การศึกษาเชิงทดลองและแบบจำลองของการกลั่นเอทานอลแบบแบ่ง ครั้งด้วยพลังงานแสงอาทิตย์

1. บทที่ 1 บทนํา จากความตองการการใชน้ํามันที่เพิ่มสูงขึ้นตลอดเวลาในขณะเดียวกันปริมาณเชื้อเพลิง ฟอสซิลมีปริมาณลดลงเปนผลใหปริมาณสํารองที่ผลิตออกมาไดไมเพียงพอตอความตองการสงผล ใหการปรับตัวของราคาเพิ่มสูงขึ้นอยางรวดเร็วจึงมีความสนใจที่จะหาพลังงานจากแหลงอื่นมา ทดแทนการใชพลังงานจากปโตรเลียมและพลังงานที่นาสนใจอีกตัวหนึ่งก็คือพลังงานจากชีวมวล ที่ไดจากพืชผลการเกษตรที่มีอยูภายในประเทศดวยเหตุนี้เองจึงไดมีการนําเอาพืชผลการเกษตรมา ผลิตเปนเอทานอลและนําเอทานอลมาทําการผสมกับน้ํามันเบนซินในอัตราสวนที่เหมาะสม สามารถใชเปนเชื้อเพลิงของเครื่องยนตสันดาปภายในไดไมกอใหเกิดปญหากับเครื่องยนตทําให ใชปริมาณน้ํามันนอยลงลดการนําเขาน้ํามันเชื้อเพลิงของประเทศไดและในขั้นตอนการกลั่นเอทา นอลใหมีความเขมขนสูงขึ้นนี้เองจะตองมีการใหความรอนเพื่อที่จะใหเกิดการกลั่นปริมาณ พลังงานที่ใชในกระบวนการกลั่นในการใหความรอนนี้เองจะทําใหเกิดความไมคุมคากับการ ลงทุนเพื่อเปนการลดตนทุนในการผลิตเอทานอลจึงไดนําเอาพลังงานจากแสงอาทิตยมาใชในการ ใหความรอนที่จะทําใหเกิดการกลั่นอีกทั้งในขั้นตอนการกลั่นนี้เองเพื่อยืนยันประสิทธิภาพของ ระบบการกลั่นจึงไดสรางแบบจําลองทางคณิตศาสตรขึ้นมาใชในการคํานวณหาปริมาณการกลั่น เพื่อเปรียบเทียบกับการทดลองหาประสิทธิภาพใหเกิดความคุมคาตอการลงทุนมากที่สุด 1.1 ที่มาและความสําคัญของโครงงาน ในปจจุบันความตองการใชน้ํามันเชื้อเพลิงมีปริมาณเพิ่มสูงขึ้นมากในทุกๆปและอัตรา การใชเชื้อเพลิงยังไมมีความหลากหลายมากนักและในไมชาปริมาณเชื้อเพลิงที่สํารองที่มีอยูมี ปริมาณนอยลงจึงเปนผลใหราคาที่มีแนวโนมจะเพิ่มสูงขึ้นเรื่อยๆซึ่งสงผลกระทบกับประเทศ และดานความมั่นคงของพลังงานในประเทศจึงทําใหตองหันไปพึ่งพาเชื้อเพลิงจากตางประเทศที่ ตองมีการนําเขามาในรูปแบบตางๆอยางหลีกเลี่ยงไมไดทําใหสูญเสียเงินตราตางประเทศและเปน การขาดดุลทางการคาดวยดังนั้นการศึกษาและพัฒนาหาแหลงพลังงานทดแทนใหมมาเพื่อเปน แนวทางในการเลือกใชพลังงานใหกวางขวางขึ้นจึงเปนแนวทางใหหันมาทําการผลิตเอทานอล จากผลผลิตทางการเกษตรเพื่อนํามาใชเปนเชื้อเพลิงที่มีราคาถูกลงและนอกจากเปนการแกปญหา ทางดานพลังงานโดยตรงแลวยังสามารถชวยแกปญหาราคาพืชผลทางการเกษตรไดดวยเปนการ เพิ่มมูลคาของผลผลิตทางการเกษตรอีกดวยโดยในกระบวนการผลิตจะเริ่มตนจากการนําผลิตผล ทางการเกษตรมาหมักใหเกิดการยอยสลายของจุลินทรียที่มีอยูในธรรมชาติจะไดสารละลายเอทา นอลที่มีความเขมขนประมาณ 8 – 10 เปอรเซ็นตโดยปริมาตรจากนั้นก็จะนําไปผานกระบวนการ

2. 2 กลั่นจะไดเอทานอลที่มีความเขมขนสูงขึ้นปจจัยที่สําคัญคือพลังงานความรอนที่ใชในการระเหย เพื่อแยกสารละลายเอทานอลและน้ําที่มีอุณหภูมิจุดเดือดที่ตางกันโดยจุดเดือดของน้ําที่สภาวะ บรรยากาศจะอยูที่ 100 C และจุดเดือดของเอทานอลจะอยูที่อุณหภูมิ 78.3 C เราสามารถแยกสาร ทั้งสองออกไดดวยการใชพลังงานจากแสงอาทิตย ในโครงงานนี้จะไดศึกษาเพื่อทดสอบสมรรถนะของการกลั่นเอทานอลแบบแบงครั้งโดย ใชพลังงานแสงอาทิตยพรอมทั้งสรางแบบจําลองทางคณิตสําหรับทํานายผลของการกลั่นไดตลอด ทั้งปตอไป 1.2 สรุปสาระที่สําคัญจากเอกสารที่เกี่ยวของ แนวทางหลักในการศึกษาคือสรางเครื่องการกลั่นเอทานอลแบบแบงครั้งดวยพลังงาน แสงอาทิตยที่ทํางานภายใตความดันบรรยากาศโดยอาศัยตัวเก็บรังสีอาทิตยแบบแผนเรียบที่มี ขนาดพื้นที่รับรังสีอาทิตย 4.4 ตารางเมตรและทําการทดลองเพื่อหาสมรรถนะของระบบการกลั่น และนําขอมูลที่ไดมาเปรียบเทียบกับผลที่ไดจากการทดลองจากแบบจําลองทางคณิตศาสตร ยืนยันความถูกตองของแบบจําลองทางคณิตศาสตรกอนที่จะนําแบบจําลองทางคณิตศาสตรไป ทํานายผลของการกลั่นเอทานอลที่ใชไดตลอดปตอไป เพื่อ Hot Ethanol Cold Ethanol 1. Boiler 2. Check Valve 3. Solar Collector 4. Condenser No.1 5. Condenser No.2 6. Distillated 7. Thermocouples รูปที่ 1.1 แสดงไดอะแกรมการทํางานของเครื่องกลั่นเอทานอลแบบแบงครั้งดวยพลังงาน แสงอาทิตย

3. 3 สําหรับในการศึกษาวิจัยเกี่ยวกับการกลั่นเอทานอลดวยพลังงานแสงอาทิตยที่ผานมาได มีนักวิจัยหลายทานที่ทําการศึกษาโดยการใชวิธีการและเทคนิคการกลั่นที่แตกตางกันออกไป ตัวอยางเชนToure et al. (1999) ทําการศึกษาเครื่องกลั่นเอทานอลพลังงานแสงอาทิตยแบบอางซึ่ง ประกอบไปดวยอางสองอางและมีกระจกเอียงสองดาน Namprakai et al. (1996) พัฒนา แบบจําลองทางคณิตศาสตรสําหรับทํานายอัตราการถายเทความรอนและอัตราการถายเทมวลของ เครื่องกลั่นเอทานอลพลังงานแสงอาทิตยแบบอางที่มีกระจกสองชั้นเอียงดานเดียวเทียบกับผลการ ทดลองวิชาญกองตาวงษ (2526) ศึกษาการกลั่นเอทานอลดวยพลังงานแสงอาทิตยโดยใชตัว เก็บรังสีแสงอาทิตยแบบแผนเรียบดําเนินการภายใตความดันบรรยากาศเกษตรชัยมณีวงษ (2525) ศึกษาการกลั่นเอทานอลดวยพลังงานแสงอาทิตยโดยใชเครื่องกลั่นพลังงานแสงอาทิตยแบบ ขั้นบันไดพรประสิทธิ์คงบุญ (2546) พัฒนาแบบจําลองทางคณิตศาสตรสําหรับทํานายผลการ กลั่นเอทานอลดวยตัวเก็บรังสีแสงอาทิตยแบบทอความรอนเทียบกับผลการทดลองใชระบบกลั่น สองแบบคือระบบกลั่นแบบเติมสารครั้งเดียวและแบบเติมสารอยางตอเนื่องเปนตน ระบบการกลั่นเอทานอลโดยใชพลังงานแสงอาทิตยดวยเทคนิคการกลั่นแบบแบงครั้งที่ ทําการศึกษาหลักการทํางานเริ่มตนจากสารละลายเอทานอลที่มีความเขมขนประมาณ 8 – 10 เปอรเซ็นตโดยปริมาตรซึ่งบรรจุอยูในถังถูกปอนเขาไปรับความรอนที่ตัวเก็บรังสีแสงอาทิตยเมื่อ สารละลายเอทานอลไดรับความรอนก็จะเริ่มเดือดเปนไอและมีความดันสูงขึ้นผลักดันใหของผสม ระหวางไอและของเหลวจะไหลขึ้นไปตามทอในแนวดิ่งเขาสูถังแยกไอ – ของเหลวหลังจากนั้น สวนที่เปนของเหลวจะถูกแยกออกจากไอและไหลออกทางดานลางของถังแยกไอ – ของเหลว สําหรับสวนที่เปนไอจะไหลผานไปตามทอดานบนของถังแยกไอ – ของเหลวเพื่อไประบาย ความรอนที่คอนเดนเซอรและกลั่นตัวไดเอทานอลที่มีความเขมขนสูงขึ้นตอไปและเนื่องจาก ขั้นตอนที่ไดกลาวมาขางตนจะเห็นวาการศึกษาเรื่องการกลั่นเอทานอลดวยพลังงานแสงอาทิตยมี ความยุงยากทั้งในเรื่องปจจัยในเรื่องของสภาพอากาศขั้นตอนการศึกษาที่มีความซับซอนและ ปริมาณของการกลั่นที่แนนกลั่น เพื่อที่จะลดปญหาที่เกิดขึ้นนี้ใหลดนอยลงจึงไดแนวคิดที่จะสรางแบบจําลองทาง คณิตศาสตรของการกลั่นเอทานอลขึ้นมาเพื่อนํามาเปรียบเทียบกับผลการทดลองเปนแนวทางที่ใช ในการออกแบบเครื่องกลั่นเอานอลเพื่อใหเกิดประสิทธิภาพตอไป การศึกษาเชิงทดลองและแบบจําลองทางคณิตศาสตรของการกลั่นเอทานอลแบบแบงครั้ง ดวยพลังงานแสงอาทิตยโดยจะมีรูปแบบฟอรมการทํางานของโปรแกรมชวยในการคํานวณดังรูปที่ 1.2 และแสดงขอมูลออกเปนกราฟเพื่อใหงายตอความเขาใจในการศึกษาดังรูปที่ 1.3

4. 4 รูปที่ 1.2 แสดงแบบฟอรมการกลั่นเอทานอลแบบแบงครั้งดวยพลังงานแสงอาทิตย รูปที่ 1.3 การแสดงขอมูลออกมาเปนกราฟ

5. 5 1.3 วัตถุประสงคของโครงงาน 1.3.1 เพื่อสรางแบบจําลองการทํางานของระบบการกลั่นเอทานอลแบบแบงครั้งดวย พลังงานแสงอาทิตย ดวยพลังงานแสงอาทิตย 1.4 ขอบเขตของโครงงาน 1.4.1 สารละลายที่ใชไดมาจากเอทานอลผสมกับน้ํากลั่นจนมีความเขมขน 10 เปอรเซ็นต 1.4.2 ตัวเก็บรังสีอาทิตยแบบแผนเรียบขนาดพื้นที่ 4.4 ตารางเมตร 1.4.3 เวลาที่ทําการทดลอง 08.00 น. – 16.00 น. 1.4.4 ตัวเก็บรังสีหันหนาไปทางทิศใตทํามุมเอียง 14 องศากับแนวระนาบ 1.4.5 ใชคารังสีอาทิตยของจังหวัดกรุงเทพมหานคร 1.5 ประโยชนที่คาดวาจะไดรับจากโครงงาน 1.5.1 ไดแบบจําลองการกลั่นเอทานอลแบบแบงครั้งดวยพลังงานแสงอาทิตย 1.5.2 สามารถนําเอาขอมูลจากโครงการไปขยายผลเพื่อนําไปพัฒนาการทํางานของ ระบบการกลั่นเอทานอลแบบแบงครั้งดวยพลังงานแสงอาทิตยที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น 1.3.2 เพื่อทดสอบหาสมรรถนะการทํางานของระบบการกลั่นเอทานอลแบบแบงครั้ง