อการค้า-อนุญาตแบบเดียวกัน Cc-by-nc-sa
สร้าง: 04 กุมภาพันธ์ 2555 17:39 แก้ไข: 05 กุมภาพันธ์ 2555 20:54 [ แจ้งไม่เหมาะสม ]
Flowers
สมาชิกที่ให้กำลังใจ: Ico24 Our Shangri-La และ Ico24 anni.
สมาชิกที่ให้กำลังใจ
 
Facebook
Twitter
Google

บันทึกอื่นๆ

comment

No Comment

Comment on this Post

Name:
Email:
IP Address: 54.237.183.249
Message:  
Load Editor
   
Cancel or