การปองกนการเกดตะกรนในกระบวนการผลตเกลอ ดวยหมอเคยวระบบสญญากาศ

นางสาววารณ ศรสจนทร

วทยานพนธนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรปรญญาวศวกรรมศาสตรมหาบณฑต

สาขาวชาวศวกรรมเคม มหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร

ปการศกษา 2559

SCALE PREVENTION IN SALT PRODUCTION

PROCESS USING VACUUM PAN

Waranee Srisuchan

A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the

Degree of Master of Engineering in Chemical Engineering

Suranaree University of Technology

Academic Year 2016

การปองกนการเกดตะกรนในกระบวนการผลตเกลอดวยหมอเคยวระบบสญญากาศ

มหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร อนมตใหนบวทยานพนธฉบบนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรปรญญามหาบณฑต

คณะกรรมการสอบวทยานพนธ

(ผศ. ดร.อตชาต วงศกอบลาภ) ประธานกรรมการ

(อ. ดร.สพรรณ จนทรภรมณ) กรรมการ (อาจารยทปรกษาวทยานพนธ)

(อ. ดร.ธระสต สขก าเนด) กรรมการ

(ผศ. ดร.อรรถพล มณแดง) กรรมการ

(อ. ดร.กระว ตรอ านรรค) กรรมการ

(ศ. ดร.ชกจ ลมปจ านงค) (รศ. ร.อ. ดร.กนตธร ช านประศาสน) รองอธการบดฝายวชาการและนวตกรรม คณบดส านกวชาวศวกรรมศาสตร

วารณ ศรสจนทร : การปองกนการเกดตะกรนในกระบวนการผลตเกลอดวยหมอเคยวระบบสญญากาศ (SCALE PREVENTION IN SALT PRODUCTION PROCESS USING VACUUM PAN) อาจารยทปรกษา : อาจารย ดร.สพรรณ จนทรภรมณ, 175 หนา

หมอเคยวถอเปนหวใจส าคญในกระบวนการผลตเกลอดวยหมอเคยวระบบสญญากาศ เมอ

มตะกรนเกดขนในหมอเคยวจะสงผลใหประสทธภาพในการถายโอนความรอนลดลงและสนเปลองพลงงานรวมถงท าใหก าลงการผลตเกลอลดลง ดวยเหตนงานวจยจงมงศกษาแนวทางการปองกนการเกดตะกรน พรอมเสนอแนวทางทเหมาะสมเพอน าไปประยกตใชในโรงงานอตสาหกรรมทเกยวของ การศกษาในงานวจยนแบงออกเปน 8 สวน ไดแก สวนท 1 การวเคราะหหาองคประกอบของน าเกลอดบ สวนท 2 การวเคราะหสมบตทางกายภาพของตะกรนดวยเทคนค XRD FTIR XRF และ STA สวนท 3 การศกษาผลของปรมาณสารเคมและล าดบการเตมทมตอการก าจดไอออนเจอปน และผลของกาซคารบอนไดออกไซดตอการปองกนการเกดตะกรน สวนท 4 การศกษาแนวทางในการแยกตะกอนทตกคางในน าเกลอ สวนท 5 การศกษาพฤตกรรมการเกดตะกรนและการปองกน สวนท 6 การเสนอวธการปองกนการเกดตะกรน สวนท 7 การศกษาการน ากากตะกอนมาเพมมลคา และสวนท 8 การประเมนตนทนการผลตเกลอ เมอมการเพมปรมาณสารเคมในการก าจดไอออน

จากผลการศกษาพบวา น าเกลอดบประกอบดวยไอออนโซเดยมและคลอไรดเปนหลก มไอออนแคลเซยม แมกนเซยม และซลเฟตเปนไอออนเจอปน และผลการวเคราะหตะกรนพบวา มสารแมกนเซยมไฮดรอกไซดเปนองคประกอบหลก เมอศกษาผลของปรมาณสารเคมและล าดบการเตมสารตอการก าจดไอออนพบวาการเพมปรมาณสารเคมจะก าจดไอออนไดมากขนเนองจากเปนการเพมปรมาณการท าปฏกรยา เพอใหแคลเซยมคารบอเนตและแมกนเซยมไฮดรอกไซดตกตะกอนไดมากขน แตล าดบการเตมสารไมมผลตอการก าจดไอออน ส าหรบการศกษาผลของกาซคารบอนไดออกไซดพบวา กาซคารบอนไดออกไซดทละลายในน าเกลอ จะชวยลดโอกาสในการเกดตะกรน เนองจากการละลายของกาซคารบอนไดออกไซดจะท าใหเกดไบคารบอเนตมากขน สงผลใหน าเกลอมคาความเปนดางลดลง ซงท าใหคา pH ในน าเกลอไมเหมาะตอการตกตะกอนของแคลเซยมคารบอเนตและแมกนเซยมไฮดรอกไซด ส าหรบผลการศกษาการแยกตะกอนทเ กดจากกระบวนการก าจดไอออนดวยการเตมสารชวยเรงตกตะกอนและการตกตะกอนในทอเอยง พบวา สามารถลดระยะเวลาในการตกตะกอนได ส าหรบการแยกตะกอนทตกคางในน าเกลอดวยการอนรอนพบวา ตะกอนทตกคางมความสามารถในการละลายทต าลงเมออณหภมสงขน จงท าใหการอนรอนสามารถแยกตะกอนตกคางได แตการเตมตวลอผลกไมมผลตอการตกตะกอนของ

ข

ตะกอนตกคางในน าเกลอบ าบด จากการศกษาพฤตกรรมการเกดตะกรนพบวา เมอน าเกลอไดรบความรอน จะมการเดอดแบบฟองเกดขนทผวทอเนองจากมการระเหยของน า สงผลใหความเขมขนของไอออนในน าเกลอสงกวาคาการละลายได จงเกดการตกผลกออกมาเปนของแขง โดยของแขงทเกดขนจะกอตวเปนตะกรนเกาะอยทผวทอ ในการปองกนการเกดตะกรนโดยใชสาร Anti-scaling พบวา สามารถปองกนการกอตวของตะกรนทผวทอได แตอาจสงผลตอคณภาพของเกลอ ดงนนขอเสนอแนวทางในการปองกนการเกดตะกรนคอ การเพมปรมาณสารเคมในการก าจดไอออน จะเปนแนวทางทด าเนนการไดงายและเปนการแกไขปญหาทตนเหต โดยวธการทเสนอใหมการน าไปประยกตใชน จะมการเพมตนทนในการผลต ซงจ าเปนตองเพมหนวยแยกตะกอน เพอลดการสญเสยน าเกลอและเพอใหงายตอการน ากากตะกอนไปเพมมลคาแทนการปลอยทง โดยแนวทางทศกษาส าหรบน ากากตะกอนไปเพมมลคาคอการสงเคราะหเปน CaO เพอใชเปนตวเรงปฏกรยา จากการทดลองพบวา กากตะกอนสามารถสงเคราะหเปนตวเรงปฏกรยาในการผลตไบโอดเซลได แตตองมการศกษาเพมเตมในการเพมความสามารถการท าปฏกรยา จากแนวทางทไดเสนอเพอปองกนการเกดตะกรนแลว ในสวนสดทายของการศกษา ไดท าการประเมนตนทนในการผลตเกลอเมอมการเพมปรมาณสารเคมในการก าจดไอออน ผลจากการประเมนพบวาตนทนตอหนวยการผลตเกลอเพมขน แตบรษทยงคงมรายไดสทธเปนบวก

สาขาวชาวศวกรรมเคม ลายมอชอนกศกษา ปการศกษา 2559 ลายมอชออาจารยทปรกษา

ลายมอชออาจารยทปรกษารวม

WARANEE SRISUCHAN : SCALE PREVENTION IN SALT

PRODUCTION PROCESS USING VACUUM PAN. THESIS ADVISOR :

SUPUNNEE JUNPIROM, Ph.D., 175 PP.

BRINE/MAGNESIUM HYDROXIDE/SALT PRODUCTION/SCALE

PREVENTION/VACUUM PAN

One of the most important units in vacuum pan salt production process is the

evaporators. The scale forming in evaporators reduces the heat transfer efficiency and

increases energy requirement as well as reduces the production capacity. Therefore,

the main objectives of this study are to investigate the causes of scaling and to

propose the method to prevent it. This study was divided into 8 sections. First, the

composition of raw brine was analyzed. Then, the scale was characterized by using

the techniques of XRD, FTIR, XRF and STA. In the third part, the amount of

chemicals, the order of adding the chemicals and the addition of CO2 were studied to

investigate their effect on scaling prevention. In the fourth section, ways of separating

the precipitates remained in the treated brine were investigated. In order to understand

scaling better, the scaling behavior and its prevention was studied in the fifth part. The

feasible methods to reduce the scaling are then proposed in the sixth section. Next, the

feasibility of using solid waste from chemical treatment as a catalyst of biodiesel

production was evaluated. Finally, the cost estimation of salt production with the

proposed process is conducted.

From experimental results, it was found that the main compositions of raw

brine were Na+ and Cl

- with Ca

2+, Mg

2+ and SO4

2- as the impurities and Mg(OH)2 was

ง

the main component of scale. From experiments on chemical addition, it was

concluded that adding more chemicals yielded the better ion removal but the order of

addition did not have any effect. For the investigation on the effect of CO2, it was

observed that soluble CO2 decreased scaling since soluble CO2 would lower the pH

and shift the reversible reaction to bicarbonate. Based on the experimental result on an

inclined surface and using flocculant, it was observed that both methods can be

applied to reduce the precipitation time. By using pre-heat treatment, it was found that

the solubility of precipitates decreased when temperature increased. However, no

effect of seeding on enhancing precipitate removal was observed. From the study on

scale behavior, it was found that the scale was formed on the surface of the tube

because of the evaporation of water on the surface and anti-scaling could prevent

scale formation. Based on all studies, the best way of scale prevention is increasing

the amount of chemical added. From the study of utilizing solid waste from chemical

treatment, it was found that this solid waste could be synthesized and used as a

catalyst for biodiesel production. Based on the analysis of cost estimation, it was

found that the average cost per kilogram would be increased; however, the net

revenue was still positive.

School of Chemical Engineering Student’s Signature

Academic Year 2016 Advisor’s Signature

Co-advisor’s Signature

กตตกรรมประกาศ

วทยานพนธนส าเรจลลวงดวยด เนองจากไดรบความชวยเหลออยางดยง ทงดานวชาการและการด าเนนงานวจย จากบคคลตาง ๆ ดงน ขอขอบพระคณ อาจารย ดร.สพรรณ จนทรภรมณ อาจารยทปรกษาวทยานพนธ และอาจารย ดร.ธระสต สขก าเนด อาจารยทปรกษาวทยานพนธรวม ทไดมอบโอกาสในการศกษาตอในระดบปรญญาโทและคอยใหการอบรม สงสอน สงเสรม และชแนะแนวทางในการศกษาและการวจย ตลอดจนใหค าแนะน าในการเขยนและตรวจสอบวทยานพนธนจนเสรจสมบรณ ขอขอบพระคณ ส านกงานกองทนสนบสนนการวจย ทใหทนสนบสนนในการท าวจย จากโครงการทนวจยมหาบณฑต สกว. สาขาวทยาศาสตรและเทคโนโลย ภายใตโครงการเชอมโยงภาคการผลตกบงานวจย ทน สกว.- อตสาหกรรม และบรษท สยามทรพยมณ จ ากด ทใหการสนบสนนทนในการวจยและใหความอนเคราะหในการจดสงน าเกลอดบและวตถดบทใชในการท าวจย รวมถงใหค าปรกษาและค าชแนะทดตลอดมาในระหวางทด าเนนการวจย

ขอขอบพระคณ ผชวยศาสตราจารย ดร.อตชาต วงศกอบลาภ ทสละเวลามาเปนประธานกรรมการในการสอบวทยานพนธ ตลอดจนใหค าแนะน าในการเขยนและตรวจสอบวทยานพนธนจนเสรจสมบรณ และขอขอบพระคณ ผชวยศาสตราจารย ดร.พนารตน รตนพาน ทไดสละเวลามาเปนประธานในการสอบโครงรางวทยานพนธ และใหค าแนะน าตาง ๆ ในระหวางด าเนนการวจย

ขอขอบพระคณ ผชวยศาสตราจารย ดร.อรรถพล มณแดง และ อาจารย ดร.กระว ตรอ านรรค ทสละเวลามาเปนกรรมการในการสอบวทยานพนธ ตลอดจนใหค าแนะน าในการเขยนและตรวจสอบวทยานพนธนจนเสรจสมบรณ นอกจากน ขอขอบพระคณ คณาจารยทกทานในสาขาวชาวศวกรรมเคม มหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร ทไดกรณาอบรม สงสอน ประสาทความร และใหค าปรกษาทงในดานการเรยนและการวจย สดทายน ขอขอบพระคณบดาและมารดา ทใหการอบรม สงสอน เลยงดและสงเสรมการศกษา ตลอดจนเปนผสนบสนนคาใชจายในดานตาง ๆ และคอยใหก าลงใจจนกระทงวทยานพนธนส าเรจลลวง

วารณ ศรสจนทร

สารบญ

หนา

บทคดยอ (ภาษาไทย) ก บทคดยอ (ภาษาองกฤษ) ค กตตกรรมประกาศ จ สารบญ ฉ สารบญตาราง ฎ สารบญรป ฏ ค าอธบายสญลกษณและค ายอ ณ บทท

1 บทน า 1 1.1 ความส าคญและทมาของปญหาการวจย 1 1.2 วตถประสงคของการศกษา 4 1.3 ขอบเขตของงานวจย 4 1.4 ประโยชนทคาดวาจะไดรบจากการศกษา 5

2 ปรทศนวรรณกรรมและงานวจยทเกยวของ 6 2.1 เกลอ 6

2.1.1 แหลงทมาของเกลอและวธการน าเกลอมาใชประโยชน 7 2.1.2 การผลตเกลอในประเทศไทย 8 2.1.3 สมบตของเกลอ 10 2.1.4 การใชประโยชนจากเกลอโซเดยมคลอไรด 12

2.2 กระบวนการผลตเกลอในระดบอตสาหกรรม 15 2.2.1 แหลงน าเกลอดบ 16 2.2.2 กระบวนการท าบรสทธน าเกลอ 17 2.2.3 การตมระเหยและการตกผลก 23

ช

สารบญ (ตอ)

หนา

2.2.4 การปนเหวยงและการอบแหง 32 2.3 การเกดตะกรนในหมอเคยวสญญากาศ 32

2.3.1 หลกการเกดตะกรน 32 2.3.2 การเกดตะกรนแคลเซยมคารบอเนต 33 2.3.3 การเกดตะกรนแมกนเซยมคารบอเนตและแมกนเซยมไฮดรอกไซด 34 2.3.4 สารประกอบทเปนสาเหตของการเกดตะกรน 34 2.3.5 ผลเสยทเกดจากตะกรน 39

2.4 การปองกนการเกดตะกรน 39 2.5 การประเมนราคาของวธการส าหรบปองกนการเกดตะกรน 42 2.6 ปรทศนงานวจยทเกยวของ 44

2.6.1 การท าบรสทธน าเกลอส าหรบการผลตเกลอบรสทธเพอบรโภค 44 2.6.2 การน าเอาสารประกอบแคลเซยมและแมกนเซยมมาใชประโยชน 44 2.6.3 สาเหตและแนวทางการปองกนการเกดตะกรน 45 2.6.4 การศกษาพฤตกรรมของแมกนเซยมไฮดรอกไซด 46

3 วธการด าเนนการวจย 47 3.1 บทน า 47 3.2 สารเคมและเครองมอ 47

3.2.1 วสดและสารเคม 47 3.2.2 อปกรณทใชในการทดลอง 48 3.2.3 เครองมอวเคราะหสมบตทางกายภาพและทางเคม 48

3.3 วธการทดลอง 48 3.3.1 การศกษาและวเคราะหองคประกอบน าเกลอดบ 51 3.3.2 การศกษาและวเคราะหสมบตทางกายภาพของตะกรน 53 3.3.3 การศกษาวธการก าจดไอออนเจอปนในน าเกลอ

(ระดบหองปฏบตการ) 57

ซ

สารบญ (ตอ)

หนา

3.3.4 การศกษาแนวทางในการแยกตะกอนทตกคางอยในน าเกลอ (ระดบหองปฏบตการ) 60

3.3.5 การศกษาพฤตกรรมการเกดและการปองกนการเกดตะกรน 65 3.3.6 การเสนอวธการปองกนการเกดตะกรน 67 3.3.7 การศกษาการน ากากตะกอนมาเพมมลคา 68 3.3.8 การประเมนราคาของวธการปองกนการเกดตะกรน 69

4 ผลการวเคราะหขอมลและการอภปรายผล 70 4.1 ผลการศกษาและวเคราะหประกอบของน าเกลอดบ 70 4.2 ผลการศกษาและวเคราะหสมบตทางกายภาพของตะกรน 72

4.2.1 X-ray diffraction (XRD) 73 4.2.2 Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) 73 4.2.3 X-ray fluorescence (XRF) 74 4.2.4 ผลการวเคราะหการสลายตวทางความรอนของตะกรน 75

4.3 ผลการศกษาวธการก าจดไอออนเจอปนในน าเกลอ (ระดบหองปฏบตการ) 76 4.3.1 ผลการศกษาปรมาณและล าดบการเตมสารเคมทใช

ในการบ าบดน าเกลอ 77 4.3.2 ผลกระทบของ CO2 ทมตอการเกดตะกรนในหมอเคยวสญญากาศ 79

4.4 ผลการศกษาแนวทางในการแยกตะกอนทตกคางอยในน าเกลอ (ระดบหองปฏบตการ) 81 4.4.1 ผลการเตมสารชวยเรงตกตะกอนและการตกตะกอนในทอเอยง 81 4.4.2 ผลของการอนรอนน าเกลอตอการแยกตะกอนตกคางในน าเกลอ 83 4.4.3 ผลการศกษาการเตมตวลอ (Seeding) ทมตอการตกตะกอน 97

4.5 ผลการศกษาพฤตกรรมการเกดและการปองกนการเกดตะกรน 100 4.5.1 ผลการศกษาพฤตกรรมการเกดตะกรน 100 4.5.2 ผลการศกษาผลของการเตมสารปองกนการเกดตะกรน 101 4.5.3 ผลการวเคราะหตะกรนทเกดขนในชดจ าลองการเกดตะกรน 102

ฌ

สารบญ (ตอ)

หนา

4.5.4 กลไกการเกดขนของตะกรน 104 4.6 ขอเสนอแนวทางการปองกนการเกดตะกรน 107

4.6.1 การเพมปรมาณสารเคมในการก าจดไอออน 107 4.6.2 การเตมสารชวยเรงตกตะกอน 108 4.6.3 การใชถงตกตะกอนแบบ Lamellar รวมกบการอนรอน 110 4.6.4 การปรบต าแหนงระหวางบอกรองทรายกบถงอนรอน 113 4.6.5 การเตมตวลอเพอใหเกดการตกตะกอน 114 4.6.6 การเตมสารปองกนการเกดตะกรน (Anti-scaling) 115 4.6.7 การใชเทคโนโลยคอลลอยด-เอ-ตรอน (Colloid-a-tron) 115

4.7 ผลการศกษาการน ากากตะกอนมาเพมมลคา 117 4.8 การประเมนตนทนการผลตเกลอเมอมการเพมปรมาณสารเคม

ในการก าจดไอออน 124 4.8.1 ขอมลส าหรบการประเมนตนทนการผลตเกลอ 124 4.8.2 การสรางแบบจ าลองในการค านวณหมอเคยวโดยใชโปรแกรม Excel 126 4.8.3 ขนตอนการท างานของโปรแกรมค านวณตนทนการผลตเกลอ 128 4.8.4 ผลการค านวณตนทนในการผลตเกลอ 128

5 สรปผลการวจยและขอเสนอแนะ 136 5.1 สรปผลการวจย 136

5.1.1 การวเคราะหองคประกอบของน าเกลอดบ 136 5.1.2 การวเคราะหสมบตทางกายภาพของตะกรน 136 5.1.3 การก าจดไอออนเจอปนในน าเกลอดบ (ระดบหองปฏบตการ) 136 5.1.4 การแยกตะกอนทตกคางอยในน าเกลอ (ระดบหองปฏบตการ) 137 5.1.5 การเสนอแนวทางในการปองกนการเกดตะกรน 137 5.1.6 การศกษาพฤตกรรมการเกดตะกรน 138 5.1.7 การเพมมลคาใหกบกากตะกอนทเกดจากกระบวนการก าจดไอออน 138 5.1.8 การประเมนตนทนของการผลตเกลอ 139

ญ

สารบญ (ตอ)

หนา

5.2 ขอเสนอแนะ 139 รายการอางอง 140 ภาคผนวก

ภาคผนวก ก. 148 ภาคผนวก ข. 168

ประวตผเขยน 175

สารบญตาราง ตารางท หนา 3.1 ชวงเลขคลนของแถบการสนของหมฟงกชนในสารประกอบตาง ๆ 55 3.2 สดสวนของปรมาณสารเคมทใชในการก าจดไอออนเจอปนในน าเกลอดบ 58 3.3 สมการทใชในการค านวณหาคาความเปนดาง (Alkalinity) 60 4.1 ปรมาณไอออนองคประกอบในน าเกลอดบทวเคราะหดวยเทคนคไอออน

โครมาโทกราฟและปรมาณไอออนทพบในน าเกลอจากแหลงตาง ๆ 71 4.2 ปรมาณไอออนแคลเซยมและแมกนเซยมในน าเกลอดบทวเคราะหดวย

วธการไทเทรต 71 4.3 ปรมาณคารบอเนตและไบคารบอเนตในน าเกลอดบหลงเตมกาซ CO2 81 4.4 คาพารามเตอรจากสมการโพลโนเมยลและสมการ van’t Hoff 88 4.5 พารามเตอรทางเทอรโมไดนามกสของการละลาย Mg(OH)2

ทอณหภมเฉลย 329.15 K 91 4.6 ปรมาณตวลอทเตมลงในน าเกลอและของแขงทไดจากการแยกตะกอน

ตกคางในน าเกลอปรมาตร 150 mL 97 4.7 รายละเอยดของชดอปกรณส าหรบเตรยมสารชวยเรงตกตะกอน 108 4.8 สมบตทางกายภาพของกากตะกอนและตวเรงปฏกรยาทเตรยมในงานวจยน

เทยบกบสมบตของแคลเซยมออกไซดของงานวจยอน ๆ 120 4.9 ปรมาณและความแรงของหมเบสบนตวเรงปฏกรยา 122 4.10 องคประกอบของเมทลเอสเตอรของกรดไขมนในน ามนไบโอดเซล 123 4.11 สมบตของน ามนไบโอดเซลทผลตไดเทยบกบงานวจยอน 123

สารบญรป รปท หนา 2.1 ล าดบชนหนของหมวดหนมหาสารคาม 9 2.2 พฤตกรรมการละลายของเกลอ (NaCl) ในน า 12 2.3 พฤตกรรมการละลายของน าตาล (C12H22O11) ในน า 12 2.4 การผลตสารละลาย NaOH ดวยเยอแลกเปลยนไอออน 13 2.5 กระบวนการผลต Na2CO3 ดวยกระบวนการโซลเวย (Solvay process) 15 2.6 แผนผงแสดงขนตอนการผลตเกลอ 16 2.7 การท าบรสทธน าเกลอดวยสารละลาย Na2CO3 และสารละลาย NaOH 17 2.8 สตรโครงสรางของ Polyacrylamides 19 2.9 การรวมตวของฟลอกเมอใส Polymer 20 2.10 พฤตกรรมการตกตะกอนของอนภาคในทอเอยง 22 2.11 ลกษณะของแผงทอเอยง 22 2.12 กลไกการกรองแบบ Deep-bed และแบบ Cake 23 2.13 พฤตกรรมของเฟสของแขงและของเหลวทอธบายดวยสมดลและความเสถยร

ทางเทอรโมไดนามกส 24 2.14 แผนภาพกลไกของการเกดนวเคลยสผลก (Nucleation) 25 2.15 ชนดของหมอตมระเหย (Evaporator) 28 2.16 หมอตมระเหยภายใตสภาวะบรรยากาศ (Open pan evaporation) 29 2.17 ชดหมอตมระเหยภายใตสภาวะสญญากาศ (Vacuum pan evaporation) 30 2.18 หลกการท างานของการตมระเหยดวย Thermal vapor recompression 31 2.19 หลกการท างานของการตมระเหยดวย Mechanical vapor recompression) 31 2.20 กลไกการเกดตะกรนเกาะจบทผนงทอ 33 2.21 แผนภาพสมดลคารบอเนต 34 2.22 กระบวนการผลตแคลเซยมคารบอเนตจากน าเกลอและโซเดยมคารบอเนต 36 2.23 กระบวนการผลตแมกนเซยมไฮดรอกไซดจากน าเกลอและแคลเซยมไฮดรอกไซด 38

ฐ

สารบญรป (ตอ)

รปท หนา 2.24 กระบวนการตกตะกอนโดยการใชเซลลไฟฟาเคม 40 2.25 กลไกของสารยบย งในการปองกนการเกดตะกรน 41 3.1 แผนผงภาพรวมของการทดลอง 49 3.2 องคประกอบอยางงายของเครองไอออนโครมาโทกราฟ 51 3.3 องคประกอบของเครองอนฟราเรดสเปกโทรมเตอรแบบฟเรยรทรานสฟอรม 55 3.4 อปกรณจ าลองเพอศกษาพฤตกรรมการเกดตะกรนอยางงาย 66 4.1 ลกษณะของตะกรนทเกดขนในหมอเคยวระบบสญญากาศ 72 4.2 ผลการวเคราะหโครงสรางผลกของสารใน (a) ตะกรน และ (b) Mg(OH)2 บรสทธ 73 4.3 โครงสรางสารประกอบของ (a) CaCO3 (b) Mg(OH)2 และ (c) ตะกรน 74 4.4 ปรมาณรอยละของธาตองคประกอบในตะกรนทวเคราะหดวยเทคนค XRF 75 4.5 การสลายตวทางความรอนของ (a) Mg(OH)2 บรสทธ และ (b) ตะกรน 76 4.6 รอยละของการก าจดไอออนแคลเซยมและแมกนเซยมดวยสภาวะทแตกตางกน 78 4.7 ความเขมขนของไอออนคารบอเนตและไบคารบอเนตในน าเกลอทอณหภม

แตกตางกน 80 4.8 ผลการใชสารชวยเรงตกตะกอนทมตอการลดระยะเวลาในการตกตะกอน 82 4.9 ความสามารถในการละลายของ Mg(OH)2 ในน าและน าเกลอสงเคราะห 84 4.10 ความสามารถในการละลายของ Mg(OH)2 ในน าเกลอทม Mg2+ เทากบ 43.59 mg/L 85 4.11 ความสามารถในการละลายของ Mg(OH)2 ในน าเกลอทก าจดไอออนแลว มคา

ความเขมขนเรมตนของ Mg2+ 239.15 mg/L (C200) และ 596.7 mg/L (C600) 86 4.12 ความสามารถในการละลายของ Mg(OH)2 ในน าเกลอก าจดทไอออนแลวดวยสภาวะ

PC-PH และน าเกลอดบ (คาความเขมขนเรมตนของ Mg2+ เทากบ 1,440 และ 1,666.7 mg/L ตามล าดบ) 86

4.13 สดสวนโมลของ Mg(OH)2 ทละลายไดในน าทอณหภมตาง ๆ 88 4.14 สดสวนโมลของ Mg(OH)2 ทละลายไดในน าเกลอทอณหภมตาง ๆ 89 4.15 ความสมพนธระหวาง ln X1 และ 1/T จากสมการของ van’t Hoff จากการ

ละลายของ Mg(OH)2 ในน ากลนและน าเกลอทม Mg2+ เทากบ 239.15 mg/L 90

ฑ

สารบญรป (ตอ)

รปท หนา 4.16 ปรมาณตะกอนจากการอนรอนน าเกลอทใชสารชวยเรงตกตะกอน

ทความเขมขนแตกตางกน 92 4.17 ปรมาณตะกอนทคาดวาจะเกดขนในหมอเคยวเมอใชน าเกลอทมสภาวะเดยวกบ

การทดลองในหองปฏบตการปอนเขาหมอเคยวดวยอตรา 800 m3/day 92 4.18 ปรมาณตะกอนทไดจากการอนรอนน าเกลอทผานการตกตะกอนภายใต

แรงโนมถวงของโลกดวยระยะเวลาทแตกตางกน 93 4.19 ผลของระยะเวลาทมตอปรมาณตะกอนและความหนาของตะกรนทคาดวา

จะเกดขน เมอปอนน าเกลอเขาสหมอเคยวสญญากาศปรมาตร 800 m3/day 94 4.20 ผลของน าเกลอจากโรงงานตอปรมาณตะกอนและความหนาของตะกรนทคาดวา

จะเกดขนเมอปอนน าเกลอเขาสหมอเคยวปรมาตร 800 m3/day 95 4.21 XRD pattern ของตะกอนทเกดขนในการอนรอนน าเกลอ 96 4.22 คาความเขมขนของไอออนหลงการเตมตวลอ ปรมาณ 0.1 กรม

ตอน าเกลอทก าจดไอออนแลว ปรมาตร 150 mL ณ เวลาตาง ๆ 98 4.23 คาความเขมขนของไอออนหลงการเตมตวลอ ปรมาณ 0.2 กรม

ตอน าเกลอทก าจดไอออนแลว ปรมาตร 150 mL ณ เวลาตาง ๆ 99 4.24 ตะกรนทกอตวบนผวทอรปตวยและของแขงทตกตะกอนอยดานลางของ

ชดการทดลองเมอไมมการใชสารปองกนการเกดตะกรน 100 4.25 ปรมาณของแขงและตะกรนทเกดขนจากการศกษาพฤตกรรมการเกดตะกรน

จากน าเกลอทแตกตางกนทเกดขนททอรปตวย 101 4.26 การเกาะตวของของแขงบนผวทอเมอมการเตมสารปองกนการเกดตะกรน 102 4.27 โครงสรางผลกของตะกรนทเกดในชดจ าลองเมอใชน าเกลอดบในการศกษา 103 4.28 โครงสรางผลกของตะกรนทเกดในชดจ าลองเมอใชน าเกลอทผานกระบวน

การก าจดไอออนดวยสภาวะ PC-PH และ SC-SH 104 4.29 การเกด Nucleate boiling บนพนผวทอรปตวยของชดจ าลองการเกดตะกรน 105 4.30 การเกดตะกรนบนพนผวทอรปตวยของชดจ าลองการเกดตะกรน 105 4.31 การเกดฟองและการเกดตะกรน 106

ฒ

สารบญรป (ตอ)

ตารางท หนา 4.32 กลไกการเกดตะกรนจากชดจ าลองการศกษาพฤตกรรมการเกดตะกรน 106 4.33 แผนผงกระบวนการผลตเกลอของบรษทสยามทรพยมณ 109 4.34 ลกษณะของถงตกตะกอนแบบ Lamellar 110 4.35 กระบวนการผลตเกลอทมการใชถงตกตะกอนแบบ Lamellar รวมกบการอนรอน 112 4.36 กระบวนการผลตเกลอทมการปรบต าแหนงระหวางบอกรองทรายกบถงอนรอน 114 4.37 ลกษณะของไอออนในน ากอน (ซาย) และหลง (ขวา) ผานคอลลอยด-เอ-ตรอน 116 4.38 ผลการสลายตวทางความรอนของกากตะกอนจากบอผสม 118 4.39 โครงสรางผลกของกากตะกอน (a) กอนเผา และ (b) หลงเผา 119 4.40 ลกษณะผลกของ (a) กากตะกอนทอบแหงแลว กบ (b) ตวเรงปฏกรยา 119 4.41 การคายซบของกาซคารบอนไดออกไซด (CO2-TPD) บนตวเรงปฏกรยา 121 4.42 กระบวนการผลตเกลอทมการเพมสารเคมในการก าจดไอออนเพอปองกน

การเกดตะกรนในหมอเคยวสญญากาศ 125 4.43 แผนผงแสดงวธการท า Optimization ของแบบจ าลองการค านวณ

หมอเคยวสญญากาศ 127 4.44 การกรอกขอมลส าหรบค านวณหาปรมาณสารเคมทใชในการก าจดไอออน

ตามสภาวะ SC-SH 130 4.45 การแสดงผลการค านวณของสวนกระบวนการท าบรสทธน าเกลอ 131 4.46 หนาตางแสดงผลของการค านวณชดหมอเคยวของสวนกระบวนการผลตเมดเกลอ 132 4.47 การค านวณพารามเตอรตาง ๆ ของชดหมอเคยวดวยวธการ Optimization

ดวยโปรแกรม Solver 133 4.48 หนาตางแสดงผลจากการค านวณพารามเตอรตาง ๆ จากชท Production 134 4.49 หนาตางแสดงผลการค านวณตนทนในการผลตเกลอ 135 1ก แผนผงชดหมอเคยวส าหรบการท าสมดลมวลและสมดลพลงงาน 156

ค าอธบายสญลกษณและค ายอ

x-ray = คาความยาวคลนของรงสเอกซ θ = มมตกระทบของรงสเอกซกบระนาบผลก ∆Go

Diss = คาการเปลยนแปลงพลงงานอสระกบส (J/mol) ∆Ho

Diss = คาการเปลยนแปลงเอนทาลปของการละลาย (J/mol) ∆So

Diss = คาการเปลยนแปลงเอนโทรปของการละลาย (J/mol·K) Å = องสตรอม

aA = ราคาของอปกรณของก าลงการผลตทตองการ aC

bA = ราคาของอปกรณของก าลงการผลตททราบคา bC A, B, C = คาคงทของสมการโพลโนเมยลและสมการของ van’t Hoff BET = บรนวร-เอมเมทท-เทลเลอร (Brunauer–Emmett–Teller)

aC = ก าลงการผลตทตองการ

bC = ก าลงการผลตททราบคา

1C = ราคาของอปกรณในอดต

2C = ราคาของอปกณในปจจบน Ca2+ = ไอออนแคลเซยม CaO = แคลเซยมออกไซด CaCO3 = แคลเซยมคารบอเนต CaSO4 = แคลเซยมซลเฟต Cal-red = แคลคอนคารบอกซลก เอซด (Calconcarboxylic acid) Cl- = ไอออนคลอไรด CO2 = กาซคารบอนไดออกไซด CO3

2- = ไอออนคารบอเนต COM = ราคาตนทนทงหมดในการผลต (บาท/หนวยการผลต) CO2-TPD = เทคนคการโปรแกรมอณหภมเพอทดสอบการคายซบของกาซ

คารบอนไดออกไซด (CO2-Temperature Programmed Desorption)

ด

ค าอธบายสญลกษณและค ายอ (ตอ)

cSt = เซนตสโตก (Centistoke) C14:0 = กรดไมรสตก (Myristic acid) C14:1 = กรดไมรสโตเลอก (Myristoleic acid) C15:0 = กรดเพนตะเดคาโนอก (Pentadecanoic acid) C16:0 = กรดปาลมตก (Palmitic acid) C16:1 = กรดปาลมโตเลอก (Palmitoleic acid) C18:0 = กรดสเตยรก (Stearic acid) C18:1 = กรดโอเลอก (Oleic acid) C18:2 = กรดไลโนเลอก (Linoleic acid) C200 = น าเกลอทมคาความเขมขนของไอออนแมกนเซยม 239.15 mg/L C600 = น าเกลอทมคาความเขมขนของไอออนแมกนเซยม 596.7 mg/L d = ระยะหางระหวางระนาบผลก DMC = ราคาตนทนโดยตรง (บาท/หนวย) DSC = เทคนคดฟเฟอเรนเชยลสแกนนงคาลอรมเตอร

(Differential scanning calorimeter) EDTA = เอทลนไดเอมนเตตระอะเซตคเอซด

(Ethylene diamine tetra-acetic acid) EDXRF = เทคนคเอกซเรยฟลออเรสเซนซแบบอเนอจดสเพอซฟ Fe3O4 = แมกนไทต FMC = ราคาตนทนคงท (บาท/หนวย) FTIR = เทคนคฟเรยรทรานสฟอรมอนฟาเรดสเปกโตรสโกรป (Fourier transform infrared spectroscopy) GE = คาใชจายทวไป (บาท/หนวย) HCO3

- = ไอออนไบคารบอเนต I1 = ดชนราคาในอดต I2 = ดชนราคาในปจจบน IC = เทคนคไอออนโครมาโทกราฟ (Ion chromatograph) m3 = ลกบาศกเมตร

ต

ค าอธบายสญลกษณและค ายอ (ตอ)

Mg2+ = ไอออนแมกนเซยม Mg(OH)2 = แมกนเซยมไฮดรอกไซด MgSO4 = แมกนเซยมซลเฟต mL = มลลลตร n = เลขจ านวนเตม Na+ = ไอออนโซเดยม NEDTA = ความเขมขนทแทจรงของ EDTA (mol/L) NHCl = คาความเขมขนของกรดไฮโดรคลอรก (mol/L) NaOH = โซเดยมไฮดรอกไซด Na2CO3 = โซเดยมคารบอเนต NH4Cl = แอมโมเนยมคลอไรด NH4OH = แอมโมเนยมไฮดรอกไซด OH- = ไอออนไฮดรอกไซด PC-PH = สภาวะทใชในการก าจดไอออนในน าเกลอโดยใชสารโซเดยม- คารบอเนตและสารโซเดยมไฮดรอกไซดในสดสวนตามโรงงาน R2 = คาสมประสทธในการตดสนใจ SBET = พนทผวจ าเพาะของตวเรงปฏกรยาจากสมการ BET (m2/g) SC-SH = สภาวะทใชในการก าจดน าเกลอโดยใชสารโซเดยมคารบอเนต

และสารโซเดยมไฮดรอกไซดในสดสวนไอออนแคลเซยมและไอออนแมกนเซยม

SC-50%SH = สภาวะทใชในการก าจดน าเกลอโดยใชสารโซเดยมคารบอเนต ตามสดสวนไอออนแคลเซยมและใชสารโซเดยมไฮดรอกไซด 50% ของไอออนแมกนเซยม SEM = เทคนคจลทรรศนอเลกตรอนแบบสแกนนง (Scanning electron microscopy) SO4

2- = ไอออนซลเฟต STA = เทคนควเคราะหสมบตทางความรอนของวสดแบบซมเทนเนยส (Simultaneous thermal analysis)

ถ

ค าอธบายสญลกษณและค ายอ (ตอ)

T = อณหภม (K) Tmean = อณหภมเฉลยในชวงอณหภม 305.15-353.15 K TGA = เทคนคเทอโมกราวเมตรกอะนาไลซส

(Thermogravimetric analysis) Vmo = ปรมาตรของกรดไฮโดรคลอรกทใชในการไทเทรตเมอมการใช

เมทลออเรนจเปนอนดเคเตอร Vp = ปรมาตรของกรดไฮโดรคลอรกทใชในการไทเทรตเมอมการใช

ฟนอลฟทาลนเปนอนดเคเตอร Vs = ปรมาตรของน าเกลอทใชในการคาความเปนดาง (100 mL) wt.% = รอยละโดยน าหนก 110%SC-110%SH = สภาวะทใชในการก าจดไอออนในน าเกลอโดยใชสารโซเดยม-

คารบอเนตและสารโซเดยมไฮดรอกไซดในสดสวน 110% ของปรมาณไอออนแคลเซยมและแมกนเซยม

120%SC-120%SH = สภาวะทใชในการก าจดไอออนในน าเกลอโดยใชสารโซเดยม คารบอเนตและสารโซเดยมไฮดรอกไซดในสดสวน 120% ของปรมาณไอออนแคลเซยมและแมกนเซยม

130%SC-130%SH = สภาวะทใชในการก าจดไอออนในน าเกลอโดยใชสารโซเดยม- คารบอเนตและสารโซเดยมไฮดรอกไซดในสดสวน 130%ของปรมาณไอออนแคลเซยมและแมกนเซยม

x = Cost capacity factor คาเฉลยเทากบ 0.6 X1 = สดสวนโมลของแมกนเซยมไฮดรอกไซดในน าเกลอ XRD = เทคนคเอกซเรยดฟแฟรกชน (X-ray diffraction) (Energy dspersive x-ray fluorescence)

บทท 1 บทน า

1.1 ความส าคญและทมาของปญหาการวจย เกลอ (Salt) เปนวตถดบทส าคญอกหนงอยางในการด ารงชวตของมนษย เนองจากเปน

วตถดบพนฐานในการปรงรสอาหารและการถนอมอาหาร แตในปจจบน นอกจากการใชเกลอ เพอบรโภคแลว เกลอยงมบทบาททส าคญมากในภาคอตสาหกรรม เนองจากเกลอเปนสารตงตนในการผลตสารเคมส าหรบใชในอตสาหกรรมตาง ๆ เชน อตสาหกรรมสงทอ อตสาหกรรมปโตรเคม อตสาหกรรมกระดาษ และอตสาหกรรมการเกษตร จากการเตบโตและการพฒนาอตสาหกรรมในการผลตสนคาเพอตอบสนองความตองการของผอปโภคและบรโภคทเพมมากขน จงสงผลใหความตองการใชเกลอมเพมสงขน ในอดตเกลอมความส าคญมาก จนถกใชเปนคาตอบแทนใหกบนกรบในสมยโรมน ภาษาละตนจะเรยกคาตอบแทนนวา “Salarium” เปนทมาของค าวา “Salary” ซงหมายถงเงนเดอน โดยรากศพทของ “Salarium” หรอ “Salary” มาจากค าวา “Sal-” ทมาจากค าเดมคอ “Salt” และนอกจากน ยงมการใชกอนเกลอแทนเงนตราในประเทศทเบตและมองโกเลยอกดวย (เคอรลนสก, 2552)

สบเนองจากอตสาหกรรมในปจจบนมการพฒนาและขยายตวมากขน การคาดการณแนวโนมการใชเกลอของทวโลกในป 2561 จะเพมขนรอยละ 1.5 ตอป โดยจะมปรมาณการใชเกลอทสงถง 325 ลานตน จากเดมทมการใชเกลอในชวงป 2551-2556 อยทประมาณ 302 ลานตนตอป โดยกลมประเทศทมปรมาณการใชงานมากทสดคอเอเชยและแปซฟก ซงคาดวาความตองการในกลมนจะมากกวาคาเฉลยของทวโลก ประเทศจนและอนเดยจะมการใชมากทสด เนองจากการเตบโตและการพฒนาของอตสาหกรรมคลอร-อลคาไล (Freedonia, www, 2014) ซงอตสาหกรรมคลอร-อลคาไลเปนอตสาหกรรมทมการใชเกลอเปนวตถดบตงตนในการผลตกาซคลอรน (Cl2) และสารละลายโซเดยมไฮดรอกไซด (NaOH) โดยกระบวนการแยกน าเกลอดวยกระแสไฟฟา อตสาหกรรมนยงใหผลพลอยไดคอกาซไฮโดรเจน (H2) ดวย ตวอยางของการน าสารผลตภณฑจากอตสาหกรรมคลอร-อลคาไลไปใชประโยชนม ดงน สารโซเดยมไฮดรอกไซดถกน าไปใชในกระบวนการผลตตาง ๆ เชน การผลตเยอและกระดาษ การผลตสบและผลตเสนใย เปนตน สวนกาซคลอรน มการน าไปใชงานทหลากหลายเชนกน อาท การผลตกรดไฮโดรคลอรก (HCl) การผลตพลาสตก และสารตงตนส าหรบผลตน ายาท าความสะอาด เปนตน (Austin, 1984)

2

ในขณะทกาซไฮโดรเจน สามารถน าไปใชในการผลตแอมโมเนย (NH3) ใชในกระบวนการไฮโดร-จเนชน (Hydrogenation) และเปนสารตงตนในกระบวนการตาง ๆ ทางเคม อกทงกาซไฮโดรเจนยงเปนทนาสนใจในดานพลงงานทางเลอกอกดวย ส าหรบอตสาหกรรมเกลอในประเทศไทยนน มก าลงการผลตอยท 1.2 ลานตนตอป โดยครงหนงของเกลอทงหมดทผลตไดนนเปนเกลอทผลตดวยกระบวนการตมระเหยภายใตสภาวะสญญากาศ ซงสวนใหญผลตเพอสงออกและใชเปนสารตงตนในอตสาหกรรมสารเคม สวนปรมาณการใชเกลอเพอการบรโภคในครวเรอนของคนไทยจะอยท 76,000 ตนตอป โดยทคนไทยสวนใหญยงคงบรโภคเกลอจากนาเกลอหรอเกลอตม แตคาดการณวาการใชเกลอทผานกระบวนการท าใหบรสทธจะไดรบความนยมเพมขนในอนาคต เนองจากรายไดของประชาชนทเพมขนและลกษณะการด าเนนชวตทเปลยนไป (Chidchai Muensriphu et al., 2010) จากความตองการใชเกลอทเพมมากขน สงผลใหมการพฒนากระบวนการผลตอยางตอเนอง เชน ในประเทศไทยจากเดมการผลตเกลอใชดนหรอคราบเกลอบนผวดน ไปละลายน าแลวน ามาตมใหไดผลกเกลอ ตอมากเขาสยคของการท านาเกลอโดยการใชน าเคมจากทะเล หรอน าเกลอจากใตดนมาท าการระเหยน าบนลานดนหรอลานซเมนต เพอใหไดเกลอปรมาณเพมมากขน ซงการผลตเกลอดวยการท านาเกลอสงผลกระทบตอสงแวดลอม อาทเชน ดนเคม สตวน าตาย เกดความเสยหายตอขาวในนา ดงนนจงไดมการพฒนาและเปลยนแปลงกระบวนการผลตเกลอไปเปนการท าเหมองละลายเกลอหนแทน ซงอตสาหกรรมการผลตเกลอจากเหมองละลายเกลอหนใตดนเตบโตมากในจงหวดนครราชสมา โดยมการน าเอาเทคโนโลยททนสมยเขามาใชในการผลต เพอผลตเกลอในปรมาณทมากขนและใชระยะเวลานอยลง รวมถงไดเกลอม คณภาพและความบรสทธสงดวย ซงขนตอนส าคญทท าใหเกลอมคณภาพคอขนตอนการก าจดสารเจอปน จ าพวกไอออนแคลเซยมและแมกนเซยม โดยวธทนยมใชคอการใชสารเคม ซงสารทนยมใชไดแก สารละลายโซเดยมคารบอเนต (Na2CO3) และสารละลายโซเดยมไฮดรอกไซด (NaOH) ดงทมการรายงานไวโดย Moritz (1982)

ในขนตอนการท าบรสทธน าเกลอ นอกจากจะเปนการท าบรสทธน าเกลอเพอใหไดเกลอทมความบรสทธแลว ยงเปนการลดสาเหตของการเกดตะกรนในกระบวนการผลตเกลอไดอกดวย เนองจากการเกดตะกรนนน โดยทวไปเกดจากการทมสารตนเหตของการเกดตะกรนปะปนอยในสารละลายในรปของไอออน อาทเชน ไอออนแคลเซยม (Ca2+) และแมกนเซยม (Mg2+) เมอมการเปลยนแปลงทางกายภาพของสารละลาย เชน สารละลายมอณหภมเพมสงขน สงผลใหไอออนเกดการรวมตวกนเปนสารประกอบทมความสามารถในการละลายต าลงและแยกตวออกมาในรปของแขง อาท แคลเซยมซลเฟต (CaSO4) แคลเซยมคารบอเนต (CaCO3) แมกนเซยมไฮดรอกไซด (Mg(OH)2) และแมกนเซยมคารบอเนต (MgCO3) ซงของแขงทเกดขนอาจจะแขวนลอยอยในสารละลายหรอเขาไปเกาะทพนผวของทอจนกอตวเปนตะกรน (Heitmann, 1990) การเกดตะกรน

3

มกจะสงผลเสยใหกบกระบวนการผลต เชน สญเสยก าลงการผลตเนองจากการสญเสยความรอนและมการสนเปลองพลงงานทมากขน จากปญหาทไดรบผลกระทบมาจากการเกดตะกรน จงมงานวจยทศกษาถงการเกดตะกรนและแนวทางในการปองกน เชน Amjad (2004) ไดศกษาการเกดตะกรนของยปซมบนพนผวแลกเปลยนความรอนทท าจากทองเหลอง และศกษาอทธพลของสารพอลอเลกโทรไลต (Polyelectrolyte) ทไดจากธรรมชาตและการสงเคราะห ทมผลตอการยบย งการเกดตะกรน ผลการศกษาพบวาการเตมสารพอลอเลกโทรไลตสามารถยบย งการเกดตะกรนของยปซมได และยงท าใหโครงสรางของยปซมเปลยนแปลงไป เมอเทยบกบยปซมทเกดขนในสารละลายทไมมการเตมสารพอลอเลกโทรไลตนอกจากน Kazi et al. (2015) ไดศกษาพฤตกรรมการเกดตะกรนของ CaCO3 บนพนผวทอของเครองแลกเปลยนความรอนและศกษาวธลดตะกรนโดยใชกมอารบก (Gum Arabic) ซงเปนสารทไดจากธรรมชาต โดยพบวาปรมาณการกอตวของตะกอนแคลเซยมคารบอเนต CaCO3 บนพนผวทอทท าจากวสดทแตกตางกนมปรมาณดงน อะลมเนยม > ทองเหลอง > เหลกกลาไรสนม 316 และการเตมกมอารบกลงไปในสารละลายจะชวยหนวงการเตบโตของผลก CaCO3 สงผลใหตะกรนทเกดขนมปรมาณลดลง

นอกจากความเขมขนของไอออน Ca2+ และแมกนเซยม Mg2+ ทสง จะเปนสาเหตของการเกดตะกรนแลว การแยกตะกอนหลงการท าบรสทธน าเกลอกเปนสงส าคญ เนองจากการใชสารละลาย Na2CO3 และ NaOH จะก าจดไอออน Ca2+ และ Mg2+ ออกมาในรปตะกอน CaCO3 และ Mg(OH)2 ซงตะกอนทเกดขนจะถกแยกออกจากน าเกลอดวยวธตาง ๆ เชน การตกตะกอน การกรอง การใชเทคนคการอนรอน และการใชแมเหลก (Lehmann et al., 2014) เพราะตะกอนทตกคางอยในน าเกลอ อาจสงผลตอคณภาพของเกลอทผลตไดและเปนสาเหตของการเกดตะกรนในหมอเคยวไดอกดวย อยางไรกตาม ไอออน Ca2+ และ Mg2+ ในน าเกลอหรอแมแตตะกอน CaCO3 และ Mg(OH)2 กสามารถน าไปใชประโยชนได หากมกระบวนการทสามารถแยกสารแตละชนดใหมความบรสทธได เชน Lehmann et al. (2014) ไดศกษาการน าเอาสารละลายแมกนเซยม (Mg) จากน าเกลอทออกจากหนวย Reverse Osmosis (RO) กลบมาใช โดยใชวธการตกตะกอน Mg ออกมาในรปของสาร Mg(OH)2 จากนนใชแมกนไทต (Fe3O4) ส าหรบดดซบตะกอนของ Mg(OH)2 และใชแมเหลกในการแยกของแขงออกจากสารละลาย จากนนใชกรด HCl ชะสารละลาย Mg ออกจาก Fe3O4 กอนจะกรองแยกซ าเพอแยก Fe3O4 และน ากลบไปใชอกครง ซงตลาดของ Mg(OH)2 คาดการณวาในป 2013-2018 จะเตบโตอยางรวดเรว เนองจากมการน าไปใชเปนสารหนวงการตดไฟ (ISH Markit, www, 2014) นอกจากน Mg(OH)2 ยงสามารถน าไปใชในการเกษตร น าไปใชในกระบวนการบ าบดน าเสย รวมไปถงใช Mg(OH)2 เปนสารตงตนในการผลตโลหะ Mg ทก าลงไดรบความสนใจในการน ามาใชผลตเปนชนสวนยานยนต เนองจากเปนโลหะมน าหนกเบา (Kramer, www, 2001) และส าหรบตะกอน CaCO3 กสามารถน าไปใชประโยชนไดเชนกน โดยมการคาดการณวาในป 2020

4

ความตองการในการใช CaCO3 ในตลาดโลกจะเพมสงขนถง 98.7 ลานตน โดยอตสาหกรรมการผลตกระดาษ อตสาหกรรมผลตพลาสตกและอตสาหกรรมผลตส เปนตวขบเคลอนตลาดของ CaCO3 (Global Industry Analysts, www, 2015)

ดวยเหตน งานวจยนจงมงเนนศกษาหาสาเหตของการเกดตะกรนในหมอเคยว โดยจะศกษาถงองคประกอบตาง ๆ ทอยในน าเกลอดบและวเคราะหสมบตทางกายภาพของตะกรนทเกดขนในหมอเคยวจากนนท าการศกษาและเสนอแนะแนวทางส าหรบปองกนการเกดตะกรนในหมอเคยวและแนวทางส าหรบเพมมลคาใหกบกากตะกอน พรอมทงศกษาความเปนไปไดทจะน าแนวทางทเสนอแนะไปประยกตใชจรงในโรงงาน โดยจะท าการประเมนตนทนการผลตเกลอเบองตนส าหรบการน าแนวทางการปองกนการเกดตะกรนไปประยกตใชจรงในโรงงาน

1.2 วตถประสงคของการศกษา 1.2.1 เพอศกษาแนวทางในการก าจดสารเจอปนในน าเกลอทเปนสาเหตของการเกด

ตะกรนในหมอเคยวของกระบวนการผลตเกลอดวยหมอเคยวระบบสญญากาศ 1.2.2 เพอเสนอแนะวธการปองกนการเกดตะกรน พรอมทงหาประสทธภาพและ

ประเมนตนทน

1.3 ขอบเขตของงานวจย 1.3.1 ศกษาการก าจดไอออนเจอปนในน า เกลอดวยการเตมสารละลายโซเดยม

คารบอเนตและสารละลายโซเดยมไฮดรอกไซด 1.3.2 ศกษาแนวทางในการแยกตะกอนทเกดจากกระบวนการก าจดไอออนเจอปนใน

น าเกลอโดยการเตมสารเรงตกตะกอนชนดโพลอะครลาไมด การแยกตะกอนดวยการอนรอน และการเตมตวลอผลกเพอเหนยวน าการตกตะกอน

1.3.3 ศกษาการปองกนการเกดตะกรนโดยการเตมสารปองกนการเกดตะกรน 1.3.4 เสนอแนะวธการปองกนการเกดตะกรน หาประสทธภาพ และประเมนคาใชจาย

ส าหรบการปองกนการเกดตะกรนในหมอเคยวของกระบวนการผลตเกลอดวยหมอเคยวระบบสญญากาศ

5

1.4 ประโยชนทคาดวาจะไดรบจากการศกษา 1.4.1 องคความรเกยวกบสาเหตและหลกการของการเกดตะกรน พรอมทงแนวทางใน

การปองกนการเกดตะกรนในหมอเคยวของกระบวนการผลตเกลอดวยหมอเคยวระบบสญญากาศ

1.4.2 ไดกระบวนการปองกนการเกดตะกรนทสามารถน าไปประยกตใชกบโรงงานจรง พรอมผลการวเคราะหตนทนของกระบวนการ

บทท 2 ปรทศนวรรณกรรมและงานวจยทเกยวของ

อตสาหกรรมเกลอเปนอกหนงอตสาหกรรมทมความนาสนใจและมความจ าเปนตอการด ารงชวตของมนษย ในการท าความเขาใจถงองคความรและปรากฏการณตาง ๆ ทเกดขนในกระบวนการผลตเกลอ จะชวยใหมการเรยนรและการพฒนาเพอน าไปสการปรบปรงกระบวนการผลตใหดยงขน ดงนน เนอหาในบทท 2 จะแสดงขอมลทเกยวกบเกลอ ความเปนมาของเกลอ เศรษฐกจของอตสาหกรรมเกลอในอดตจนถงปจจบน กระบวนการผลตเกลอ การน าไปใชงาน ตาง ๆ รวมไปถงรายละเอยดของสารทเปนตนเหตของการเกดตะกรน ซงประกอบดวยแมกนเซยมไฮดรอกไซด (Mg(OH)2) และแคลเซยมคารบอเนต (CaCO3) ตลอดทงแสดงขอมลทอธบายถงปญหาของการเกดตะกรนและวธการปองกนการเกดตะกรน

2.1 เกลอ เกลอเปนหนงวตถดบทมความส าคญ เพราะนอกจากจะใชเปนเครองปรงรสอาหาร ใชในการถนอมอาหาร และใชเปนสารเคมตงตนส าหรบอตสาหกรรมตาง ๆ ในปจจบนแลว ในอดต เกลอยงมคาเทยบเทากบเงนตรา จนเปนชนวนทท าใหเกดสงครามในยคลาอาณานคม ส าหรบค าจ ากดความของเกลอทใชมาจนถงปจจบน ถกนยามขนในป ค.ศ. 1744 โดยกลลอเม ฟรองซวส รเอล (Guillaume François Rouelle) ซงนยามวา “เกลอคอสารทเกดจากปฏกรยาระหวางกรดกบดาง” ตอมานกวทยาศาสตรตางเกดค าถามถงตนก าเนดของเกลอจงท าใหเกดขอสนนษฐานตาง ๆ มากมาย อาทเชน โรเบรต ฮก (Robert Hooke) ไดสรปวาเกลอมาจากอากาศ ในขณะทบางคนกลาววาเกลอมาจากอลคาไล นอกจากน การคนหาตนก าเนดของเกลอยงน ามาสการโตแยงทางธรณวทยา ซงลทธเนปจนเชอวาเกลอมาจากทะเล เนองจากทะเลโบราณทวไปเปนแหลงทมาของชนหนทงหมด ในขณะทลทธพลโตกลบเชอวาเกลอมาจากภเขาไฟ เนองจากหนเกดจากการแขงตวของมวลหนทหลอมละลาย และถงแมวายงไมมขอยตเกยวกบการกอตวของตะกอนเกลอ แตคนสวนใหญมความเชอวาเกลอมตนก าเนดมาจากน าทะเล (เคอรลนสก, 2552) รวมถงแหลงของชนเกลอในประเทศไทยดวย

7

2.1.1 แหลงทมาของเกลอและวธการน าเกลอมาใชประโยชน (Kaufmann, 1960) นบตงแตอดตจนถงปจจบน เกลอสามารถผลตไดจากแหลงทมาและกระบวนการ

ผลตทแตกตางกน แมวาในปจจบนแหลงของน าเกลอและกระบวนการผลตบางกระบวนการไดมการเลกใชกนไปแลว แตเพอใหทราบถงแหลงก าเนดของเกลอ จงยกตวอยางแหลงทมาของเกลอทส าคญ ดงน

1) น าเคม (Brine) ไดแก น าทะเล น าเคมจากทะเลสาบ น าเกลอธรรมชาต 2) แรเกลอหน (Rock salt deposits) ไดแก บอละลายใตดน เหมองใตดน และเหมอง

บนดน 3) เกลอทเกดจากการท าปฏกรยาเคม 4) เกลอทไดจากพช 5) เกลอทแทรกตวอยตามถานหนหรอโคลน ซงแตละแหลงทมาของเกลอนน จะมวธในการน าเอาเกลอมาใชประโยชนทแตกตาง

กน ซงวธการตาง ๆ ทเคยใชงานและบางวธการยงคงมการใชงานมาจนถงปจจบน มดงน 1) การระเหยน าเคมดวยแสงอาทตย 2) การท าเหมองเกลอบนดน 3) การท าเหมองใตดน 4) การเผาพชทมเกลอ 5) การตมระเหยน าเคมโดยใชฟน 6) การระเหยน าเคมในถง (Vessel) 7) การชะเกลอออกจากถานหนหรอโคลน จากนนน าไปท าการระเหย 8) การระเหด 9) การน าเอาเกลอทเปนผลพลอยไดจากการท าปฏกรยาเคมมาใช จากขอมลของแหลงทมาและกระบวนการผลตเกลอ จะเหนไดวาแหลงทมาของ

เกลอทยงมการใชงานอย ประกอบดวย น าเคมจากทะเลหรอน าเคมจากแหลงธรรมชาตและแหลงแรเกลอหน ซงวธการผลตทมใหเหนในปจจบนนน หากเปนน าเคมทไดจากทะเลจะใชวธการระเหยน าดวยแสงอาทตยหรอเรยกวาการท านาเกลอ สวนน าเคมทไดจากแหลงน าธรรมชาตกมทงการระเหยดวยแสงอาทตยและการตมระเหย ในขณะทการผลตเกลอจากแรเกลอหนนนจะตองมกระบวนการละลายกอนจากนนจงจะท าการตมระเหย โดยสวนใหญแลวการผลตเกลอในอตสาหกรรมขนาดใหญ จะใชการตมระเหยภายในถงและมกระบวนการทควบคมคณภาพการผลตเกลอเปนอยางด

8

2.1.2 การผลตเกลอในประเทศไทย ส าหรบการผลตเกลอในประเทศไทยนน มการผลตเกลอจากแหลงเกลอ 2 แหลง

ไดแก น าทะเลและแรเกลอหน โดยจะเรยกเกลอจากน าทะเลวาเกลอสมทร และเกลอทไดจากแรเกลอหนจะเรยกวาเกลอสนเธาว ซงรายละเอยดของการผลตเกลอสมทรและเกลอสนเธาวมดงน

1) เกลอสมทร เปนเกลอทไดจากการน าเอาน าทะเลขนมาตากแดดเพอใหน าระเหยจนเหลอแตผลกเกลอหรอทเรยกวา “การท านาเกลอ” โดยบรเวณทเหมาะส าหรบการท านาเกลอตองมลกษณะเปนทราบ สภาพดนเปนดนเหนยว สามารถอมน าได เพอปองกนน าเคมซมลงใตดน ซงการท านาเกลอจากน าทะเลนนมมาตงแตในอดตจนถงปจจบนและแหลงผลตเกลอสมทรทส าคญไดแก จงหวดเพชรบร สมทรสาคร และสมทรสงคราม โดยฤดกาลของการท าเกลอสมทรคอชวงตนเดอนพฤศจกายนถงประมาณกลางเดอนพฤษภาคมของปถดไป ส าหรบผลผลตของเกลอสมทรโดยเฉลยทวประเทศมประมาณปละ 990,000 ตน ซงราคาของเกลอสมทรนนจะเคลอนไหวขนลงตามอปสงคและอปทาน โดยเกลอสมทรนนเปนสนคาทมทงการน าเขาและสงออกไปยงตางประเทศ โดยเฉลยแลวจะมการน าเขาเกลอสมทรปละ 7,383.5 ตน ซงประเทศไทยสงน าเขาเกลอจากเวยดนาม ออสเตรเลยและมาเลเซย ในขณะทการสงออกเกลอสมทรของไทยมมานานแลว แตเนองจากมคแขงทเพมขน ท าใหเฉลยแลวมการสงออกเกลอประมาณปละ 1,900 ตน โดยสงไปยงมาเลเซยและสหรฐอเมรกา (คณะอนกรรมการจดการความรเพอผลประโยชนแหงชาตทางทะเล , 2010) และส าหรบราคาของเกลอสมทรในป 2558 นนอยท 3,000 บาทตอตน ซงจากเดมป 2557 ราคาเกลอสมทรจะอยท 2,000 - 2,500 บาทตอตน (ประชาชาตธรกจออนไลน, www, 2558)

2) เกลอสนเธาว เปนเกลอทพบมากในแถบภาคตะวนออกเฉยงเหนอและภาคเหนอของประเทศไทย ซงการผลตเกลอสนเธาวของภาคตะวนออกเฉยงเหนอมทมาทนาสนใจ เนองจากมหลกฐานทแสดงถงแหลงของเกลอสนเธาวขนาดใหญ ซงมขอสนนษฐานถงแหลงเกลอสนเธาววา เมอหลายลานปกอนภาคอสานอาจเคยเปนทะเลหรอเคยถกน าทะเลไหลเขาทวมตลอดทงภาค เมอแผนดนบรเวณนมการยกตวสงขน จงท าใหน าทะเลบางสวนลดถอยลงและไหลกลบสทะเล แตยงมน าทะเลบางสวนทไหลกลบไมได เนองจากมการยกตวของพนดนและกกน าทะเลไวจนเกดเปนทะเลสาบน าเคม เมอน าทะเลแหงลงจงเกดเปนตะกอนของเกลอและแรธาตตาง ๆ ทจมลงส กนทะเลสาบ และเมอเกดการเปลยนแปลงทางธรณวทยาจงท าใหเกดเปนเทอกเขาภพานขน ซงการยกตวของเทอกเขาภพานในตอนกลางของภาคอสาน ท าใหเกดการแบงดนแดนเปนสองสวนทมลกษณะคลายกบแอง ไดแก แองทางเหนอหรอทเรยกวา “แองสกลนคร” และแองทางใตเรยกวา “แองโคราช” ซงน าทะเลทถกกกไวบรเวณน ประกอบกบสภาพภมอากาศทแหงแลงและฝนตกนอย

9

จงท าใหน าทะเลแหงจนตกตะกอนเปนเกลอและแรโพแทชสะสมบนชนดนและชนหน ส าหรบชนเกลอหนและโพแทชนนจะพบใน “หมวดหนมหาสารคาม” ดงรปท 2.1

รปท 2.1 ล าดบชนหนของหมวดหนมหาสารคาม (บวอน, www, 2009)

โดยชนเกลอหนและโพแทชจะถกปดกนดวยชนหนทราย หนทรายแปงและหนดนดานของ “หมวดหนภทอก” ทชวยปองกนการถกละลายดวยน าบนผวดน สวนหนทรองรบชนเกลอหนและโพแทชอยทางดานลางจะเปนหนทรายและหนกรวดมนของ “หมวดหนโคกกรวด” ในป พ.ศ. 2516 มการส ารวจเกลอหนและโพแทชทงแองเหนอและแองใต พบวาเกลอหนม 3 ชน ไดแก เกลอชนบน เกลอชนกลางและเกลอชนลาง โดยมชนดนเหนยวคนระหวางชนเกลอเอาไว ในป พ.ศ. 2526 มการส ารวจถงปรมาณเกลอส ารองในภาคอสานของกรมธรณวทยา จากการส ารวจพบวา มแรเกลอหน

10

อยางนอย 18 ลานลานตน รองลงมา ไดแก แรโพแทชประมาณ 4.07 แสนลานตนและแรแมกนเซยมประมาณ 2 แสนลานตน

ส าหรบการผลตเกลอสนเธาวในอดตนน จากรองรอยของอารยธรรมทมมาอยางตอเนองกวา 2,000 ป ท าใหมขอสนนษฐานวา “บอพนขน” ซงตงอยใจกลางทงกลา จงหวดรอยเอด เคยเปนบอนาเกลอสนเธาวขนาดใหญในภาคอสาน เนองจากเปนแหลงอารายธรรมชมชนขนาดใหญ ทมการตมเกลอมาตงแตพทธศตวรรษท 16 เพอสงขายและแลกเปลยนกบชมชนรอบ ๆ ซงในอดตนน การผลตเกลอสนเธาวจะเปนการท าแบบพนบานเปนภมปญญาทซบซอนดวยรายละเอยดทสบทอดกนมา ทเรยกวา “การตมเกลอ” คอการน าน าเกลอหรอการน าเอาดนเคมมาละลายน าแลวน าไปตมเพอใหเกลอตกผลก แตในบางพนทมกการผลตเกลอสนเธาวดวยวธการท านาเกลอสนเธาว แตในปจจบนการผลตเกลอดวยวธนลดนอยลงไป แตกยงมใหเหนอยบางในปจจบน เชน การผลตเกลอสนเธาวในจงหวดนาน ซงเปนบอเกลอบนภเขาแหงเดยวในโลก

ส าหรบสถานการณการผลตเกลอในประเทศไทยในปจจบนมการขยายตวมากขน เนองจากประเทศไทยมแหลงเกลอทสามารถผลตเกลอไดตามความตองการทมากขน จากการคาดการณถงโอกาสของไทยกบอตสาหกรรมเกลอในอาเซยนจากศนยวจยเศรษฐกจและธรกจ รายงานวา ในการท าเหมองแรโพแทชขนในประเทศไทยนน จะท าใหไดเกลอเปนผลพลอยได ซงจะสงผลใหไทยขนเปนผสงออกเกลอรายใหญในภมภาคอาเซยน ในป 2557 มการสงออกเกลอสงถง 126,543 ตน โดยสงออกไปยงกลมประเทศอาเซยน อาทเชน มาเลเซย 20% เมยนมา 18% กมพชา 14% และฟลปปนส 9% และถงแมวาประเทศไทยสามารถผลตเกลอและใชเกลอไดอยางสมดล แตกมการน าเขาทสงขน โดยในป 2557 ประเทศไทยมการน าเขาเกลอจากตางประเทศถง 47,452 ตน (เลศพงศ ลาภชวะสทธ, www, 2015) จากความเจรญกาวหนาและการเตบโตของเศรษฐกจสงผลใหกระบวนการผลตเกลอในประเทศไทยมการพฒนาขน โดยปจจบนการผลตเกลอจะใชวธการท าเหมองละลายเกลอหนและน าน าเคมมาตมระเหยในถงปด ซงเปนวธการทสามารถควบคมคณภาพของเกลอไดเปนอยางด ในขณะทบทบาทของการท านาเกลอตอการผลตเกลออาจจะลดลง เนองจากกอใหเกดปญหาทางสงแวดลอม อาท ท าลายระบบนเวศของสตวน า สรางความเสยหายแกตนขาวในนาและกอใหเกดปญหาดนเคมเปนบรเวณกวางขน สวนการตมเกลอตามวถชาวบานยงคงมอย ซงเปนการผลตเกลอเพอบรโภคและคาขายตามชมชนขนาดเลก

2.1.3 สมบตของเกลอ เกลอเปนสารประกอบไอออนก (Ionic compound) เมอถกละลายจะแตกตวเปน

ไอออนบวกและไอออนลบ โดยตวอยางของเกลอชนดตาง ๆ มดงน เกลอแกงหรอโซเดยมคลอไรด (NaCl) แคลเซยมคารบอเนต (CaCO3) โพแทซเซยมคลอไรด (KCl) แมกนเซยมซลเฟต (MgSO4)

11

และแมกนเซยมคลอไรด (MgCl2) ส าหรบค าวาเกลอในงานวจยน หมายถงโซเดยมคลอไรดหรอ NaCl ทประกอบดวยไอออนโซเดยม (Na+) เปนไอออนบวก (Cation) และไอออนคลอไรด (Cl-) เปนไอออนลบ (Anion) ซงลกษณะผลกของ NaCl เปนแบบลกบาศก (Cubic) โดยเกลอบรสทธจะมสขาว เมอเกลอละลายในน าจะกลายเปนสารละลายอเลกโทรไลต (Electrolyte) ซงสามารถน าไฟฟาได (มหาวทยาลยรามค าแหง, www, ม.ป.ป)

เกลอ NaCl มมวลโมเลกลเทากบ 58.443 มจดหลอมเหลวและจดเดอดเทากบ 800.7 และ 1,465 ºC ตามล าดบ ถาอยในสถานะสารละลาย NaCl อมตวจะมจดเดอดเทากบ 108.7 ºC ซงคาความหนาแนนของผลกเกลอเทากบ 2.17 g/mL ส าหรบความสามารถในการละลายของเกลอในน าทอณหภม 25 ºC จะเทากบ 36.0 กรมตอน า 100 กรม แตจะละลายไดเลกนอยในเอทานอล ส าหรบความหนาแนนของสารละลาย NaCl จะขนอยกบอณหภมและความเขมขน โดยมคาอยในชวง 0.965-1.149 g/mL และมคา pH ในชวง 6.7-7.3 ซงม คาเปนกลาง (Kaufmann, 1960; PubChem, www, n.d.)

นอกจากสมบตทวไปของเกลอแลว อกหนงสมบตของเกลอทนาสนใจคอพฤตกรรมการละลายของเกลอในน าเทยบกบการละลายของน าตาล เนองจากเกลอเปนสารประกอบไอออนก เมอถกละลายดวยน าจะเกดการแตกตวเปนไอออน Na+ แล Cl- ซงแตละไอออนจะถกโมเลกลของน าเขาไปลอมไว โดยทโมเลกลของน าจะหนดานบวกใหกบไอออน Cl- ทมประจลบ และหนดานลบใหกบไอออน Na+ ทมประจบวก ซงพฤตกรรมของโมเลกลน าทเขาไปลอมรอบไอออน Na+ และ Cl- เอาไวนน จะเกดเปนชนของน าทเรยกวา “Hydration shell” ขน ซงชนทสรางขนจะปองการกนสรางพนธะระหวางโซเดยมและคลอไรดจงท าใหเกลอละลายในน า ดงแสดงในรปท 2.2 ซงสารละลายโซเดยมคลอไรดจะถกเรยกวา “Non-molecular solution” หมายถงสารละลายทโมเลกลของสารแตกตวเปนไอออน ในขณะทน าตาลซงมสตรทางเคมคอ C12H22O11 เมอละลายในน าจะไมแตกตวเปนไอออน แตจะแยกตวออกเปนโมเลกลขนาดเลกแทน ซงสารละลายนมกถกเรยกวา “Molecular solution” โดยลกษณะการละลายของน าตาลในน าแสดงในรปท 2.3

12

รปท 2.2 พฤตกรรมการละลายของเกลอ (NaCl) ในน า (Surfguppy, www, n.d.; kmacgill, www, n.d.)

รปท 2.3 พฤตกรรมการละลายของน าตาล (C12H22O11) ในน า (Surfguppy, www, n.d.; kmacgill, www, n.d.)

2.1.4 การใชประโยชนจากเกลอโซเดยมคลอไรด ในปจจบน นอกจากจะใชเกลอในการปรงรสและใชในอตสาหกรรมอาหารแลว

เกลอยงเขาไปมบทบาทส าคญในภาคอตสาหกรรมอน ๆ เชน อตสาหกรรมฟอกยอม อตสาหกรรมกระดาษ อตสาหกรรมผลตสารท าความสะอาด และอตสาหกรรมการเกษตร เปนตน โดยทเกลอโซเดยมคลอไรด (NaCl) เปนสารตงตนทส าคญในการผลตกาซคลอรน (Cl2) สารละลายโซเดยม ไฮดรอกไซด (NaOH) และกาซไฮโดรเจน (H2) ทเกดจากกระบวนการแยกดวยไฟฟาหรอทเรยกวา

13

กระบวนการคลอร-อลคาไล (Chlor-alkali process) รวมทงเกลอถกใชเปนสารตงตนในการผลตโซดาแอชหรอโซเดยมคารบอเนต (Na2CO3) ดวยกระบวนการโซลเวย (Solvay process)

ส าหรบกระบวนแยกสารละลายเกลอดวยไฟฟาหรอกระบวนการคลอร-อลคาไล แบงไดเปน 3 ประเภท ไดแก การใชเซลลเยอแลกเปลยนไอออน การใชเซลลไดอะแฟรม และ การใชเซลลปรอท ซงการใชเยอแลกเปลยนไอออนในการผลตสารละลาย NaOH ดวยกระแสไฟฟา แสดงในรปท 2.4

รปท 2.4 การผลตสารละลาย NaOH ดวยเยอแลกเปลยนไอออน (Japan soda industry association, www, n.d.)

จากรปท 2.4 เมอเตมสารละลาย NaCl อมตวและบรสทธลงไปทางดานแอโนด (Anode) และผานกระแสไฟฟาลงไปในสารละลาย จะท าใหไอออน Na+ เค ลอนทผานเยอแลกเปลยนไอออนไปยงดานแคโทด (Cathode) ซงเยอไอออนแลกเปลยนจะยอมใหเพยงไอออนบวกเทานนทผานได สวนไอออน Cl- จะยงอยทางดานแอโนด เมอเกดการเสยอเลกตรอน จะเกดเปนกาซ Cl2 ออกมา ดงสมการตอไปน

- -22Cl (aq) Cl (g) + 2e (2-1)

14

สวนทางดานแคโทด น าจะรบอเลกตรอนแลวเกดปฏกรยา ดงสมการ (2-2)

- -2 22H O (l) + 2e 2OH (aq) + H (g) (2-2)

ซงทางดานแคโทดจะมกาซ H2 และไฮดรอกไซด (OH-) เกดขน ซง OH- ทเกดขนจะรวมตวกบ Na+ เกดเปนสารละลาย NaOH ส าหรบกาซ Cl2 ทเกดขนทางดานแอโนดและกาซ H2

เกดขนทางดานแคโทด จะไมสามารถผานเยอแลกเปลยนไอออนได จงไมเกดการผสมกนระหวางกาซ Cl2 และกาซ H2 ส าหรบสารเคมตาง ๆ ทเกดขนในกระบวนการคลอร-อลคาไล สามารถน าไปใชประโยชนไดอยางหลากหลาย เชน กาซ Cl2 ใชในการผลตสารฆาเชอและสารท าความสะอาด ใชในการผลตกรด HCl และการผลตพลาสตก สวนสาร NaOH ใชในการผลตสบ ใชในการก าจดมลภาวะในน า หรอใชในโรงงานผลตกระดาษ ส าหรบกาซ H2 สามารถใชในการผลตกรด HCl และใชเปนพลงงานทดแทนได

ส าหรบกระบวนการผลต Na2CO3 ดวยวธการโซลเวยนน เปนกระบวนการทใชเกลอ NaCl และ CaCO3 เปนสารตงตน ดงแสดงในรปท 2.5 โดยมผลพลอยไดจากกระบวนการนคอสารแคลเซยมคลอไรด (CaCl2) กระบวนการโซลเวยมทงหมด 4 ขนตอน ซงปฏกรยาทเกดขนในแตละขนตอนและปฏกรยารวมทงหมดของกระบวนการมดงน (Wikipedia, www, n.d.)

ขนตอนท 1 : 2 3 2 3 4NaCl (aq) + CO (g) + NH (g) + H O (l) NaHCO (s) + NH Cl (aq) (2-3)

ขนตอนท 2 : 3 2CaCO (s) CO (g) + CaO (s) (2-4)

ขนตอนท 3 : 4 3 2 22NH Cl (aq) + CaO (s) 2NH (g) + CaCl (aq) + H O (l) (2-5)

ขนตอนท 4 : 3 2 3 2 22NaHCO (s) Na CO (s) + H O (g) + CO (g) (2-6)

ปฏกรยารวม : 3 2 3 22NaCl (aq) + CaCO (s) Na CO (s) + CaC l (aq) (2-7)

15

รปท 2.5 กระบวนการผลต Na2CO3 ดวยกระบวนการโซลเวย (Solvay process) (Wikipedia, www, n.d.)

2.2 กระบวนการผลตเกลอในระดบอตสาหกรรม ถงแมวาเทคโนโลยทใชในกระบวนการผลตเกลอในปจจบนจะมการพฒนาใหทนสมยมากขน แตขนตอนและวธการยงคงเหมอนเดม โดยขนตอนหลก ๆ ของกระบวนผลตเกลอประกอบดวย กระบวนการท าบรสทธน าเกลอ กระบวนการตมระเหยและตกผลก กระบวนการปนเหวยงและอบแหง กระบวนการบรรจและจ าหนาย โดยกระบวนการท าบรสทธน าเกลอเปนกระบวนการทก าจดสงเจอปนในน าเกลอ ไมวาจะเปนไอออนตาง ๆ เชน Ca2+ และ Mg2+ หรอแมกระทงดนทปนมากบน าเกลอ ซงสงเจอปนทมากบน าเกลอจะขนอยกบแหลงทมาของน าเกลอ เมอน าเกลอผานกระบวนการท าบรสทธแลวจะถกปอนเขาสกระบวนการตมระเหยและตกผลก จากนนผลกเกลอจะถกแยกออกจากน าเกลอดวยกระบวนการปนเหวยงและอบแหง เพอไลความชนออกจากผลกเกลอกอนจะเขาสกระบวนการบรรจและจ าหนาย ดงแสดงในรปท 2.6

16

รปท 2.6 แผนผงแสดงขนตอนการผลตเกลอ

2.2.1 แหลงน าเกลอดบ ในปจจบน แหลงของน าเกลอดบหรอน าเคม (Brine) ทนยมน ามาใชในการผลตเกลอ

แบงออกไดเปน 4 ประเภท ดงน (Kaufmann, 1960) 1) น าเคมทไดจากการละลายชนเกลอหนใตดน เปนน าเกลอทไดจากการอดน าลงไป

ทชนเกลอหนใตดน เพอละลายเกลอใหเปนน าเกลอเขมขนกอนจะท าการสบขนมาเพอท าการผลตเกลอตอไป โดยการผลตน าเกลอดวยวธน จะตองมการค านวณถงขนาดโพรงเกลอ เพราะเมอใชงานจนโพรงเกลอมขนาดทใหญเกนไป อาจท าใหดนบรเวณนนเกดการยบตวได ซงวธทนยมท าเพอปองกนการทรดตวของดนคอการอดน าหรอน าขมทเกดจากกระบวนการผลตเกลอลงไปเพอตานน าหนกของดนไว

2) น าเคมจากการน าแรเกลอหนขนมาละลาย เปนการขดเจาะอโมงคลงใตดน เพอน าเอาเกลอจากชนแรเกลอหนขนมาละลาย ซงเหมาะกบอตสาหกรรมขนาดใหญ แตในประเทศไทยยงไมพบการด าเนนการผลตเกลอดวยวธน

3) น าเคมจากชนใตดน เปนแหลงน าเคมตามธรรมชาตทอยใตดน ซงสามารถทจะสบขนมาใชในการผลตเกลอไดเลย โดยไมตองท าการละลายหรอท าการขดเจาะชนเกลอหน

4) น าทะเล เปนแหลงน าเคมทมอยตามธรรมชาตและเปนแหลงน าเกลอขนาดใหญ เนองจากแหลงของน าทะเลทวโลกมอยมาก แตถงแมวาน าทะเลจะมความเคมเฉลยเพยงรอยละ 3.5 โดยมวล แตกนบวาเปนแหลงน าเคมทส าคญส าหรบผลตเกลอ

17

2.2.2 กระบวนการท าบรสทธน าเกลอ ในการท าบรสทธน าเกลอเพอก าจดหรอแยกสงเจอปนในน าเกลอ มมากมายหลายวธ

ขนอยก บชนดและปรมาณของสงเจอปน ส าหรบวธการทนยมใชในการท าบรสทธน าเกลอเพอก าจดกลมไอออนเจอปนคอวธการทางเคม โดยการเตมสารเคมใหเขาท าปฏกรยากบไอออนเจอปน และเกดการตกตะกอน ซงตะกอนทเกดขนจะตองมกระบวนการทเหมาะสมเพอแยกตะกอนออกจากน าเกลอและท าใหไดน าเกลอทบรสทธขน

1) การท าบรสทธน าเกลอดวยวธทางเคม คอการท าบรสทธน าเกลอดวยการใชสารเคม โดยสารเคม ทนยมใช ไดแก สาร NaOH สาร Na2CO3 สารแคลเซยมไฮดรอกไซด (Ca(OH)2) และกาซคารบอนไดออกไซด (CO2) โดยสารเหลานจะไปท าปฏกรยากบสารเจอปน อาทเชน ไอออน Ca2+ และ Mg2+ เมอไอออนทงสองท าปฏกรยากบสารเคมทเตมลงไป จะเกดเปนของแขงและตกตะกอนลงสดานลางของถงผสม โดยขนตอนการบ าบดน าเกลอดวยสารละลาย Na2CO3 และสารละลาย NaOH แสดงในรปท 2.7 (Austin, 1984)

รปท 2.7 การท าบรสทธน าเกลอดวยสารละลาย Na2CO3 และสารละลาย NaOH

ส าหรบน าเกลอดบทมไอออน Ca2+ และ Mg2+ เปนไอออนเจอปนนน ไอออนทงสองอาจอยในรปของสารละลาย CaSO4 MgSO4 CaCl2 และ MgCl2 ซงในการท าบรสทธน าเกลอดบดวยการเตมสารเคมตาง ๆ ลงในน าเกลอ จะสามารถก าจดไอออนทงสองออกมาในรปของตะกอน CaCO3 และ Mg(OH)2 โดยมปฏกรยาเคมทเกดขนดงน

2 3 4 2 4 3Na CO (aq) + CaSO (aq) Na SO (aq) + CaCO (s) (2-8)

18

4 2 4 22NaOH (aq) + MgSO (aq) Na SO (aq) + Mg(OH) (s) (2-9)

4 2 4 2MgSO (aq) + Ca(OH) (aq) CaSO (aq) + Mg(OH) (s) (2-10)

2 4 2 4Na SO (aq) + Ca(OH) (aq) 2NaOH (aq) + CaSO (aq) (2-11)

2 4 2 4 2

3

2NaOH (aq) + CO (g) + CaSO (aq) Na SO (aq) + H O (l)

+ CaCO (s)

(2-12)

นอกจากน CO2 นบวามความส าคญตอการตกตะกอนของ CaCO3 และ Mg(OH)2 ดวย ซงมงานวจยของ Al-Rawajfeh et al. (2005) ทไดอธบายวา การเกดตะกรนจะขนอยกบอณหภม คา pH และอตราการสญเสยกาซ CO2 ซง CO2 ทสญเสยไปเนองจากการตมระเหยน าเกลอ จะท าใหคา pH ของน าเกลอสงขน เนองจากไอออนไบคารบอเนต (HCO3

-) มการเปลยนรปเปนคารบอเนต (CO3

2-) และไฮดรอกไซด (OH-) มากขน ดงสมการ (2-13) และ (2-16) ซงจะสงผลใหน าเกลอมสภาวะอมตวมากพอ จนสามารถท าปฏกรยากบไอออน Ca2+ และ Mg2+ และเกดเปนตะกอน CaCO3

และ Mg(OH)2 ตกตะกอนออกมาได แตถาหากในน าเกลอมการลดคาความเขมขนไอออนแลว แนวโนมของการตกตะกอนและแนวโนมของการเกดตะกรนกจะลดลง ถงแมจะมการสญเสยกาซ CO2 ในกระบวนการตมระเหยกตาม

- 2-3 2 3 22HCO (aq) CO (g) + CO (aq) + H O (l) (2-13)

2- -3 2 2CO (aq) + H O (l) CO (g) + 2OH (aq) (2-14)

2+ 2-3 3Ca (aq) + CO (aq) CaCO (s) (2-15)

2+ -2Mg (aq) + 2OH (aq) Mg(OH) (s) (2-16)

19

2) การแยกตะกอนออกจากน าเกลอ เปนการแยกตะกอนทเกดขนจากกระบวนก าจดไอออนเจอปนดวยวธทางเคม ซงโดยสวนใหญ เปนตะกอนของ CaCO3 และ Mg(OH)2 โดยตะกอนจะมลกษณะสขาวและแขวนลอยอยในน าเกลอ ซงตะกอนทเกดขนจะถกแยกออกจากน าเกลอกอนทจะสงน าเกลอเขาไปเกบไวในถงพก ส าหรบขนตอนในการก าจดสารแขวนลอย ไดแก การท าใหใสและการกรอง (ณรงค วทธเสถยร, 2540)

2.1) การท าใหใส (Clarification) คอกระบวนการทสารแขวนลอยหรอตะกอนเกดการรวมตวและเกดการตกตะกอน ถาหากสารเจอปนทอยในของเหลวมขนาดใหญจะตกตะกอนไดงาย แตถาหากมขนาดเลกมากจะตองมการเตมสารเคมเพอชวยในการตกตะกอน

(1) การรวมตว (Flocculation) ฟลอกเกดจากการรวมตวกนของอนภาคขนาดเลก ๆ หากมขนาดใหญพอกจะตกตะกอนไดเรว แตถายงมขนาดเลกอยกจะตกตะกอนไดชา ซงแนวทางในการแกปญหาดงกลาวกคอการกวนชา โดยการกวนชาจะเปนการเพมโอกาสใหฟลอกเลก ๆ จบตวรวมกนเปนกอนใหญขน แตหากกวนแรงเกนไปจะท าใหฟลอกแตกได จงมการเตมสารเคมเพอชวยเรงใหการตกตะกอนเกดขนไดอยางรวดเรว โดยสารเคมทใชคอ สารเคมจ าพวก Polymer หรอ Polyelectrolytes ซงเปนพวก Flocculants ทจะชวยเพมอตราการรวมตวเปนฟลอกขนาดใหญขนและเพมประสทธภาพในการตกตะกอนดวย สารเหลาน ไดแก Polyacrylamides Polyamine Polyacrylates และ Polyethyleneimine โดยสารเหลานมโครงสรางเปนรางแหและโมเลกลมขนาดใหญ สามารถแตกตวในน าได เมอแบง flocculant ตามการแสดงประจไฟฟาสามารถแบงไดเปน 4 ชนด คอ ประจลบ (Anionic) ประจบวก (Cationic) มท งประจบวกและลบ (Ampholytic) และไมแสดงประจไฟฟา (Non-ionic) ส าหรบรปท 2.8 ไดแสดงถงโครงสรางของสาร Polyacrylamides ซงเปนตวอยางของสารรวมตะกอน โดยลกษณะการรวมตวกนของฟลอก เมอมการเตมสารรวมตะกอนหรอพอลเมอร แสดงในรปท 2.9

รปท 2.8 สตรโครงสรางของ Polyacrylamides (The Editors of Encyclopædia Britannica, www, n.d.)

20

รปท 2.9 การรวมตวของฟลอกเมอใส Polymer (TutorVista, www, n.d.)

ส าหรบปจจยทมผลตอการจบและรวมตวเปนฟลอก ไดแก ความเปนกรด-ดาง เกลอแรตาง ๆ สมบตความขน ชนดของสารชวยเรงตกตะกอน อณหภม การกวน และอตราการเกดฟลอก

(1.1) ความเปนกรด-ดาง ส าหรบคา pH ทเหมาะสมในการตกตะกอนโดยใชสารรวมตะกอนแตละชนดจะมคาแตกตางกน ยกตวอยางเชน สารสมจะมคา pH ทเหมาะสมในการตกตะกอนอยในชวง 6 - 7.8 หากในสารละลายมคา pH อยนอกชวงทเหมาะสมกจะสงผลใหการตกตะกอนเกดไดชา

(1.2) เกลอแรตาง ๆ หากในของเหลวมอนมลของซลเฟตหรอฟอสเฟต จะมผลท าใหประสทธภาพในการจบตวเปนฟลอกเปลยนแปลงไป ซงผลของไอออนชนดตาง ๆ ตอการจบตวเปนฟลอก จะท าใหเกดการเปลยนแปลงดงน

- เปลยนแปลงชวง pH ทเหมาะสมในการเกดฟลอก - เปลยนแปลงระยะเวลาในการเกดฟลอก - ปรมาณของสารเคมชวยตกตะกอนส าหรบการเกดฟลอกจะเปลยนแปลงไป - ปรมาณสารเคมชวยตกตะกอนทเหลอในน าเปลยนแปลงไป

(1.3) คณสมบตของความขน ถาหากของเหลวมความขนมาก การเตมสารชวยเรงตกตะกอนเพยงเลกนอยกสามารถท าใหตกตะกอนไดอยางรวดเรว เนองจากอนภาคตาง ๆ จะมาชนกนและจบตวกนมากขน

(1.4) ชนดของสารชวยเรงตกตะกอน สารเคมทใชในการตกตะกอนตองเปนสารเคมทไมเปนพษหรอไมอนตรายตอการบรโภค ซงชนดของสารและปรมาณทใชขนอยกบสภาพของของเหลวนน ๆ

21

(1.5) อณหภม ถาอณหภมของของเหลวลดลงจะท าใหความหนดเพมขน ซงสงผลใหอตราการตกตะกอนของฟลอกชาลงดวย นอกจากน การลดลงของอณหภม ยงท าใหอตราการเกดปฏกรยาตาง ๆ ของสารเคมตาง ๆ ในของเหลวลดลงดวย

(1.6) การกวน ส าหรบการกวนเรวมกนยมใชเมอมการเตมสารชวยเรงตกตะกอน เพอใหสารเคมกระจายตวและเพมโอกาสในการชนกนของอนภาคเพอใหเกดเปนฟลอกมากขน สวนการกวนชาจะใชส าหรบการรวมตวของฟลอกขนาดเลกใหจบกนไดมากขน หากใชการกวนเรวหลงจากทเกดฟลอกแลวนนจะท าใหฟลอกเกดการแตกตวได

(1.7) อตราการเกดฟลอก ถาหากของเหลวมความขนนอยหรอมสารแขวนลอยนอยจะท าใหอตราการเกดฟลอกนอยและตกตะกอนชา เนองจากโอกาสในการชนกนของอนภาคมนอย ดงนนในการแกปญหาน จงมกมการน าเอาตะกอนทตกแลวสวนหนงหมนเวยนเขามาใชเพอเพมโอกาสทอนภาคและฟลอกจะชนกนไดมากขน

(2) การตกตะกอน (Sedimentation) จดประสงคในการตกตะกอน กเพอจะลดปรมาณความขนในของเหลวกอนเขาเครองกรอง เพอลดภาระของเครองกรองไมใหมมากเกนไป ซงการตกตะกอนเกดจากแรงดงดดของโลกทกระท าตออนภาคทมความหนาแนนมากกวาน า โดยความเรวในการจมตว (Settling velocity) จะคงทและขนอยกบขนาด รปราง ความหนาแนนของอนภาค และความหนดของของเหลว ซงลกษณะการไหลของของเหลวในถงตกตะกอนจะเปนแบบไหลขน เพอใหของเหลวใสไหลออกทางรางน าลน สวนตะกอนจะตกสวนทางกบทศทางการไหล ถาหากตะกอนใดมความเรวจมตวมากกวาอตราการไหลลน จะท าใหตะกอนตกลงไดหมด นอกจากน ยงมถงตกตะกอนแบบน าตะกอนหมนเวยนกลบ ซงมการรวมเอาถงผสมเรว ถงกวนชา และถงตกตะกอนเขาไวดวยกน ซงนอกจากจะชวยใหการจบตวและการรวมตวของฟลอกเกดในบรเวณทมตะกอนเกาอยมากแลว ยงท าใหตะกอนใหมตกไดเรวขน

ในการออกแบบการตกตะกอนนน นยมตกตะกอนในทอเอยงหรอแผนเอยง เนองจากมการคนพบวาอนภาคจะตกตะกอนในทอเอยงหรอแผนเอยงไดดกวาการตกตะกอนในแนวดง เพราะตะกอนทตกในแนวดงจะมแรงตานของของเหลวมาก ท าใหตกตะกอนไดชาลง สวนในทอเอยงตะกอนตกลงมาดวยระยะทางสน ๆ กจะกระทบกบผนงของทอเอยงแลว ซงแรงตานทานของน าจะเกดนอยกวามาก เพราะน าจะแทรกตวออกทางดานขางของอนภาค ไมปะทะกนโดยตรงในแนวเดยวกน จากพฤตกรรมการตกตะกอนของอนภาคในทอเอยง แสดงในรปท 2.10 เมอตะกอนตกมารวมกนทผนงทอมากขนกจะคอย ๆ ไหลตกลงสดานลางไดโดยงาย

22

รปท 2.10 พฤตกรรมการตกตะกอนของอนภาคในทอเอยง (Wikipedia, www, n.d.)

นอกจากน ประสทธภาพของถงตกตะกอนขนอยก บระยะความลกและอตราการไหลลน ซงในทอเอยงนนจะมสภาพการไหลแบบราบเรยบ ไมมกระแสทปนปวนมารบกวน จงสงผลใหอนภาคตกตะกอนไดเรว ซงลกษณะของแผงทอเอยงแสดงในรปท 2.11

รปท 2.11 ลกษณะของแผงทอเอยง (Same Company Limited, www, n.d.)

23

2.2) การกรอง (Filtration) เปนกระบวนการทางกายภาพและทางเคมส าหรบการแยกสารแขวนลอยทมสภาพเปน Suspended solid หรอเปนตะกอนทเกดจากผลของกระบวนการจบตวและรวมตวของตะกอน ซงกลไกของการกรองมอย 2 แบบ คอ การกรองแบบ Deep-bed filtration และการกรองแบบ Cake filtration ดง รปท 2.12 ซงการกรองแบบ Cake filtration ของเหลวจะตองมแรงดนมากพอทจะไหลผานชนสารกรองได ส าหรบการกรองแบบ Deep-bed เกดขนเมอน าไหลผานชนสารกรอง (Filter bed) ทมลกษณะพรนเปนชองวางส าหรบดกจบอนภาคตาง ๆ เมออนภาคถกดกจบจนเตมชองวางแลว กจะเกดเปนชนตะกอน (Cake) อยบนผวหนาของชนสารกรอง ซงจะท าหนาทเปนชนกรองไปดวย เมอมชนตะกอนหนาขนจะท าใหเกดการไหลผานไดยากขน จงตองมการเปลยนชนสารกรองหรอท าการลางกลบเพอท าความสะอาดชนสารกรอง

รปท 2.12 กลไกการกรองแบบ Deep-bed และแบบ Cake (ณรงค วทธเสถยร, 2540)

2.2.3 การตมระเหยและการตกผลก กระบวนการตมระเหยและตกผลกเปนกระบวนการทส าคญในการผลตเกลอ เพราะ

การเลอกใชเทคนคทแตกตางกนจะท าใหไดเกลอทมความบรสทธและปรมาณทแตกตางกน ซงเทคนคการตมระเหยและการตกผลกทเหมาะสมจะท าใหเกดการใชทรพยากรน าเกลอทคมคา

1) ทฤษฎการตกผลก การตกผลกเปนหนงเทคนคทใชส าหรบแยกสารออกจากสารผสม โดยการท าใหสาร

นน ๆ ตกผลกออกมาเปนของแขง เทคนคนมกใชในการแยกสารทตองการความบรสทธสง ส าหรบเครองตกผลกนนมหลากหลายชนดขนอยกบการน าไปใชงาน เชน การตกผลกเพอใหผลกมขนาดใหญและมขนาดสม าเสมอ การตกผลกทไมตองการใหผลกจบกนเปนกอน และการตกผลกเพอลด

24

ปรมาณของเหลวทเจอปนในผลก เบองตนตองมการท าความเขาใจถงพฤตกรรมทางเทอรโม-ไดนามกสของตวถกละลายและตวท าละลาย หลกการของสมดลและความเสถยรของเทอรโม -ไดนามกสส าหรบระบบของแขงและของเหลว ดงรปท 2.13 เมอพจารณารปท 2.13 เสนทบคอ Solubility curve แสดงสมดลระหวางเฟสของแขงและของเหลว ซงหากอยใน Stable zone ของเหลวจะอยในสภาวะของเหลวทไมอมตวจงไมมการตกผลก แตถาหากอยต ากวา Solubility curve จะมผลกเกดขน โดยใน Metastable zone จะตองมผลกลอถงจะเกดเปนผลกขนาดใหญได แตถาสารละลายอยใน Unstable zone จะเปนสารละลายอมตวพรอมทจะเกดเปนผลกไดเองโดยไมตองมการลอผลก ดงนน เครองตกผลกจะตองด าเนนการภายใตสภาวะทต ากวาเสน Solubility curve เพราะตองการผลตสารทเปนของแขง ซงกลไกทเกดขนในการเปลยนเฟสจากของเหลวเปนของแขงม 2 กลไก คอ การเกดนวเคลยสผลก (Nucleation) และการโตของผลก (Crystals growth) (Samant and O’Young, 2006)

รปท 2.13 พฤตกรรมของเฟสของแขงและของเหลวทอธบายดวยสมดล และความเสถยรทางเทอรโมไดนามกส (Samant and O’Young, 2006)

25

1.1) การเกดนวเคลยสผลก (Nucleation) เปนการเกดขนของผลกใหม โดยผานกลไกตาง ๆ ซงกลไกของการเกดนวเคลยสผลก แบงไดเปน 2 ชนด ประกอบดวย การเกดนวเคลยสผลกปฐมภม (Primary nucleation) และการเกดนวเคลยสผลกทตยภม (Secondary nucleation) ดงแสดงอยในรปท 2.14 (Tung et al., 2009)

รปท 2.14 แผนภาพกลไกของการเกดนวเคลยสผลก (Nucleation) (Tung et al., 2009)

(1) การเกดนวเคลยสผลกปฐมภม (Primary nucleation) เปนการเกดนวเคลยสผลก โดยทไมตองมผลกของตวถกละลายอยกอนหนา แบงออกเปน 2 ชนดยอย ไดแก (ศกรนทร ปรศวงศ, 2549)

26

- การเกดนวเคลยสผลกแบบเปนเนอเดยวกน (Homogeneous nucleation) จะเกดขนเองตามธรรมชาต เปนผลเนองมาจาการเปลยนแปลงพลงงานของโมเลกลในบรเวณนน ๆในวฏภาคเอกพนธ โดยอะตอมหรอโมเลกลจะจบตวกนและกอตวเปนกลม เกดเปนผลกขนาด เลก ๆ แขวนลอยในสารละลายและหากมโมเลกลมาเกาะเพมกจะท าใหขนาดใหญขน

- การเกดนวเคลยสผลกแบบไมเปนเนอเดยวกน (Heterogeneous nucleation) เปนการเกดอนภาคของแขงหรอผลกขนาดเลกบนพนผวของวตถ เชน การเกดผลกขนาดเลกเกาะบนพนผวของอนภาคอนทแขวนลอยในสารละลายหรอพนผวของภาชนะ

(2) การเกดนวเคลยสผลกทตยภม (Secondary nucleation) เปนการเกดขนของผลกใหมจากผลกเดมทมอยแลวในสารละลายอมตวยงยวด ซงผลกใหมทเกดขนอาจเกดจากการแตกหกของผลกเดม

1.2) การเตบโตของผลก (Crystals growth) เปนขนตอนของการขยายขนาดของผลก ซงเปนขนตอนทเกดขนตอเนองจากกระบวนการเกดนวเคลยสผลก (Nucleation) ในสาร ละลายอมตวยงยวด ซงกระบวนการเตบโตของผลกเปนขนตอนทควบคมรปรางและขนาดของผลกดวย ซงการเพมขนาดของผลกถกควบคมดวย 2 กลไก คอการแพรของตวถกละลายและปฏกรยาทผวหนาผลก ซงสามารถอธบายไดตามทฤษฎของการแพร คอ สารตาง ๆ จะมการถายโอนโมเลกลจากทมความเขมขนสงไปยงต าแหนงทมความเขมขนต า ดงนน ตวถกละลายในของเหลวซงมความเขมขนสงจะมการถายโอนมวลไปยงผวหนาของผลกทมความเขมขนของตวถกละลายต ากวา โดยตวถกละลายจะเกาะบนผวหนาของผลกและเชอมตอเขากบผลกดวยปฏกรยาทผวหนาของผลก (Mullin, 1992 อางถงโดย ศกรนทร ปรศวงศ, 2549)

2) กระบวนการตกผลกและอปกรณทใชในการตมระเหย ในกระบวนการตกผลกสาร สภาวะของตวถกละลายทตองการตกผลกจะตองอย

ในสภาวะอมตวยงยวด (Supersaturation) ซงการท าใหสารอยในสภาวะอมตวยงยวด เพอชกน าใหเกดการตกผลกสามารถท าไดหลากหลายวธ ไดแก

- การตกผลกโดยการลดอณหภม (Cooling crystallization) - การตกผลกโดยการระเหย (Evaporative crystallization) - การตกผลกโดยการเตมสารตานการละลาย (Antisolvent crystallization) - การท าปฏกรยา (Reactive crystallization) ส าหรบวธการทนยมใชในการตกผลกคอการระเหย (Evaporative crystallization) ซง

ความเขมขนของตวถกละลายจะเขาสสภาวะอมตวยงยวด เมอมการระเหยของตวท าละลายจนท าใหเกดการตกผลก (Tung et al., 2009) ซงอปกรณทใชในการระเหยตวท าละลายเรยกวาหมอตมระเหย

27

หรอ Evaporator โดยทวไป Evaporator ทนยมใชมอย 5 ชนด ดงน (Perry et al., 1984 quoted in Henley et al., 2011)

2.1) Horizontal-tube evaporator เปนเครองระเหยทประกอบดวยถง (Vessel) ขนาดใหญ โดยภายในตวถงจะมกลมทอขนาดเลก (Tube bundle) ตดตงอยในลกษณะแนวนอน ซงสารทตองการระเหยจะไหลอยในรอบ ๆ กลมทอ ในขณะทสารใหความรอน เชน ไอน า จะไหลอยในกลมทอ ส าหรบหมอตมชนดนเหมาะกบสารละลายทมความหนดต าและไมตกตะกอนบนพนผวแลกเปลยนความรอน

2.2) Short-vertical-tube evaporator เปนเครองระเหยทมลกษณะตรงขามกบ Horizontal-tube evaporator เนองจากกลมทอจะวางตวในแนวดง และสารทตองการเพมความเขมขนจะไหลอยในกลมทอ สวนไอน าจะไหลอยภายนอกกลมทอ ส าหรบการเดอดภายในทอจะท าใหสารละลายมการไหลวนซงถอวาเปนการกวนเพมท าใหประสทธภาพในการถายโอนความรอนสงขน ซงเครองระเหยชนดนไมเหมาะส าหรบสารทมความหนดสงมาก

2.3) Long-vertical-tube evaporator เปนเครองระเหยทมกลมทอยาววางตวในแนวดงและมชองส าหรบแยก Vapor-Liquid โดยหลกการท างานคอจะมการปอนสารละลายเขาทางดานลางของเครองระเหยและไอน าไหลอยภายนอกกลมทอ โดยถกปอนเขาทางดานบน ส าหรบเครองระเหยชนดนจะมประสทธภาพในการแลกเปลยนความรอนสง เนองจากความเรวในการไหลของของเหลวมคาสง

2.4) Forced-circulation evaporator เปนเครองระเหยทเหมาะส าหรบสารละลายความเขมขนสง โดยในการท างานจะมการใชปมในการบงคบใหสารละลายไหลวนเขาไปในกลมทอแลกเปลยนความรอนขนไปดานบน โดยสารแลกเปลยนความรอนจะไหลอยภายนอกกลมทอ

2.5) Falling-film evaporator เครองระเหยชนดนเหมาะส าหรบใชในการเพมความเขมขนใหกบสารทไวตอความรอน เชน น าผลไม โดยหลกการท างานของเครองระเหยชนดนคอ สารละลายจะปอนเขาทางดานบนสดของเครองและไหลเขาในทอ โดยการไหลของสารละลายในทอจะมลกษณะเปนฟลมบาง ๆ เคลอบผวทอ เพอใหมการแลกเปลยนความรอนกบไอน าทอยภายนอกทอ ซงสารละลายทมความเขมขนสงขนและไอน าจะไหลออกทางดานลางของเครอง

28

รปท 2.15 ชนดของหมอตมระเหย (Evaporator) (Perry et al., 1984 quoted in Henley et al., 2011)

29

3) เทคนคการตมระเหยและตกผลกเกลอ ส าหรบเทคนคตาง ๆ ทนยมน ามาใชกระบวนการตมระเหยและการตกผลกของเกลอ

มดงน การตมระเหยภายใตสภาวะความดนบรรยากาศ (Open pan evaporation) การตมระเหยภายใตสภาวะสญญากาศ (Vacuum pan evaporation) การตมระเหยดวย Thermal vapor recompression (TVR) และการตมระเหยดวย Mechanical vapor recompression (MVR) ซงมรายละเอยดดงน

3.1) การตมระเหยภายใตสภาวะความดนบรรยากาศ (Open pan evaporation) ในการตมระเหยภายใตสภาวะความดนบรรยากาศ (Open pan evaporation) เปนวธการทตมระเหยน าในภาชนะเปด โดยลกษณะของ Open pan evaporation แสดงในรปท 2.16

รปท 2.16 หมอตมระเหยภายใตสภาวะบรรยากาศ (Open pan evaporation) (Engineers guide, www, n.d.)

3.2) การตมระเหยภายใตสภาวะสญญากาศ (Vacuum pan evaporation) ส าหรบ

การตมระเหยภายใตสภาวะสญญากาศจะชวยใหน าระเหยทอณหภมต ากวา 100 oC และขอดของการตมระเหยดวยชดหมอตมระเหยคอ ไอน าทไดจากหมอตมตวแรกจะกลายเปนแหลงพลงงานความรอนทจะใหแกหมอตมตวถดไป ซงลกษณะการท างานของหมอตมระเหยภายใตสภาวะความดนบรรยากาศและภายใตสภาวะสญญากาศแสดงในรปท 2.17

30

90 C 85 C 80 C

100 C

1 2 3

80 C/0.5 atm 60 C/0.2 atm

120 C /2 atm

1 2 3

www.shiojigyo.com

100 C/1 atm

รปท 2.17 ชดหมอตมระเหยภายใตสภาวะสญญากาศ (Vacuum pan evaporation) (The Salt Industry Center of Japan, www, n.d.)

3.3) การตมระเหยดวย Thermal vapor recompression (TVR) เปนการตมระเหยโดยการใชพลงงานความรอนจากไอน าความดนสงทไดจากการบบอดไอน าจากกระบวนการตมระเหยและไอน าจากหมอตมไอน า ซงไอน าจะถกบบอดดวย Steam driven ejector กอนทจะถกน าไปใชส าหรบใหความรอนแกหมอตมระเหย ส าหรบการท างานของการตมระเหยดวย Thermal vapor recompression แสดงในรปท 2.18 (Buss-SMS-Canzler, www, n.d.)

3.4) การตมระเหยดวย Mechanical vapor recompression (MVR) เปนการตมระเหยโดยการใชพลงงานความรอนจากไอน าความดนสงทไดจากการบบอดไอน าทไดจากกระบวนการตมระเหยเชนเดยวกบ Thermal vapor recompression (TVR) แตไอน าจะถกบบอดดวย Compressor กอนทจะถกน าไปใชส าหรบใหความรอนแกหมอตมระเหยอกครง ส าหรบการท างานของการตมระเหยดวย Mechanical vapor recompression แสดงในรปท 2.19 (Buss-SMS-Canzler, www, n.d.)

31

Ejector

รปท 2.18 หลกการท างานของการตมระเหยดวย Thermal vapor recompression (Buss-SMS-Canzler, www, n.d.)

ejector

Compressor

รปท 2.19 หลกการท างานของการตมระเหยดวย Mechanical vapor recompression (Buss-SMS-Canzler, www, n.d.)

32

2.2.4 การปนเหวยงและการอบแหง เมอผานกระบวนการตมระเหยและการตกผลกแลวจะไดออกมาเปนของผสม

ระหวางผลกของเกลอและน าเกลอ ซงของผสมนจะถกสงเขาสเครองปนเหวยง (Centrifuge) เพอท าการแยกน าเกลอออกจากผลกเกลอกอน ส าหรบเครองปนเหวยงทใชแยกของแขงออกจากของเหลวจะเรยกกวา Filtering centrifuge ซงจ าแนกได 5 ชนด ไดแก Basket Cone screen Pusher Baffle และ Inverting bag centrifuge (Tarleton and Wakeman, 2007) จากน นผลกเกลอจะถกสงไปยงเครองอบแหง (Dryer) เพอไลความชนออกจากเมดเกลอ โดยเครองอบแหงมหลายประเภท ยกตวอยาง เชน Tray dryer Screw-conveyor dryer Fluidized-bed dryer และ Drum dryer (Henley et al., 2011)

2.3 การเกดตะกรนในหมอเคยวสญญากาศ ตะกรนทพบแบงออกไดเปน 3 ประเภท คอ สารอนทรย สารอนนทรย และพวกจลชพทเปนสงมชวต ส าหรบตะกรนทเกดจากสารอนทรยเปนผลมาจากการกดกรอนของพนผวโลหะ ตาง ๆ หรอจากการท าปฏกรยาของสารตาง ๆ แลวตกตะกอนออกมา หรอเกดตะกอนแยกตวออกมาจากของเหลวเนองจากการเปลยนแปลงคณสมบตทางกายภาพบางประการ เชน การละลายไดของตวถกละลายมการเปลยนแปลงเมออณหภมและความดนเปลยนแปลง มการระเหยของน าจนท าใหความเขมขนของสารกอตะกรนสงขนและกอตวเปนตะกรน หรอเกดจากการตกตะกอนของสารแขวนลอยทอยในน า

2.3.1 หลกการเกดตะกรน ในหมอเคยวจะมน าเกลอไหลเวยนตลอดเวลา เมอน าเกลอไหลผานผนงทอ จะมการ

แลกเปลยนความรอนระหวางผนงทอกบน าเกลอเกดขน เมอน าเกลอไดรบความรอนจะท าใหมการระเหยของน าเกดขน สงผลใหสารละลายตาง ๆ ในบรเวณนนมความเขมขนทสงขนกวาปกต เมอสารละลายมความเขมขนสงกวาคาความสามารถการละลายกจะเกดการตกผลกสะสมและการตกตะกอนบนผนงทอ ซงหากมการปอนน าเกลอใหมทมความเขมขนนอยกวาความสามารถในการละลายไหลผานบรเวณดงกลาว กจะชวยละลายตะกอนเหลานนออกมาได ซงสามารถปองกนการกอตวเปนตะกรนได แตหากมการสะสมของตะกอนทมากขน ตะกอนเหลานนจะกอตวเปนตะกรนเขาไปเกาะจบทผวผนงทอในทสด ดงแสดงในรปท 2.20

33

รปท 2.20 กลไกการเกดตะกรนเกาะจบทผนงทอ (Civil and Environmetal Engineering, Carnegie Mellon University, www, n.d.)

2.3.2 การเกดตะกรนแคลเซยมคารบอเนต CaCO3 เปนตะกรนทเปนผลกเมดใหญ แตถาหากมสงเจอปนอยในผลก จะท าให

ผลกมรปรางเปนเมดขนาดเลก ซง CaCO3 จะละลายในน าไดเพยงเลกนอย และขนอยกบคาความดนยอยของกาซ CO2 อณหภม และปรมาณของสารบางชนดในน า อาทเชน เกลอ NaCl ส าหรบการกอตะกอนและตะกรนของ CaCO3 เกดจากการจบตวกนตามสมการ (2-17)

2+ 2-3 3Ca (aq) + CO (aq) CaCO (s) (2-17)

การเกดขนของ CaCO3 เกดขนจากการสลายตวของไอออน HCO3- เปนกาซ CO2

และไอออน CO32- หากน าเกลอม Ca2+ ละลายอยมาก กจะท าใหไอออน CO3

2- เขาจบกบไอออน Ca2+ เกดเปน CaCO3 มากขน ดงเชนงานวจยของ Al-Anezi (2007) ทอธบายถงสมดลคารบอเนต ทงในเฟสของแขง ของเหลว และแกสดงรปท 2.21

34

CO2 (aq)

CO2 (g)

H2CO3

HCO3-Bicarbonate

Carbonic acid

K1SW

K2SW

CO32- + H+Carbonate

AlkalinityMg2+ Na+

K+ Ca2+

Gas phase

Liquid phase

Solid phaseKSP

SW

CaCO3

รปท 2.21 แผนภาพสมดลคารบอเนต (Al-Anezi, 2007)

2.3.3 การเกดตะกรนแมกนเซยมคารบอเนตและแมกนเซยมไฮดรอกไซด ตะกอนและตะกรนแมกนเซยมทพบเหนปกตจะเปน MgCO3 ซงการละลายจะขนกบ

ปจจยตาง ๆ เชนเดยวกบ CaCO3 โดยท MgCO3 เกดจากการสลายตวของ Mg(HCO3)2 ดงสมการ ท (2-18)

3 2 3 2 2Mg(HCO ) (aq) MgCO (s) + CO (g) + H O (l) (2-18)

แตถาหากอณหภมของสารละลายสงกวา 82 ºC หรอใกลจดเดอดของน า จะท าให MgCO3 ทเกดขน สลายตวเปน Mg(OH)2 หรอ Brucite ดงสมการ (2-19) และความสามารถในการละลายของ Mg(OH)2 จะลดลงเมออณภมของสารละลายเพมสงขน

3 2 2 2MgCO (s) + H O (l) Mg(OH) (s) + CO (g) (2-19)

2.3.4 สารประกอบทเปนสาเหตของการเกดตะกรน จากทไดทราบถงสาเหตของการเกดตะกรนมาแลว ในหวขอนจะอธบายบทบาทของ

สารประกอบเหลานนในภาคอตสาหกรรม โดยสารประกอบทเปนตนเหตของการเกดตะกรนท

35

ยกตวอยางมาอธบายไดแก CaCO3 และ Mg(OH)2 ซงหากปลอยใหสารทงสองชนดนละลายอยในน าเกลอจะท าใหเกดตะกรนในกระบวนการผลตเกลอ แตในทางตรงกนขาม หากมการแยกเอา CaCO3 และ Mg(OH)2 หรอสารประกอบแคลเซยมและแมกนเซยมออกมาจากน าเกลอ นอกจากจะลดการเกดตะกรนไดแลวนน ยงเปนการน าเอาสารประกอบทจ าเปนกลบมาใชประโยชนแทนการปลอยทงออกมาในรปของกากอตสาหกรรม

1) แคลเซยมคารบอเนต (CaCO3) เปนอกหนงสารเคมทมการใชงานอยางแพรหลาย ไมวาจะเปนอตสาหกรรมกระดาษ และการผลตพวซ ในป พ.ศ. 2555 ทวปเอเชยเปนทวปทมการเจรญเตบโตอยางรวดเรวทางดานการตลาดของสาร CaCO3 เนองมาจากประเทศจนมการขยายอตสาหกรรมการผลตกระดาษและพลาสตก จงท าใหมความตองการสาร CaCO3 ทเพมขน และใน ป 2559 ความตองการในการใชสาร CaCO3 จะเพมขนรอยละ 50 เมอเทยบกบทวโลก เนองจากการเตบโตของอตสาหกรรมพลาสตกในประเทศจนและอนเดย (Prnewswire, www, 2012)

1.1) สมบตของแคลเซยมคารบอเนต ส าหรบสาร CaCO3 มกพบไดทวไปในรปของแรหน เชน อะราโกไนท (Aragonite) แคลไซต (Calcite) หนปน (Limestone) รวมท งเปนองคประกอบหลกของเปลอกหอย ไขมกและเปลอกไข ซง CaCO3 จะไมละลายในน า แตสามารถละลายไดในกรด ซง CaCO3 มลกษณะเปนผงสขาว มโครงสรางผลกเปนแบบสามเหลยมแบนราบ (Trigonal) มมวลโมเลกลเทากบ 100.09 โดยทคาความหนาแนนของแคลไซตและอะราโกไนทเทากบ 2.71 และ 2.83 g/cm3 ตามล าดบ ซงจดหลอมเหลวของแคลไซตและอะราโกไนทมคาเทากบ 825 และ 1,339 ºC ตามล าดบ ส าหรบคาความสามารถในการละลายของ CaCO3 ในน าทอณหภม 25 ºC เทากบ 1.3 มลลกรมตอน า 100 มลลลตร (PubChem, www, n.d.)

1.2) กระบวนการผลตแคลเซยมคารบอเนต ส าหรบ CaCO3 สามารถผลตไดทงโดยตรงจากหนออนหรออาจผลตไดจากแคลเซยมออกไซด (CaO) โดยท CaO จะท าปฏกรยากบน าเกดเปน Ca(OH)2 และเมอเตมกาซ CO2 ลงไปกจะเกดเปน CaCO3 ทตกตะกอนออกมา ดงสมการ (2-20) และ (2-21) ทแสดงปฏกรยาเคมของการผลต CaCO3 จาก CaO

2 2CaO (s) + H O (l) Ca(OH) (aq) (2-20)

2 2 3 2Ca(OH) (aq) + CO (g) CaCO (s) + H O (l) (2-21)

36

นอกจากน CaCO3 ยงสามารถผลตไดจากน าทะเลและน าเกลออกดวย เนองจากมไอออน Ca2+ ละลายอยในน าทะเลและน าเกลอ ซงกระบวนการผลต CaCO3 จากน าเกลอแสดงในรปท 2.22 ซงมการเตมสารละลาย Na2CO3 ลงในน าเกลอ เพอใหเกดปฏกรยาเคมตามสมการ (2-22)

4 2 3 2 4 3CaSO (aq) + Na CO (aq) Na SO (aq) + CaCO (s) (2-22)

(Na2CO3)

+CaCO3

CaCO3

รปท 2.22 กระบวนการผลตแคลเซยมคารบอเนตจากน าเกลอและโซเดยมคารบอเนต

1.3) ประโยชนของแคลเซยมคารบอเนต สาร CaCO3 เปนสารเคมทใชประโยชนไดหลากหลาย เชน ภาคอตสาหกรรม ทางดานการแพทยและการใชงานทเกยวของกบสงแวดลอม

(1) การใชงานในภาคอตสาหกรรม สาร CaCO3 เปนสารตงตนหลกทใชในอตสาหกรรมกอสราง ไมวาจะเปนวสดกอสรางหรอสวนผสมของปนซเมนต อกทงมการใช CaCO3 ในอตสาหกรรมน าตาลเพอท าใหน าตาลมความบรสทธ เปนตน

(2) การใชงานทางดานการแพทย สาร CaCO3 สามารถน าไปผลตเปนอาหารเสรมหรอยาลดกรดในกระเพาะอาหารได นอกจากน ยงสามารถน าไปในกระบวนการผลตยาสฟนและใชเปนสารกนบด อยางไรกตาม การรบ CaCO3 ทมากเกนไปจะสงผลเสยตอรางกายได

(3) การใชงานทเกยวของกบสงแวดลอม CaCO3 สามารถใชแกปญหาน าเสยและดนทมสภาพเปนกรดได อกทงยงถกใชในกระบวนการก าจดซลเฟอรทปนออกมากบกาซทปลอยทงออกจากโรงงานอตสาหกรรม

37

2) แมกนเซยมไฮดรอกไซด (Mg(OH)2) จากรายงานของการใช MgO ของทวโลกในป 2013 พบวา สารประกอบแมกนเซยม อาทเชน Mg(OH)2 MgCO3 และ MgSO4 ลวนสามารถน าไปใชประโยชนไดอยางแพรหลาย เชน วสดทนไฟ สารเคมทใชในการเกษตร ใชในการบ าบดน าและใชเปนสารตงตนในการผลตโลหะแมกนเซยม ซงโลหะแมกนเซยม มลกษณะเบาจงนยมน ามาใชในการผลตชนสวนยานยนต และมการคาดการณวาความตองการในการใช Mg(OH)2 ระหวางป พ.ศ. 2555 - 2561 ในตลาดโลกมแนวโนมทจะเพมขนเฉลยรอยละ 5 ตอป ดงทไดมการรายงานไวใน ISH Markit, www (2014)

2.1) สมบตของแมกนเซยมไฮดรอกไซด Mg(OH)2 เปนสารประกอบอนนทรย เมอถกละลายในน ามกจะถกเรยกวา Milk of magnesia เนองจากมลกษณะคลายกบน านม ถาอยในรปของแรจะรจกกนในชอ Brucite โดยทวไป Mg(OH)2 มลกษณะเปนของแขงสขาวและมโครงสรางผลกเปนแบบ Hexagonal โดยมมวลโมเลกลเทากบ 58.32 มคาความหนาแนนเทากบ 2.345 g/cm3 มจดหลอมเหลวเทากบ 350 ºC และคาความสามารถในการละลายของ Mg(OH)2 ในน าทอณหภม 25 ºC เทากบ 0.64 มลลกรมตอน า 100 มลลลตร (PubChem, www, n.d.)

2.2) กระบวนการผลตแมกนเซยมไฮดรอกไซด สาร Mg(OH)2) สามารถผลตไดจากปฏกรยาแลกเปลยนไอออน (Metathesis reaction) ระหวางเกลอแมกนเซยม (Magnesium salt)กบสารประกอบไฮดรอกไซด (Hydroxide compound) หรออาจพบไดตามธรรมชาตในรปของแร Brucite นอกจากน Mg(OH)2 มกผลตไดจากน าทะเลหรอน าเกลอ โดยการท าปฏกรยากบ Ca(OH)2

ตามสมการเคม (2-23)

4 2 4 2MgSO (aq) + Ca(OH) (aq) CaSO (aq) + Mg(OH) (s) (2-23)

ส าหรบ Mg(OH)2 ทเกดจากปฏกรยาขางตน สามารถแยกออกจากน าเกลอไดดวยวธการตาง ๆ เชน การตกตะกอน การกรอง และการแยกโดยการใชแมเหลก ซง Mg(OH)2 ทผลตจากน าเกลอและสาร Ca(OH)2 จะถกแยกออกจากสารละลายดวยวธการกรอง ดงรปท 2.23

38

Ca(OH)2

+Mg(OH)2

Mg(OH)2

รปท 2.23 กระบวนการผลตแมกนเซยมไฮดรอกไซดจากน าเกลอและแคลเซยมไฮดรอกไซด

2.3) ประโยชนของแมกนเซยมไฮดรอกไซด สาร Mg(OH)2 เปนสารเคมทสามารถน าไปใชงานไดอยางหลากหลาย อาทเชน การผลตยา ใชในการบ าบดน าเสย ใชเปนสารดบเพลง และใชท าเปนปย

(1) การผลตยา ยาทผลตจาก Mg(OH)2 สวนใหญจะเปนยาทใชในการแกอาการทองเฟอ และลดกรดในกระเพาะอาหาร อกทงยงใชเปนสารระงบกลนใตวงแขนไดอกดวย

(2) การบ าบดน า เสย ในภาคอตสาหกรรมนยมใช Mg(OH)2 ในการแกปญหาน าเสยทมสภาพเปนกรด เนองจาก Mg(OH)2 เปนดางทไมอนตราย นอกจากน Mg(OH)2

ยงใชเปนสวนหนงในการสรางแนวปะการงเทยม (3) การใชเปนสารดบเพลง เนองจาก Mg(OH)2 มคณสมบตในการหนวงไฟ

จงมกถกน ามาใชเปนสารดบเพลง เพราะการสลายตวของ Mg(OH)2 เปนแบบดดความรอน มปฏกรยาดงน

2 2Mg(OH) (s) MgO (s) + H O (g) (2-24)

ซงความรอนจากเพลงไหมจะถกถายโอนเขาไปเพอใชในปฏกรยาขางตน จากนนไอน าทเกดขนจะเขาไปเจอจางกาซตาง ๆ ทอยในบรเวณนน ๆ รวมทงยบย งกาซออกซเจน (O2) ทท าใหเกดการเผาไหมไดอกดวย

39

(4) การใชเปนปย จากสมบตของ Mg(OH)2 ทเปนดาง จงมกน ามาใชในการปรบปรงดนทมปญหาดนเปนกรดและใชในการเพมธาตแมกนเซยม (Mg) ใหแกพชดวย

2.3.5 ผลเสยทเกดจากตะกรน การเกดตะกรนเกาะจบทผนงทอในหมอตม จะสงผลเสย ดงน

1) กอใหเกดทอบวมจนเกดการระเบดได โดยทวไปแลว ถาไมมตะกรนเกาะทผวทอ จะท าใหทอสามารถทนแรงดนไดจนถงอณหภมคาหนง แตเมอมตะกรนเกดขน จะท าใหอณหภมของทอสงขน เนองจากตะกรนมสมประสทธการถายเทความรอนทต า เมออณหภมของทอสงเกนกวาทจะรบได ทอกจะบวมโปงและปดออกจนเกดการระเบด

2) ท าใหประสทธภาพของหมอตมลดลง เพราะตะกรนทเกดขนจะท าใหอตราการถายเทความรอนจากไอน ารอนไปยงน าไดนอยลง

3) สนเปลองเชอเพลงในการเผาไหม เนองจากตะกรนทเกดขน จะท าใหอตราการถายเทความรอนลดลง ซงหากตองการใหไดความรอนเทาเดมกจ าเปนทจะตองเพมการปอนเชอเพลงทมากขน

2.4 การปองกนการเกดตะกรน เนองจากสาเหตในการเกดตะกรนมาจากการทของเหลวมปรมาณของไอออน Ca2+ และ Mg2+ ทสง เมอมการตกตะกอนและการตกผลกของสารประกอบแคลเซยมและแมกนเซยมจะท าใหเกดตะกรนขน ซงตวอยางวธทใชในการปองกนการเกดตะกรน ไดแก 2.4.1) การใชสารเคมเพอใหเกดการตกตะกอน เปนวธทไดรบความนยมในการก าจดไอออน Ca2+ และ Mg2+ ซงสาร เคม ทนยมใชคอสาร Na2CO3 และสาร NaOH และหลงการเกดปฏกรยาระหวางไอออนกบสารเคม ไอออนกจะถกก าจดออกมาในรปของตะกอน ซงตะกอนทเกดขนกจะถกแยกของจากของเหลวดวยเทคนคการแยกของแขงออกจากของเหลว อาท การตกตะกอนและการกรอง 2.4.2) การใชเรซนแลกเปลยนไอออน เปนการแลกเปลยนไอออนระหวางสารอเลกโทร-ไลต (Electrolyte) หรอแลกเปลยนระหวางสารอเลกโทรไลตกบสารประกอบเชงซอนอน ๆ ซงการใชเรซนในการแลกเปลยนไอออนนน กเพอก าจดไอออนทเจอปนในของเหลว โดยใหเกดการแลกเปลยนไอออนทอยในของเหลวกบไอออนของเรซน ซงเรซนท มประจบวก (Cation) จะแลกเปลยนกบประจบวก และเรซนทมประจลบ (Anion) จะแลกเปลยนกบประจลบ ซงเรซนทใชไปแลวกจะถกน ามาฟนฟใหม เพอทจะน าไปใชงานไดอกครง

40

2.4.3) การใชกระบวนการเมมเบรน เปนกระบวนการทอาศยเยอเมมเบรน (Semi-permeable membrane) ในการแยกสารละลายออกจากของเหลว ซงเมมเบรนสามารถกรองแยกอนภาคขนาดเลกได และเมมเบรนบางชนดยอมใหไอออนหรอสารบางตวเ ทาน นทผานได ซงประเภทของเมมเบรน แบงได ดงน - Reverse osmosis (RO) เปนการใชแรงดนในการแยกสารเจอปนออกจากของเหลว - Ultrafiltration (UF) เปนการใชแรงดนในการแยกสารตาง ๆ ออกจากของเหลวเชนเดยวกบ RO แตแยกไดเฉพาะสารอนทรยขนาดใหญ - Electrodialysis (ED) เปนการใชความตางศกยไฟฟา ส าหรบเปนแรงขบดนใหเกดการแยกสารประกอบ เพอใหแตกตวเปนไอออนได แตไมสามารถแยกสารอนทรยได

2.4.4) การตกตะกอนโดยการใชเซลลไฟฟาเคม เปนการตกตะกอนทมการใชความตางศกยไฟฟาในการสรางหม OH- และหม CO3

2- ทเกดขนทอเลกโทรด (Electrode) โดยในการแตกตวของหมฟงกชนน จะเกดขนทแคโทดซงเปนขวทเกดปฏกรยารดกชน เมอหม OH- และหม CO3

2- เกดขนทแคโทดแลว ไอออนทมประจบวก เชน Ca2+ และ Mg2+ กวงเขาหาไอออนลบเพอท าปฏกรยาแลวเกดเปนตะกอนเกาะอยทแคโทด ดงแสดงในรปท 2.24

รปท 2.24 กระบวนการตกตะกอนโดยการใชเซลลไฟฟาเคม

41

โดยมงานวจยทศกษาเกยวกบการตกตะกอนโดยการใชเซลลไฟฟาเคม เชน Zeppenfeld (2011) ไดท าการศกษาการแยกไอออน Ca2+ และ Mg2+ ในสารละลายดวยการใชเซลลไฟฟา โดยการสรางไอออน CO3

2- และ OH- ขนทแคโทด เพอใหไอออน Ca2+ และ Mg2+ เขาท าปฏกรยากบไอออน CO3

2- และ OH- จนเกดเปนตะกรนและเกาะอยทแคโทด 2.4.5) การเตมสารยบยงการตกตะกอน เปนการเตมสารเคมเขาไปเพอหนวงหรอยบย งใน

การกอตวเปนตะกอนหรอตะกรน โดยสารทเตมเขาไปจะท าการสรางฟลมบาง ๆ รอบผลกของตะกอนเพอไมใหตะกอนมขนาดใหญขนและยงคงแขวนลอยอยในสารละลาย และไมเขาไปเกาะทพนผวของวสด ส าหรบชนดของสารยบย งการตกตะกอน แบงไดเปน 3 ประเภทคอ สารคลเลต (Chelating agent) Threshold inhibitor และ Crystal distortion inhibitor ซงสารแตละตวทจะน าไปใชตองพจารณาถงคา pH และไอออนลบทมอยในสารละลาย เชน สารคลเลตจ าพวก Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) จะใชไดดในการปองกนการเกดตะกรนทเกดจากแคลเซยม (Ca) และเหลก (Fe) ส าหรบกลไกของสารยบย งแสดงอยในรปท 2.25

รปท 2.25 กลไกของสารยบย งในการปองกนการเกดตะกรน (Al-Deffeeri, 2007)

42

2.4.6) การเตมตวลอเพอใหเกดการตกผลกของตะกรน เปนการเตมสารชนดเดยวกบตะกอนเพอลอใหเกดการตกตะกอน เชน หากตองการตกผลก CaCO3 กจ าเปนทจะตองมการเตมผลก CaCO3 ไปในสารละลาย โดยมงานวจยของ Yi-Pin and Philip (2005) ทศกษาผลของการเตมตวลอ (Seeding) และองคประกอบของสารละลายในการตกตะกอนแคลไซต โดยตวลอทศกษาคอ ควอตซ (Quartz) โดโลไมท (Dolomite) และแคลไซต ทมขนาดตางกน จากผลการวจยพบวามเพยงแคลไซตเทานนทสงผลใหมการตกตะกอนของแคลไซตซงอตราการตกตะกอนขนอยกบพนทผวของตวลอ และการเพมอตราสวนของ CO3

2- ตอแคลไซตยงชวยเพมอตราการตกตะกอนดวย

2.5 การประเมนราคาของวธการส าหรบการปองกนการเกดตะกรน ในการศกษาความเปนไปไดทางเศรษฐศาสตรเบองตนส าหรบแนวทางในการปองกนการเกดตะกรนในหมอเคยวนน การประเมนราคาเปนหนงขอมลทส าคญส าหรบประกอบการตดสนใจในการเลอกใชวธการหรอแนวทางตาง ๆ ไปปรบใชจรงกบโรงงาน โดยค านยามของการประเมนราคา หมายถง การค านวณหาคาการลงทน คาด าเนนการทมราคาใกลเคยงกบคาใชจายจรงมากทสด ซงการท าการประเมนราคาจ าเปนทจะตองมการเสนอแนวทางส าหรบปองกนการเกดตะกรนในหมอเคยวกอน จากนนจงจะสามารถท าการประเมนราคาได (Turton et al., 2008) โดยการประเมนราคาจะค านวณหาตนทนในการลงทนและตนทนในการผลตสนคา ซงรายละเอยดของตนทนแต ละชนดมดงตอไปน

2.5.1 ตนทนในการลงทนของโครงการ (Total capital investment cost) เปนคาการลงทนเรมตนทเกดจาก 2 สวน คอคาการลงทนเรมตนคงท (Fixed capital investment) และเงนทนหมนเวยน (Working capital investment) ซงเปนเงนทกนไวใชในชวงเรมตนโครงการ สวนคาการลงทนเรมตนคงทจะประกอบไปดวยสองสวนยอย คอคาใชจายทเกยวกบอปกรณและการกอสราง และอกหนงสวนคอคาใชจายเกยวกบคาแรง

1) การประเมนราคาคาการลงทนเรมตนคงท (Fixed capital investment) ในการประเมนราคาของตนทนคงท สงทตองพจารณาคอดชนราคาของอปกรณ (cost indexes) ซงขนอยกบก าลงการผลตและชวงเวลา

1.1) ผลของก าลงการผลตตอตนทนของอปกรณ โดยทวไปแลว การประเมนตนทนของอปกรณมกจะใชการประเมนจากก าลงการผลต ซงสามารถหาไดจากสมการ (2-25)

43

x

a a

b b

C A =

C A

(2-25)

โดยท aA คอราคาของอปกรณของก าลงการผลตทตองการ aC bA คอราคาของอปกรณของก าลงการผลตททราบคา bC x คอ Cost capacity factor คาเฉลยเทากบ 0.6

1.2) ผลของชวงเวลาตอตนทนของอปกรณ จะเปนการประเมนตนทนโดยอาศยอตราสวนของราคาอปกรณทชวงเวลาหนงเทยบกบราคาสนคาทชวงเวลาเรมตน ซงหากรราคาในอดต จะสามารถหาราคาอปกรณนน ๆ ในปจจบนได ดงสมการท (2-26)

22 1

1

IC = C

I

(2-26)

เมอ 1C คอ ราคาของอปกรณในอดต 2C คอ ราคาของอปกรณในปจจบน 1I คอ ดชนราคาในอดต 2I คอ ดชนราคาในปจจบน

แตถาไมทราบดชนราคา สามารถใชดชนราคาจากบรษททจ าหนายอปกรณนน ๆ ได 2) การประมาณราคาเงนทนหมนเวยน (Working capital investment) เนองจากเงน

สวนนเปนเงนกนไวในชวงเรมตน ซงประกอบไปดวยคาสนคาคงคลงหรอคาใชจายในสวนของอปกรณส ารอง เงนสด เปนตน ซงขนตอนในการประเมนเงนทนหมนเวยนมดงน

- คาเงนทนหมนเวยนจะอยทรอยละ 10 - 20 ของคาการลงทนเรมตนคงท - คดเปนรอยละ 10 ตอราคาขายตอป

2.5.2 ตน ทนท งหมด ในการผลต สน ค า (Total product cost) เ ปนตน ทน ท ใชในกระบวนการผลต ซงประกอบดวยคาใชจายโดยตรงในกระบวนการผลต (Manufacturing cost) เชน คาวสด คาแรงงานและคาซอมบ ารง สวนคาใชจายอน ๆ (General expense) เชน คาการวจยและพฒนา คาใชจายในการจ าหนายสนคา และคาใชจายในการบรหาร ซงตนทนในการผลตสนคาหาไดดงน

44

COM = DMC + FMC + GE (2-27)

โดยท COM คอ ราคาตนทนทงหมดในการผลต (บาท/หนวยการผลต) DMC คอ ราคาตนทนโดยตรง (บาท/หนวย) FMC คอ ราคาตนทนคงท (บาท/หนวย) GE คอ คาใชจายทวไป (บาท/หนวย)

2.6 ปรทศนงานวจยทเกยวของ 2.6.1 การท าบรสทธน าเกลอส าหรบการผลตเกลอบรสทธเพอบรโภค

Terziev (1935) ไดเ ปด เผยว ธก ารก าจด CaSO4 ออกจากน า เก ลอทออกจากกระบวนการแอมโมเนย-โซดา (Ammonia-Soda process) ดวยวธการตกตะกอนโดยใหตกตะกอนรวมกบเกลอแคลเซยมอนทไมละลายน า เชน CaCO3 โดยปรมาณของ CaCO3 ทตกตะกอนจะตองมปรมาณอยางนอย 10 เทาของ CaSO4 ทมอยในน าเกลอ ซงตะกอนของ CaCO3 ทเกดขนมาจากการเตม Ca(OH)2 ลงไปในน าเกลอและตามดวยการเตมกาซ CO2 ลงไปเพอเปลยน Ca(OH)2 ใหเปน CaCO3

Hidetomo (1964) ไดน าเสนอวธการท าน าเกลอทมไอออน Ca2+ และ Mg2+ ปนอยใหมความบรสทธ โดยการเตมสารพวก NaOH Ca(OH)2 หรอ Na2CO3 เพอเปลยนไอออน Ca2+ และ Mg2+ เปน CaCO3 และ Mg(OH)2 ตามล าดบ และในขณะทเตมอากาศทสภาวะความดนบรรยากาศหรอเพมอณหภมใหกบน าเกลอนน ใหท าการลดความดนเพอใหเกดฟองอากาศขน ซงกลมฟองอากาศนจะชวยพาตะกอน CaCO3 และ Mg(OH)2 ลอยขนไปบนผวบนของน าเกลอจากนนกลมตะกอนกจะถกกวาดออกหรอ Skimming จากน าเกลอ

Moritz (1982) ไดเสนอวธการผลตเกลอบรสทธจากน าเกลอทมไอออน Ca2+ และ Mg2+ ปะปนอย โดยวธการทใชคอการใชสารละลาย Na2CO3 และ NaOH ในปรมาณทมากเกนพอ เพอก าจดไอออน Ca2+ และ Mg2+ ออกมาในรปของตะกอน CaCO3 และ Mg(OH)2 ตามล าดบ เมอผานการตกตะกอนแลวจะตองมการกรองแยกซ า ซงวธการนสามารถลดปรมาณรวมของไอออน Ca2+ และ Mg2+ ในน าเกลอลงไดต ากวา 5 ppm นอกจากน การเตม Na2CO3 กอน NaOH จะชวยใหตกตะกอนไดงาย 2.6.2 การน าเอาสารประกอบแคลเซยมและแมกนเซยมมาใชประโยชน

Moote et al. (1985) ไดศกษาการแยกและการน าเอาแมกนเซยม (Mg) สตรอนเทยม (Sr) และแบเรยม (Ba) จากน าเกลอกลบมาใช โดยการเตม Ca(OH)2 เขาท าปฏกรยากบน าเกลอ ท

45

อณหภมสงกวา 80 ºC แตตองต ากวาจดเดอดของน าเกลอ ซงการท าปฏกรยาทอณหภมสงจะชวยใหตะกอน Mg(OH)2 ตกตะกอนไดเรวขนและสามารถกรองแยกออกจากน าเกลอได

Lehmann et al. (2014) ไดศกษาการน าเอาสารละลายแมกนเซยมจากตะกอนMg(OH)2 ทไดจากน าเกลอกลบมาใช โดยการเตมสาร CaO เขาไปท าปฏกรยากบไอออน Mg2+ ในน าเกลอ แตเนองจากตะกอน Mg(OH)2 เบาและตกตะกอนไดชา จงมการแยก Mg(OH)2 จากน าเกลอโดยการใชแมกนไทต (Fe3O4) และแมเหลก จากการศกษานพบวา เมอมการใชแมเหลกเขารวมกบการใช Fe3O4 จะท าใหสามารถแยก Mg(OH)2 ไดเรวยงขน และสารละลายผลตภณฑทไดจากงานวจยนคอ MgCl2 MgSO4 และ Mg(HCO3)2 โดยสารเหลานเกดจากการท าปฏกรยาระหวาง Mg(OH)2 ทถกดดซบอยบน Fe3O4 กบกรดไฮโดรคลอรก (HCl) กรดซลฟรก (H2SO4) และกาซ CO2 ตามล าดบ

De Beer et al. (2015) ไดศกษาการสงเคราะห CaCO3 ชนดตกผลกจากกระบวนการน าซลเฟอร (S) จากกากยปซมกลบมาใช โดยการน าเอากากยปซมมาผานกระบวนการสลายตวดวยความรอนเพอเปลยนยปซมใหอยในรปของแคลเซยมซลไฟด (CaS) จากนนจะเปลยน CaS ใหอยในรปของสารละลาย โดยการเตมน าและแกสไฮโดรเจนซลไฟด (H2S) จากนนปลอยกาซ CO2 ลงในสารละลายเพอตกตะกอน CaCO3 สวนกาซ H2S ทออกจากกระบวนการคารบอเนชน (Carbonation) จะถกน าไปแยกเปน S ตอไป 2.6.3 สาเหตและแนวทางการปองกนการเกดตะกรน

Al-Rawajfeh et al. (2005) กลาววาการเกดตะกรนขนในหมอตมระเหย มสาเหตมาจากเกลอของ CaCO3 Mg(OH)2 และ CaSO4 ทละลายในน าไดนอยลงเมออณหภมสงขน ซงการเกดตะกรนจ าพวกนขนอยกบอณหภม คา pH และอตราการสญเสยกาซ CO2

Yi-Pin et al. (2005) ไดศกษาผลของการเตมตวลอ (Seeding) และองคประกอบของสารในการตกตะกอนของแคลไซต ซงตวลอทศกษาคอ ควอตซ (Quartz) โดโลไมท (Dolomite) และแคลไซต ทมขนาดตางกน จากผลการวจยพบวามเพยง CaCO3 เทาน นทสงผลใหมการตกตะกอนของ CaCO3 และอตราการตกตะกอนกยงขนกบพนทผวของตวลอดวยและการเพมอตราสวนของ CO3

2- ตอแคลไซต จะชวยเพมอตราการตกตะกอนดวย Kazi et al. (2015) ไดท าการศกษาถงพฤตกรรมการเกดตะกรน CaCO3 บนพนผวทอของเครองแลกเปลยนความรอนและศกษาวธลดตะกรนโดยใชกมอารบก (Gum arabic) ซงเปนสารทไดจากธรรมชาต จากการศกษาพบวาปรมาณของตะกอน CaCO3 บนผวทอทท าจากวสดทแตกตางกน จะมปรมาณดงน อะลมเนยม > ทองเหลอง > เหลกกลาไรสนม 316 และการเตมกมอารบก

46

ลงไปในสารละลายจะชวยหนวงการเตบโตของผลก CaCO3 สงผลใหตะกรนทเกดขนมปรมาณทลดลง

2.6.4 การศกษาพฤตกรรมของแมกนเซยมไฮดรอกไซด Petric and Petric (1980) ไดศกษาอตราการตกตะกอนของ Mg(OH)2 ทผลตจาก

น าทะเล โดยการเตมปนขาวเขาท าปฏกรยากบไอออน Mg2+ ทอยในน าทะเล พรอมทงท าการกวนเปนเวลา 30 นาท จากน นเตมสารเรงตกตะกอน จากการศกษาพบวาอตราการตกตะกอนของ Mg(OH)2 จะเพมขน แตการเตมสารเรงตกตะกอนจะท าใหความบรสทธของ Mg(OH)2 มคาลดลง

Turek and Gnot (1995) ไดศกษาการตกตะกอนของ Mg(OH)2 จากน าเกลอ โดยการเตมสารละลาย NaOH เขาท าปฏกรยากบไอออน Mg2+ ในน าเกลอ ซงการเตมสารละลาย NaOH ลงไปในน าเกลอโดยไมมการกวน จะชวยเพมอตราการตกตะกอนและอตราการกรองได และหากมการปลอยใหมการกอตว (Forming) ทนานขนและมการกวนชวย จะท าใหการตกตะกอนเพมขนถง 5 เทาและอตราการกรองเพมขน 60 เทา สวนความชนของตะกอน Mg(OH)2 กจะลดลงอกดวย นอกจากน การเพมระยะเวลาในการกอตว (Time of forming) ยงชวยเพมขนาดของตะกอนดวย

Song et al. (2013) ไดศกษาการเตรยมและกลไกของการเกดผลกของ Mg(OH)2 ดวยวธการตกตะกอนในเครองตกผลก โดยม MgCl2 เปนสารตงตนและ NaOH เปนสารทท าใหเกดตะกอน จากการศกษาแสดงใหเหนวาความเขมขนของ NaOH และระยะเวลาในการท าปฏกรยา (Residence time) มผลตอขนาดและปรมาณของน าใน Mg(OH)2 ซง Mg(OH)2 ทสงเคราะหไดมขนาดประมาณ 30 µm มความบรสทธ 99% และมน าปนอยนอยกวา 31%

Zeppenfeld (2011) ไดศกษาการแยกไอออน Ca2+ และ Mg2+ ออกจากสารละลายดวยเซลลไฟฟาเคม โดยไอออนทงสองจะถกแยกออกมาในรปของ CaCO3 และ Mg(OH)2 ตามล าดบ โดยตะกอนทงสองจะเกาะทแคโทด เนองจากทแคโทดมไอออน CO3

2- และ OH- ซงอตราการตกตะกอนของ CaCO3 ถกจ ากดโดยการแพรของไอออน HCO3

- แตไมเปลยนแปลงตามความเขมขนของไอออน Ca2+ แตการตกตะกอนของ Mg(OH)2 จะสมพนธกบความหนาแนนของกระแสไฟฟา ซงอตราการตกตะกอนของ Mg(OH)2 จะลดลงเมอความเขมขนของไอออน Mg2+ เพมสงขน

บทท 3 วธการด าเนนการวจย

3.1 บทน า เนองจากปญหาการเกดตะกรนในหมอเคยวสญญากาศของกระบวนการผลตเกลอ เปนตนเหตของการสญเสยก าลงการผลตและสนเปลองพลงงาน จงน ามาสการศกษาตนเหตของการเกดตะกรนและหาแนวทางในการปองกนการเกดตะกรน ส าหรบเนอหาของบทท 3 จะแสดงถงรายละเอยดของสารเคม อปกรณทใชในการทดลอง และเครองมอส าหรบวเคราะหสมบตทางกายภาพและทางเคมของสารตวอยาง รวมทงรายละเอยดของวธการทดลองในหวขอตาง ๆ

3.2 สารเคมและเครองมอ 3.2.1 วสดและสารเคม 1) น าเกลอดบ

2) สารโซเดยมคารบอเนต (Sodium carbonate, Na2CO3) 3) สารละลายโซเดยมไฮดรอกไซด (Sodium hydroxide, NaOH) 50 wt.% 4) สารชวยเรงตกตะกอน (Polyacrylamide, Maxfloc 912) 5) สารแมกนเซยมไฮดรอกไซด (Magnesium hydroxide, Mg(OH)2) บรสทธ (เกรดทางการคา) 6) Calconcarboxylic acid indicator (Cal-red) 7) สารละลายบฟเฟอร NH4OH-NH4Cl 8) สารละลายโซเดยมไฮดรอกไซด 0.1 M และ 1.0 M 9) สารละลายกรดไฮโดรคลอรก (Hydrochloric acid, HCl) 0.1 M 10) สารละลาย EDTA 0.01 M โดยน าเกลอดบ สาร Na2CO3 สารละลาย NaOH ความเขมขน 50 wt.% สารชวยเรง

ตกตะกอน Polyacrylamide และ Calconcarboxylic acid indicator (Cal-red) ไดรบความอนเคราะหจากบรษท สยามทรพยมณ จ ากด จงหวดนครราชสมา

48 3.2.2 อปกรณทใชในการทดลอง

1) อางกระจก ขนาดกวาง 20 เซนตเมตร ยาว 25 เซนตเมตร สง 25 เซนตเมตร 2) ชดจายออกซเจนในตปลา (ใชเปนตวชวยในการผสมของสารในอางกระจก) 3) ชดจ าลองเพอศกษาการเกดตะกรน 4) ชดเครองแกวทดสอบปฏกรยาแบบแจคเกต (Jacketed reaction vessels)

3.2.3 เครองมอวเคราะหสมบตทางกายภาพและทางเคม 1) เครองไอออนโครมาโทกราฟ (Ion Chromatography, IC) 2) เครองวเคราะหเฟสและโครงสรางผลก (X-ray diffraction, XRD) 3) เครองวเคราะหธาตองคประกอบ

(Energy dispersive x-ray fluorescence, EDXRF) 4) เครองมอวเคราะหโครงสรางของสาร

(Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR) 5) เครองมอวเคราะหการสลายตวทางความรอน

(Simultaneous thermal analysis, STA) 6) เครองมอวเคราะหการคายซบกาซคารบอนไดออกไซด

(CO2-Temperature programmed desorption, CO2-TPD)

3.3 วธการทดลอง การศกษาเพอหาแนวทางในการปองกนการเกดตะกรนในหมอเคยวสญญากาศของ

กระบวนการผลตเกลอ แบงการศกษาออกเปน 8 สวน ประกอบดวย สวนท 1 ศกษาและวเคราะห

องคประกอบน าเกลอดบ เพอใหทราบถงปรมาณองคประกอบของไอออนตาง ๆ ทอยในน าเกลอดบ

สวนท 2 ศกษาและวเคราะหสมบตทางกายภาพของตะกรนดวยเทคนค XRD XRF FTIR และ STA

เพอหาสาเหตของการเกดตะกรน สวนท 3 ศกษาวธการก าจดไอออนเจอปนในน าเกลอ (ระดบ

หองปฏบตการ) เพอหาแนวทางทเหมาะสมตอการก าจดไอออนเจอปน สวนท 4 ศกษาแนวทางใน

การแยกตะกอนออกจากน าเกลอ (ระดบหองปฏบตการ) เพอหาแนวทางในการแยกตะกอนทเกดขน

จากขนตอนการก าจดไอออนและตะกอนทตกคางอยในน าเกลอ สวนท 5 ศกษาพฤตกรรมการเกด

และการปองกนการเกดตะกรน โดยท าการศกษาดวยชดอปกรณจ าลองอยางงาย สวนท 6 เสนอ

วธการปองกนการเกดตะกรน ซงเปนการน าเสนอวธการตาง ๆ ทสามารถน าไปใชในการปองกน

การเกดตะกรนในโรงงานได โดยใชผลการทดลองจากระดบหองปฏบตการมาประกอบการ

49 น าเสนอ สวนท 7 ศกษาการน ากากตะกอนมาเพมมลคา และสวนท 8 การประเมนตนทนของการ

ผลตเกลอ เมอเลอกใชวธการเพมปรมาณสารเคมในการก าจดไอออนเปนแนวทางในการปองกน

การเกดตะกรน ซงผลจากการประเมนตนทนจะถกใชเปนขอมลเพมเตมส าหรบประกอบการ

พจารณาและตดสนใจกอนทจะมการน าไปใชจรงในโรงงาน ซงภาพรวมของการศกษางานวจย

ทงหมดนแสดงในรปท 3.1

รปท 3.1 แผนผงภาพรวมของการทดลอง

50

รปท 3.1 แผนผงภาพรวมของการทดลอง (ตอ)

51 3.3.1 การศกษาและวเคราะหองคประกอบของน าเกลอดบ

การวเคราะหหาไอออนองคประกอบในน าเกลอดบของงานวจยน ประกอบดวย 2 วธการ ไดแก การใชเทคนคไอออนโครมาโทกราฟ (IC) และการไทเทรต ซงรายละเอยดของวธการดงกลาวมดงน

1) เทคนคไอออนโครมาโทกราฟ (Ion chromatography, IC) เปนอกหนงเทคนคโครมาโทกราฟทถกน ามาประยกตใชส าหรบการแยกและวเคราะหปรมาณของตวถกละลายทอยในรปไอออน โดยองคประกอบของเครองไอออนโครมาโทกราฟ แสดงในรปท 3.2

รปท 3.2 องคประกอบอยางงายของเครองไอออนโครมาโทกราฟ (Fritz and Gjerde, 2009)

โดยไอออนโครมาโทกราฟเปนรปแบบหนงของลควดโครมาโทกราฟสมรรถนะสง (High performance liquid chromatography, HPLC) ทพฒนาขนมาในป 1975 โดยมพนฐานการท างานมาจากไอออนเอกซเชนจโครมาโทกราฟ ในการวเคราะหไอออนสารอนนทรยดวยเทคนคไอออน โครมาโทกราฟ แบงเปน 2 ประเภท คอไอออนบวก (Cation) และไอออนลบ (Anion) สวนสารประกอบอนทรยทสามารถวเคราะหดวยเทคนคนไดจะตองเปนสารประกอบทมคณสมบตเปนกรดหรอเบสทสามารถ Protonate หรอ Ionize ใหเปนสารประกอบทมสมบตทมขว การวเคราะหดวยเทคนคนอาศยหลกการแลกเปลยนประจภายในคอลมนทเปนเฟสคงท (Stationary phase) โดยม

52 ตวพาซงเปนเฟสเคลอนท (Mobile phase) พาสารตวอยางเขาสคอลมนทมของแขงจ าพวกเรซน บรรจอยภายในเพอท าการแลกเปลยนประจกนบนผวของเฟสคงท จากนนสารจะเขาสตวตรวจวดเพอท านายชนดของไอออนทอยภายในสารตวอยางดวยการเปรยบเทยบระยะเวลา ทสารวเคราะหในตวอยางออกเทยบกบเวลาของสารมาตรฐานทตองการวเคราะห (Fritz and Gjerde, 2009)

2) การวเคราะหดวยการไทเทรต การไทเทรตเปนอกหนงวธทใชในการวเคราะหองคประกอบของน าเกลอ ซงวธการนจะเปนวธการหลกส าหรบหาปรมาณไอออนองคประกอบในน าเกลอของงานวจยน เนองจากเปนวธทงายและสามารถวเคราะหไดทนท โดยวธการไทเทรตทอธบายในหวขอนใชส าหรบวเคราะหหาปรมาณไอออนแคลเซยม (Ca2+) และแมกนเซยม (Mg2+) ซงเปนไอออนเจอปนหลกทอยในน าเกลอดบ และเปนตนเหตของการเกดตะกรน ดงทไดน าเสนอไวใน Garrett-Price et al. (1985) โดยขนตอนการหาปรมาณไอออน Ca2+ และ Mg2+ ในน าเกลอดวยวธการไทเทรต มดงน

2.1) ปเปตน าเกลอปรมาตร 25 mL และน ากลน 475 mL ใสลงในขวดวดปรมาตรขนาด 500 mL แลวเขยาใหเปนเนอเดยวกน

2.2) ปเปตสารละลายทเตรยมในขอ 2.1) มา 25 mL ใสลงใน Erlenmeyer flask ขนาด 125 mL

2.3) เตมสารละลายบฟเฟอร NH4Cl–NH4OH ปรมาตร 1 mL และ Hardness indicator ปรมาตร 2–3 หยด เขยาใหละลายเปนเนอเดยวกน

2.4) น าไปไทเทรตกบสารละลายมาตรฐาน EDTA ความเขมขน 0.01 M จนสารละลายเปลยนจากสมวงแดงเปนสน าเงน บนทกปรมาตร EDTA ทใชเปนคา A

2.5) ปเปตสารละลายทเตรยมในขอ 2.1) มา 25 mL ใสลงใน Erlenmeyer flask ขนาด 125 mL

2.6) เตมสารละลาย NaOH ความเขมขน 1 M ปรมาตร 1 mL แลวเตม Cal-red ประมาณครงชอนตวงเพอใชเปนอนดเคเตอร

2.7) น าสารละลายในขอ 2.6) ไทเทรตกบสารละลายมาตรฐาน EDTA 0.01 M จนสารละลายเปลยนจากสมวงแดงเปนสน าเงน บนทกปรมาตร EDTA ทใชในการไทเทรตเปนคา B

2.8) น ามาค านวณปรมาณ Total hardness ปรมาณไอออน Ca2+ และ Mg2+ ในน าเกลอตามสมการดงตอไปน

Total hardness (mg/L as CaCO3) = EDTAA × N × 1000 × 50025 × 25

(3-1)

53

Calcium hardness (mg/L as CaCO3) = EDTAB × N × 1000 × 50025 × 25

(3-2)

Magnesium hardness (mg/L as CaCO3) = Total hardness – Calcium hardness (3-3)

Calcium hardness (mg/L) = Calcium hardness (mg/L as CaCO3) x 0.4 (3-4)

Magnesium hardness (mg/L) = Magnesium hardness (mg/L as CaCO3) x 0.243 (3-5)

เมอ A คอ ปรมาตร EDTA 0.01 M ทใชในการไทเทรตหา Total hardness B คอ ปรมาตร EDTA 0.01 M ทใชในการไทเทรตหา Calcium hardness NEDTA คอ ความเขมขนทแทจรงของ EDTA (mol/L)

3.3.2 การศกษาและวเคราะหสมบตทางกายภาพของตะกรน

การศกษาและวเคราะหตะกรนเปนการวเคราะหสมบตทางกายภาพของตะกรนทเกดขนในหมอเคยวสญญากาศเพอหาตนเหตของการเปนตะกรน ซงสมบตทางกายภาพทท าการวเคราะหประกอบดวย การวเคราะหหาเฟสและโครงสรางผลก การวเคราะหโครงสรางของสารและหมฟงกชนทเปนองคประกอบอยในตะกรน การวเคราะหธาตองคประกอบ และการวเคราะหการสลายตวทางความรอน โดยเทคนคทใชในการวเคราะหสมบตทางกายภาพของตะกรน มดงน

1) X-ray diffraction (XRD) (ศนศนย รกไทยเจรญชพ, 2558; Dinnebier, 2008) เ ค ร อ ง X-ray diffractometer (XRD) เ ปน เค รอ งมอ ท ใชในการว เค ร า ะ ห ห า

องคประกอบของธาตตาง ๆ ในตวอยางทงในเชงคณภาพและปรมาณซงเปนการวเคราะหทไมท าลายตวอยาง พรอมทงใชในการศกษาเกยวกบโครงสรางผลก การจดเรยงอะตอมและขนาดผลก ซงผลการวเคราะหทไดจะถกน าไปเปรยบเทยบกบฐานขอมลมาตรฐาน เพอระบว ฏภาคองคประกอบของสารตวอยาง ส าหรบการวเคราะหจะใชหลกการเลยวเบนของรงสเอกซ (X-ray) เมอรงส X-ray ตกกระทบระนาบของอะตอมภายในผลกจะมรงสบางสวนสะทอนกลบ ซงมมของรงสสะทอนกลบจะเทากบมมของรงสตกกระทบ ในป ค.ศ. 1912 นกฟสกสชาวองกฤษ W.H. Bragg และ W.L. Bragg ไดน าทฤษฎดงกลาวมาศกษารปแบบโครงสรางผลกของแรตาง ๆ ตอมาในป ค.ศ. 1948 ไดมการประดษฐคดคนเครอง X-ray diffractrometer ขนและมการ

54 พฒนาอยางตอเนองมาโดยตลอด ซงการวเคราะหดวยเทคนค XRD นนจะใชคณสมบตการเลยวเบนรงสของโครงสรางผลก ซงเปนไปตามสมการของ Bragg

x-raynλ = 2d sinθ (3-6)

เมอ n คอ 1, 2, 3, … x-rayλ คอ คาความยาวคลนของรงสเอกซ d คอ ระยะหางระหวางระนาบผลก θ คอ มมตกกระทบของรงสเอกซกบระนาบผลก

2) Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) (นพนธ ตงคณานรกษ และ คณตา ตงคณานรกษ, 2547; แมน อมรสทธ, 2009)

เทคนค FTIR เปนเทคนคทใชวเคราะหเพอตรวบสอบและศกษาโครงสรางของโมเลกลสาร โดยศกษาจากทรานซซนของการสน ของหมฟงกชนของโมเลกลของสารนน ๆ ซงอาศยหลกการดดกลนรงสทอยในชวงอนฟราเรด (Infrared) ในชวงเลขคลน (Wavenumber) ประมาณ 12800-10 cm-1 ซงรงสอนฟราเรดเปนรงสคลนแมเหลกไฟฟาทมองไมเหนดวยตาเปลาแตใหความรอนทสมผสได รงสอนฟราเรดอยระหวางชวงคลนวสเบล (Visible radiation) กบคลนไมโครเวฟ (Microwave radiation) โดยชวงของรงสอนฟราเรดแบงเปน 3 ชวง ไดแก Near infrared Middle infrared Far-Infrared ซงชวงของรงสอนฟาเรดทมกใชในการวเคราะหคอ Middle infrared มชวงเลขคลนเทากบ 4000-200 cm-1 เมอโมเลกลของสารไดดดกลนรงสอนฟราเรดเขาไป จะท าใหพนธะของโมเลกลในสารตวอยางเกดการสนและการหมน ซงความถของรงสทโมเลกลดดกลนเขาไปจะเทากบความถการสนของโมเลกลสารนน ๆ โดยทสารแตละตวจะมคาความถของการสนทแตกตางกนออกไปท าใหสามารถใชเทคนคนในการวเคราะหโครงสรางและชนดของสารอนทรยได ซงผลจากการวเคราะหจะแสดงในความสมพนธของ Wavenumber กบ Transmittance หรอทเรยกวา Infrared spectrum ส าหรบไดอะแกรมของเครองอนฟราเรดสเปกโทรมเตอรแบบฟเรยร -ทรานสฟอรม (FTIR) แสดงในรปท 3.3

55

รปท 3.3 องคประกอบของเครองอนฟราเรดสเปกโทรมเตอรแบบฟเรยรทรานสฟอรม (นพนธ ตงคณานรกษ และ คณตา ตงคณานรกษ, 2547; แมน อมรสทธ, 2009)

ตารางท 3.1 ชวงเลขคลนของแถบการสนของหมฟงกชนในสารประกอบตาง ๆ Region Group Possible compound present (or absen:

3700-3100 OH NH CH

Alcohols, aldehydes, carboxylic acids Amides, amines Alkynes

3100-3000 =CH CH2 or CH=CH

Aromatic compounds Alkenes or unsaturated rings

3000-2800 CH, CH2,CH3 Aliphatic group 2800-2600 CHO Aldehydes (Fermi doublet) 2700-2400 POH

SH PH

Phosphorus compounds Mercaptans and thiols Phosphines

2400-2000 CN N=N+=N- CC

Nitriles Azides Alkynes*

56 ตารางท 3.1 ชวงเลขคลนของแถบการสนของหมฟงกชนในสารประกอบตาง ๆ (ตอ)

Region Group Possible compound present (or absen: 1870-1650 C=O Acid halides, aldehydes, amides, amino acids,

anhydrides, carboxylic acids, esters ketones, lactams, lactones, quinones

1650-1550 C=C, C=N, NH Unsaturated aliphatics,*aromatics, unsaturated heterocycles, amides, amines, amino acids

1550-1300 NO2 CH3 and CH2

Nitro compounds Alkanes, alkenes, etc.

1300-1000 COC and COH S=O, P=O, C-F

Ethers, alcohols, sugars Sulfur, phosphorus, and fluorine compounds

1100-800 SiO and PO Oganosilicon and phosphorus compounds 1000-650 =CH

NH Alkenes and aromatic compounds Aliphatic amines

800-400 Chalogen Aromatic ring

Halogen compounds Aromatic compounds

ทมา : แมน อมรสทธ, 2009

3) การว เ คราะหธา ตอง คประกอบโดยเค รองมอ Energy dispersive x-ray fluorescence (EDXRF) (นพนธ ตงคณานรกษ และ คณตา ตงคณานรกษ, 2547)

X-ray fluorescenc หรอการเรองรงสเอกซ เกดจากการทธาตเกดอนตรกรยากบโฟ-ตอนรงสเอกซ (X-ray photons) แลวธาตนน ๆ จะผลตโฟตอนรงสเอกซขนมาใหมทเปนรงสเอกซเฉพาะตว ซงรงสเหลานจะถกน าไปใชในการวเคราะหธาตในตวอยางโดยอาศยความยาวคลนและพลงงาน โดยเทคนค XRF แบงออกเปน 2 ประเภท ไดแก Energy dispersive (EDXRF) และ Wavelength dispersive (WDXRF) ซงเทคนค Energy dispersive จะวดคาพลงงานของรงสเอกซเฉพาะตวทเกดขน ในขณะท Wavelength dispersive จะวดคาความยาวคลนของรงสเอกซเฉพาะตวทเกดขน การเรองรงสเอกซเกดจากการทผานรงสเอกซปฐมภมไปยงสารตวอยางทมธาตเปนองคประกอบ จากนนจะเกดการดดกลนรงสเอกซแลวท าใหอเลกตรอนในระดบพลงงานชน K (ชนในสด) ของธาตหลดออกไปจดเปนกระบวนการ Photoelectron absorption ซงจะท าใหเกดทวางของอเลกตรอนในชน K และตอนนธาตอยในรปไอออนและอยในสภาวะเรา เมอไอออนใน

57 สภาวะเรากลบสสภาวะพน อเลกตรอนจากชนพลงงาน L จะเคลอนทมาแทนทวางอเลกตรอนในชน K พรอมกบปลดปลอยรงสเอกซทเรยกวาเรองรงสเอกซออกมา

4) การวเคราะหการสลายตวทางความรอนโดยเครองมอ Simultaneous thermal analyzer (STA) (Sorai, 2004)

เปน เครองมอทประกอบดวยเทคนค TGA (Thermogravimetric analysis) และเทคนค DSC (Differential scanning calorimeter) โดย TGA เปนเทคนคทใชในการทดสอบสมบตทางความรอนของสารตวอยาง โดยวเคราะหจากการเปลยนแปลงน าหนกของสารตวอยางภายใตสภาวะทก าหนดโดยการเปลยนแปลงของน าหนกสารตวอยางจะถกบนทกเปนฟงกชนกบอณหภมหรอเวลา ในการวเคราะห TGA มกใชในการศกษาความเสถยรภาพตออณหภม ปรมาณของสาร และชนดของสารทอย ในสารตวอยาง เปนตน ในขณะทเทคนค DSC จะใชในการศกษาปรากฏการณดดความรอน (Endothermic) หรอคายความรอน (Exothermic) ทเกดขนภายในสารตวอยาง และเทคนค DSC สามารถใชในการวเคราะหหาคาความจความรอน (Heat capacity) ของสารตวอยางไดดวย โดยการวเคราะหนนจะท าการใสตวอยางลงบนตาชงความละเอยดสงทมการบนทกคาดวยโปรแกรมทไดตงไว ซงจะมการบนทกคาตอเนองเมอมการเปลยนแปลงหลงจากทมการใหความรอนแกสารตวอยาง

3.3.3 การศกษาวธการก าจดไอออนเจอปนในน าเกลอ (ระดบหองปฏบตการ) ในการศกษาและหาวธในการก าจดไอออนเจอปนในน าเกลอนน มการศกษาตวแปร

3 ตว ไดแก 1) ปรมาณสารเคม 2) ล าดบการเตมสารเคม และ 3) ผลกระทบของกาซ CO2 ทมตอการปองกนการเกดตะกรนในหมอเคยวสญญากาศ โดยรายละเอยดของการทดลองมดงตอไปน

1) การศกษาปรมาณสารเคมทใชในการก าจดไอออน ในการก าจดไอออนเจอปนหลก (Ca2+ และ Mg2+) ในน าเกลอดบ เพอเตรยมน าเกลอกอนเขาสกระบวนการตกผลกนน ไดใชวธการก าจดไอออน Ca2+ และ Mg2+ ดวยการตกตะกอน ซงไอออนทงสองจะถกก าจดออกมาในรปของตะกอนแคลเซยมคารบอเนต (CaCO3) และแมกนเซยมไฮดรอกไซด (Mg(OH)2) โดยใชสารละลาย Na2CO3 และ NaOH ตามล าดบ ซงวตถประสงคของการศกษานคอพจารณาการลดลงของปรมาณไอออนเจอปนในน าเกลอทขนกบปรมาณสารเคมทใชในการก าจดไออน ในการทดลองการก าจดไอออนเจอปนจะใชน าเกลอดบปรมาตร 1 ลตรตอหนงการทดลอง โดยน าเกลอดบทใชมคาความเขมขนเรมตนของไอออน Ca2+ เทากบ 2,982 mg/L และ Mg2+ เทากบ 2,332 mg/L โดยรายละเอยดของการทดลองมดงน

58

1.1) ค านวณปรมาณสารเคมทจะใชในการก าจดไอออน โดยปรมาณทใชจะค านวณจากปรมาณไอออนแคลเซยมและแมกนเซยม โดยการค านวณจะขนอยกบสภาวะทเลอกใช ดงแสดงในตารางท 3.2

ตารางท 3.2 สดสวนของปรมาณสารเคมทใชในการก าจดไอออนเจอปนในน าเกลอดบ

ชอสภาวะ สดสวนของปรมาณสารเคมทใช

Na2CO3 NaOH PC-PH ตามสดสวนของโรงงาน ตามสดสวนของโรงงาน SC-50%SH ตามสดสวนไอออนแคลเซยม 50%ของสดสวนไอออนแมกนเซยม SC-SH ตามสดสวนไอออนแคลเซยม ตามสดสวนไอออนแมกนเซยม 110%SC-110%SH

110%ของสดสวนไอออนแคลเซยม 110%ของสดสวนไอออนแมกนเซยม

120%SC-120%SH

120%ของสดสวนไอออนแคลเซยม 120%ของสดสวนไอออนแมกนเซยม

130%SC-130%SH

130%ของสดสวนไอออนแคลเซยม 130%ของสดสวนไอออนแมกนเซยม

1.2) เมอไดปรมาณของสารเคมทตองใช ท าการเตรยมสารละลาย โดยละลาย Na2CO3 ทเปนของแขงตามปรมาณทค านวณไดในน ากลน 20 mL และละลาย NaOH ซงเปนสารละลายทมความเขมขน 50 wt.% ตามปรมาณทค านวณไดในน ากลน 7.5 mL

1.3) เตมสารละลาย Na2CO3 ลงในน าเกลอ โดยมการกวนผสมเปนเวลา 1 ชวโมง ดวยการใชชดจายออกซเจนในตปลาเปนตวชวยในการผสม

1.4) หยดการผสม 15 นาท 1.5) เตมสารละลาย NaOH ลงในน าเกลอ ทงไว 15 นาท 1.6) เปดปมของตวจายออกซเจนในตปลาเพอผสมอกครง เปนเวลา 30 นาท 1.7) ปดลม และปลอยใหตกตะกอน อยางนอย 2 - 3 ชวโมง 1.8) น าน า เกลอใสมาวดคาปรมาณของไอออน Ca2+ และ Mg2+ ดวยว ธการ

ไทเทรตกบสารละลาย EDTA ดงวธในหวขอ “การวเคราะหดวยการไทเทรต” แตใชอตราสวนของน าเกลอ 25 mL ตอน ากลน 225 mL

59

2) การศกษาผลของล าดบการเตมสารเคมทใชในการก าจดไอออน ในหวขอนไดศกษาเพมเตมถงผลของล าดบการเตมสารเคมทมตอการลดลงของคาไอออนในน าเกลอ โดยจะท าการเตมสารละลาย NaOH กอนสารละลาย Na2CO3 ซงปรมาณของสารเคมทใชในการศกษาในหวขอนจะใชตามคาทแสดงในตารางท 3.2 และน าเกลอดบทใชในการทดลองคอ 1 ลตร มคาความเขมขนเรมตนของไอออน Ca2+ เทากบ 2,982 mg/L และ Mg2+ เทากบ 2,332 mg/L โดยรายละเอยดของวธการศกษามดงน

2.1) เตรยมสารละลาย โดยละลาย Na2CO3 ทเปนของแขงในน ากลน 20 mL และละลาย NaOH ซงเปนสารละลายทมความเขมขน 50 wt.% ในน ากลน 7.5 mL

2.2) เตมสารละลาย NaOH ทงไว 15 นาท 2.2) เปดปมตวจายออกซเจนในตปลา เพอชวยใหสารผสมกนไดดขนอก 15 นาท 2.3) เตมสารละลาย Na2CO3 โดยยงคงเปดปมอยตอไปอก 1 ชวโมง 30 นาท 2.4) ปดลม และปลอยใหตกตะกอน อยางนอย 2-3 ชวโมง 2.5) น าน า เกลอใสมาวดคาปรมาณของไอออน Ca2+ และ Mg2+ ดวยว ธการ

ไทเทรตกบสารละลาย EDTA ดงวธในหวขอ “การวเคราะหดวยการไทเทรต” แตใชอตราสวนของน าเกลอ 25 mL ตอน ากลน 225 mL

3) การศกษาผลกระทบของ CO2 ทมตอการเกดตะกรนในหมอเคยวสญญากาศ การศกษาผลกระทบของ CO2 มตอการเกดตะกรนในหมอเคยวสญญากาศ ประกอบดวยการศกษาผลของอณหภมทมตอสญเสยกาซ CO2 ในน าเกลอ และผลของการเตมกาซ CO2 ทมตอการปองกนการเกดตะกรนในหมอเคยวสญญากาศ มรายละเอยดของการทดลองดงน

3.1) การศกษาผลของอณหภมทมตอสญเสยกาซ CO2 ในน าเกลอ (1) ตวงน าเกลอทก าจดไอออนแลว 100 mL ใสลงขวดรปชมพ 2 ขวด (2) น าไปอนทอณหภมตาง ๆ ไดแก 60 70 80 และ 90 ºC เปนเวลา 30 นาท (3) ปดปากขวดดวยพลาสตกแรปและกระดาษฟอยล รอใหเยน (4) ขวดท 1 หยดฟนอลฟทาลน (Phenolphthalein) และไทเทรตดวย

กรด HCl 0.1 M บนทกคาเปน Vp (5) ขวดท 2 หยดเมทลออเรนจ (Methyl orange) และไทเทรตดวยกรด HCl

0.1 M บนทกคาเปน Vmo เมอไดคา Vp และ Vmo จะตองมการพจารณาสมการทใชในการหาปรมาณ CO2 ดงตารางท 3.3

60 ตารางท 3.3 สมการทใชในการค านวณหาคาความเปนดาง (Alkalinity)

Volume Concentration Predominant form of alkalinity

Approximate concentration

Vp = Vmo CO32- [CO3

2-] = Vp * NHCl/VS Vp = 0 HCO3

- [HCO3-] = Vmo * NHCl/VS

Vmo = 0 OH- [OH-] = Vp * NHCl/VS Vmo > Vp CO3

2- and HCO3- [CO3

2-] = Vp * NHCl/VS [HCO3

-] = (Vmo-Vp) * NHCl/VS Vp > Vmo OH- and CO3

2- [CO32-] = Vmo * NHCl/VS

[HCO3-] = (Vp-Vmo) * NHCl/VS

ทมา : Lower, 1999

โดย NHCl คอ คาความเขมขนของกรด HCl มคาเทากบ 0.1 M VS คอ ปรมาตรของน าเกลอทใชในการหาคาความเปนดาง เทากบ 100 mL

3.2) ผลของการเตมกาซ CO2 ทมตอการปองกนการเกดตะกรนในหมอเคยวสญญากาศ

(1) วดคา pH และคาไอออน Ca2+ และ Mg2+ เรมตนของน าเกลอดบทน ามาศกษา

(2) ตวงน าเกลอดบปรมาตร 250 mL ใสในบกเกอร ปดดวยกระดาษฟอยล (3) ปลอยกาซ CO2 ลงในน า เกลอ ดวยอตราการไหล 100 mL/min ท

อณหภม 30 ºC เปนเวลา 15 นาท (4) สงเกตการเปลยนแปลงทเกดขนในน าเกลอ วดคา pH หลงเตมกาซ CO2 (5) หากมตะกอนเกดขนใหกรองและลางดวยน ากลน เพอน าตะกอนไป

วเคราะหดวย SEM และ XRD (ถาไมมใหขามไป) (6) ไทเทรตหาคาความเปนดางตามวธทอธบายในหวขอ 3.1)

3.3.4 การศกษาแนวทางในการแยกตะกอนทตกคางอยในน าเกลอ (ระดบหองปฏบตการ) เมอไดศกษาแนวทางในการก าจดไอออนเจอปนในน าเกลอแลว วธการก าจดตะกอน

กมสวนส าคญในการปองกนการเกดตะกรนได ส าหรบการศกษาการแยกตะกอนแบงเปน 2 สวนไดแก สวนท 1 ศกษาการแยกตะกอนทเกดจากกระบวนการก าจดไอออนและสวนท 2 ศกษาการ

61 แยกตะกอนขนาดเลกทตกคางในน าเกลอ โดยในสวนท 1 จะศกษาการแยกตะกอนดวยวธการเตมสารชวยเรงตกตะกอนและการตกตะกอนในทอเอยง และการทดลองสวนท 2 ท าการแยกตะกอนตกคางขนาดเลกดวยการอนรอนน าเกลอและการเตมตวลอ (Seeding) ซงการแยกตะกอนดวยการอนรอน ไดท าการศกษาความสามารถในการละลายของ Mg(OH) ส าหรบใชเปนขอมลในการหาอณหภมส าหรบการอนรอน โดยมรายละเอยดของการทดลองดงน

1) การแยกตะกอนทเกดจากกระบวนการก าจดไอออนออกจากน าเกลอ เม อก าจดไอออน Ca2+ และ Mg2+ ออกมาในรปของตะกอน CaCO3 และ

Mg(OH)2 ตะกอนทงสองจะถกแยกออกจากน าเกลอดวยการตกตะกอนภายใตแรงโนมถวงของโลก ซงใชระยะเวลาในการตกตะกอนทคอนขางนาน จงสนใจศกษาผลของการเตมสารชวยเรงตกตะกอนและผลของการตกตะกอนในทอเอยง เพอลดระยะเวลาในการตกตะกอน โดยการแยกตะกอนจะศกษาทอณหภม 30 ºC

1.1) การศกษาผลของการเตมสารชวยเรงตกตะกอน ในการแยกตะกอนโดยการเตมสารชวยเรงตกตะกอน ไดศกษาผลของความเขมขนของสารชวยเรงตกตะกอนและปรมาตรของสารชวยเรงตกตะกอนทใช ซงความเขมขนทศกษาไดแก 0.1 0.25 และ 0.5 %w/v และปรมาตรของสารชวยเรงตกตะกอนทใชตอตะกอนทเกดจากการก าจดไอออนในน าเกลอปรมาตร 500 mL ไดแก 2.5 5 10 mL ซงชนดของสารชวยเรงตกตะกอนทใชคอ MAX FLOC 912 เปนโพลเมอรชนดไมมขว ซงมรายละเอยดของวธการทดลองดงน

(1) ตวงน าเกลอดบปรมาตร 500 mL ใสลงในบกเกอร (2) เตรยมสารละลาย Na2CO3 และ NaOH โดยใชสภาวะ SC-CH ส าหรบ

การก าจดไอออน Ca2+ และ Mg2+ ในน าเกลอดบ (3) เตมสารละลาย Na2CO3 ลงผสมกบน าเกลอเปนเวลา 1 ชวโมง โดยมการ

ใชชดจายออกซเจนในตปลาเปนตวชวยในการผสม (4) หยดการผสม 15 นาท (5) เตมสารละลาย NaOH ลงในน าเกลอ ทงไว 15 นาท (6) เปดปมของชดจายออกซเจนในตปลาเพอผสมอกครง เปนเวลา 15 นาท (7) เตมสารชวยเรงตกตะกอน โดยยงเปดปมตอเนองเปนเวลา 15 นาท (8) ปดปม ยายสารจากบกเกอรลงในกระบอกตวงทมขดบอกปรมาตร

ขนาด 500 mL (9) เรมจบเวลา สงเกตการตกตะกอน จนระดบตะกอนถงขดปรมาตร

ท 150 mL

62

1.2) การศกษาผลของการตกตะกอนภายในทอเอยง การตกตะกอนภายในทอเอยงเปนอกหนงแนวทางทสามารถลดระยะเวลาในการตกตะกอนได โดยในหวขอนจะเปนการศกษาการตกตะกอนในทอเอยง ทท ามมกบระนาบ 60º ซงการตกตะกอนในทอเอยงน ไดศกษาผลของการเตมสารชวยเรงตกตะกอนรวมดวย ดงน นวธการทดลองจงคลายกบหวขอ 1.1) “การศกษาผลของการเตมสารชวยเรงตกตะกอน” แตในขนตอนท (8) จะเปนการยายสารจาก บกเกอรลงกระบอกเอยง จากนนจะจบเวลาและสงเกตการตกตะกอน จนกระทงระดบตะกอนถงขดบอกปรมาตรประมาณ 150 mL

2) การแยกตะกอนตกคางขนาดเลกดวยการอนรอนน าเกลอและการเตมตวลอ (Seeding) 2.1) การอนรอน การเกดตะกรนในหมอเคยวสญญากาศ มพฤตกรรมทสอดคลอง

กบสมบตของสารทเปน Inverse solubility ซงเปนพฤตกรรมของตวถกละลายในน าเกลอ ทสามารถละลายไดนอยลงเมออณหภมของน าเกลอสงขน จงสงผลใหตวถกละลายแยกตวออกมาเปนของแขงและกอตวเปนตะกรน จากพฤตกรรมดงกลาว จงสนใจทจะศกษาการอนรอนน าเกลอกอน เพอเรงใหตวถกละลายทเปนตนเหตของการเกดตะกรนแยกตวออกมากอน จากนนจงท าการกรองแยกกอนน าน าเกลอปอนเขาสหมอเคยวสญญากาศ ส าหรบการแยกตะกอนตกคางดวยการอนรอน โดยมการศกษาดงน 1) การศกษาความสามารถในการละลายของ Mg(OH)2 กอน เพอใชเปนขอมลในการหาอณหภมทเหมาะสมส าหรบการอนรอน จากนนศกษาผลของตวแปรตาง ๆ ทมตอการลดลงของปรมาณตะกอนตกคางในน าเกลอ ดงน 2) ผลของการเตมสารชวยเรงตกตะกอน 3) ผลของระยะเวลาทใชในการตกตะกอนภายใตแรงโนมถวงของโลก และ 4) ผลของน าเกลอทเกบตวอยางจากอปกรณตาง ๆ ภายในโรงงานผลตเกลอ เมอไดคาปรมาณตะกอนจากการอนรอน ไดน ามาค านวณเพอประมาณคาเปนความหนาของตะกรนทอาจจะเกดขนในหมอเคยวสญญากาศ หากตงสมมตฐานวามการปอนน าเกลอตวอยางเหลานเขาสกระบวนการผลตเกลอ โดยอณหภมทใชในการอนรอนส าหรบการทดลองนเทากบ 110 ºC เนองจากตองการใหปรมาณตะกอนทเกดขนมคาใกลเคยงกบปรมาณตะกอนทจะเกดขนจรง ซงรายละเอยดของวธการทดลองมดงน

2.1.1) การศกษาความสามารถในการละลายของ Mg(OH)2 ในการศกษาความสามารถในการละลายของ Mg(OH)2 จะศกษาการละลายของ Mg(OH)2 ในตวท าละลายทมคาความเขมขนของไอออนแตกตางกนเมออณหภมมการเปลยนแปลง โดยตวท าละลายทศกษาไดแก น ากลน สารละลาย NaCl 22 wt.% น าเกลอดบ น าเกลอทก าจดไอออนดวยสภาวะ PC-PH และน าเกลอทก าจดไอออนดวยสภาวะ SC-SH โดยวธการทดลองมดงน

63

(1) วดคาไอออน Mg2+ เรมตนในน าเกลอกอนท าการทดลอง (2) ชง Mg(OH)2 ปรมาณ 0.08 กรม ละลายในตวท าละลาย 50 mL

เทใสขวดรปชมพปดปากขวดดวยพลาสตกแรปและฝาขวด (3) น าขวดรปชมพจมลงในอางควบคมอณหภมทตงอณหภมไวแลว

(30 - 90oC) พรอมทงเขยาเปนเวลา 8 ชวโมง (4) กรองแยกของแขงทไมละลายออกจากตวท าละลาย (5) น าตวท าละลายมาวดคาไอออน Mg2+ ดวยวธการไทเทรต ดง

แสดงในหวขอ “การวเคราะหดวยการไทเทรต” โดยใชอตราสวนของน าเกลอ 25 mL ตอน ากลน 225 mL ส าหรบน าเกลอดบและน าเกลอก าจดไอออนแลว สวนน าและสารละลาย NaCl ไมตองเจอจางในน ากลน

(6) ท าการทดลองซ า โดยเปลยนอณหภมและชนดของตวท าละลาย 2.1.2) ผลของการเตมสารชวยเรงตกตะกอน ในการศกษาผลของการเตม

สารชวยเรงตกตะกอนทมตอการลดลงของปรมาณตะกอนตกคางในน าเกลอ มวธการทดลอง ดงน (1) ตวงน าเกลอดบปรมาตร 1 ลตร จ านวน 4 ชด (2) ท าการก าจดไอออนในน าเกลอดบทเตรยมไวทง 4 ชด โดยการ

เตมสารเคมดวยสภาวะ SC-50%SH (3) เตรยมสารชวยเรงตกตะกอนความเขมขน 0.1 0.5 และ 1.0 wt.% (4) เมอก าจดไอออนดวยสารเคมเสรจเรยบรอยแลว น าเกลอชดแรก

จะตกตะกอนภายใตแรงโนมถวงของโลก ชดท 2 3 และ 4 จะตกตะกอนดวยการเตมสารชวยเรงตกตะกอนทความเขมขน 0.1 0.5 และ 1.0 wt.% ตามล าดบ โดยปรมาณสารชวยเรงตกตะกอนทเตมเทากบ 5 mL และการตกตะกอนจะปลอยทงไวเปนเวลา 24 ชวโมง

(5) แยกน าเกลอใสออกจากตะกอน แลวกรองซ าดวยกระดาษกรองขนาด 11 µm

(6) แบงน าเกลอปรมาตร 200 mL ใสลงขวดกนกลม ปดฝาและน าไปตงในเตาหลม ปรบอณหภมไปทระดบ 1.5 (อณหภมประมาณ 110±1 oC) ใหความรอนเปนเวลา 1 ชวโมง

(7) กรองน าเกลอทผานการอนรอนดวยกระดาษกรองขนาด 11 µm และลางดวยน ากลนปรมาตร 100 mL

(8) น าไปอบแหงท 100 oC เปนเวลา 2 ชวโมง จากนนชงน าหนก พรอมบนทกคา

64

2.1.3) ศกษาการอนรอนน าเกลอทบ าบดแลวผานการตกตะกอนภายใตแรงโนมถวงของโลก ในการศกษาผลของระยะเวลาทใชในการตกตะกอนภายใตแรงโนมถวงของโลก ทมตอการลดลงของปรมาณตะกอนตกคางในน าเกลอ จะใชน าเกลอทมระยะเวลาในการตกตะกอนเทากบ 1 3 5 และ 7 วน มาท าการศกษาโดยมวธการทดลอง ดงน

(1) ตวงน าเกลอทก าจดไอออนดวยสภาวะ SC-SH ปรมาตร 150 mL ใสในขวดกนกลม ปดฝาและน าไปตงในเตาหลม

(2) ปรบอณหภมไปทระดบ 1.5 (อณหภมประมาณ 110±1 oC) ใหความรอนเปนเวลา 30 นาท

(3) จากนนกรองแยกดวยกระดาษกรองขนาด 11 µm และลางดวยน ากลนปรมาตร 100 mL

(4) น าไปอบแหงท 100 oC เปนเวลา 2 ชวโมง น าไปชงน าหนก พรอมบนทกคา

2.1.4) ผลของน าเกลอทเกบตวอยางจากอปกรณตาง ๆ ภายในโรงงานผลตเกลอ ในการทดลองนจะเปนการเกบน าเกลอตวอยางจากอปกรณตาง ๆ ภายในโรงงานผลตเกลอ มาอนรอน เพอหาปรมาณตะกอนตกคางในน าเกลอ โดยจดทท าการเกบตวอยางน าเกลอ ไดแก (1) น าเกลอจากบอผสม/บอตกตะกอน (2) น าเกลอจากบอพกน าเกลอใส (3) น าเกลอขาออกจากถงกรองและ (4) น าเกลอขาออกจากถงอนรอน (Preheater) โดยรายละเอยดของการทดลอง มดงน

(1) ตวงน าเกลอตวอยางปรมาตร 300 mL ใสในขวดกนกลม ปดฝาและน าไปตงในเตาหลม ปรบอณหภมไปทระดบ 1.5 (อณหภมประมาณ 110±1 oC) จากนน ใหความรอนเปนระยะเวลา 30 นาท

(2) เมอผานการอนรอน ใหกรองแยกดวยกระดาษกรองขนาด 11 µm และลางดวยน ากลนปรมาตร 100 mL

(3) น าไปอบแหงท 100 oC เปนเวลา 2 ชวโมง น าไปชงน าหนก พรอมบนทกคา

2.2) ศกษาผลของการเตมตวลอ (Seeding) ทมตอการแยกตะกอนตกคางในน าเกลอ การเตมตวลอ (Seeding) เปนการทดลองเพอศกษาถงความเปนไปไดในการน าวธการเตมตวลอหรอ Seeding ไปปรบใชในการแยกตะกอนตกคาง พรอมทงลดคาไอออนเจอปนในน าเกลอ ซงการเตมตวลอจะท ารวมกบการอนรอน และหากผลการทดลองแสดงใหเหนวาแนวทางนสามารถก าจดตะกอนและลดคาปรมาณไอออนเจอปนได จะน าแนวทางนไปปรบใชในถงอนรอน ดงนน จงศกษาผลของอณหภมรวมดวย โดยมคาอยในชวง 60 - 100 oC และสารทน ามาใชเปนตวลอคอ

65 สาร CaCO3 และ Mg(OH)2 โดยอนภาคมขนาดเฉลยเทากบ 12.32 และ 77.46 µm ตามล าดบ ซงวดขนาดของตวลอดวย FBRM method (Mettler Toledo model ParticleTrack E25) โดยตวลอแตละชนดจะใชอยางละ 50 wt.% ของปรมาณรวม โดยปรมาณรวมของตวลอทใชตอน าเกลอ 100 mL คอ 0.1 และ 0.2 กรม โดยรายละเอยดของวธการทดลองมดงน

(1) เตรยมน าเกลอทก าจดไอออนดวยสภาวะ PC-PH พรอมทงวดคาไอออน Ca2+ และ Mg2+ เรมตน จากนนแบงใสขวดรปชมพไวขวดละ 250 mL

(2) ตวงน าเกลอทแบงไวมา 100 mL ใสลงในชดเครองแกวทดสอบปฏกรยาแบบแจคเกต เพอใหงายตอการควบคมอณหภม ตดตงเขากบอางควบคมอณหภมทตงอณหภมแลว

(3) อนน าเกลอทอณหภมก าหนดไว เปนระยะเวลา 2 ชวโมง (4) เตมตวลอทเตรยมไว ลงไปในน าเกลอทงไว 30 นาท จากนนเรมปเปต

น าเกลอเพอหาคาไอออน Ca2+ และ Mg2+ ดวยวธการไทเทรตทก ๆ 1 ชวโมง จนครบ 8 ชวโมง โดยวธการทอางองตามวธในหวขอ “การวเคราะหดวยการไทเทรต” แตใชสดสวนของน าเกลอทลดลง โดยใชอตราสวนของน าเกลอ 5 mL ตอน ากลน 100 mL

3.3.5 การศกษาพฤตกรรมการเกดตะกรนและการปองกนการเกดตะกรน ส าหรบการทดลองน ไดจ าลองอปกรณอยางงายขนมาเพอจ าลองพฤตกรรมการเกด

ของตะกรน โดยลกษณะของอปกรณดงกลาวมลกษณะเปนทอรปตวยท าจากทอเหลกกลาไรสนม (Stainless steel) ดงแสดงในรปท 3.4 การทดลองในหวขอนประกอบไปดวย 1) การศกษาพฤตกรรมการเกดตะกรน 2) การศกษาผลของการเตมสารปองกนการเกดตะกรน (Anti-scaling) และ 3) การวเคราะหสมบตของตะกรนทเกดขนในชดจ าลอง

1) การศกษาพฤตกรรมการเกดตะกรน ในการศกษาพฤตกรรมการเกดตะกรนบนพนผวทอเหลกกลาไรสนม โดยศกษาผล

ของน าเกลอทมตอการเกดตะกรน ซงน าเกลอทศกษาไดแก น าเกลอดบ และน าเกลอทผานการก าจดไอออนดวยสภาวะ SC-SH และสภาวะ PC-PH ซงมรายละเอยดของการศกษาดงน

(1) ตวงน าเกลอปรมาตร 500 mL ใสบกเกอรขนาด 500 mL พรอมตดตงอปกรณตามรปท 3.4

(2) เปดอางควบคมอณหภม (Oil bath) โดยตงอณหภมใหมคาเทากบ 115 oC และกวนดวยแทงแมเหลก (Magnetic stirrer)

(3) เรมจบเวลา เมออณหภมของอางควบคมเทากบคาทตงไว (4) สงเกตการกอตวของตะกรนบนผวของทอ จนครบ 12 ชวโมง

66

(5) ปดเครองควบคมอณหภม ปลอยใหชดการทดลองเยนลง จากนนน าน าเกลอมากรองผานกระดาษกรอง 2.5 µm ลางดวยน ากลนและปลอยใหแหงในโถดดความชน ชงน าหนกพรอมบนทกคา ส าหรบของแขงทกรองแยกได จะถกน าไปวเคราะหดวยเทคนค XRD

(6) น าน าเกลอทผานการกรองมาวดคาความเขมขนของไอออน Ca2+ และ Mg2+ โดยใชวธตามหวขอ “การวเคราะหดวยการไทเทรต” ซงใชสดสวนของน าเกลอทลดลง โดยใชอตราสวนของน าเกลอ 5 mL ตอน ากลน 100 mL

(7) ท าการทดลองซ าตงแตขอ (1) ถงขอ (4) โดยใชทอรปตวยซ า จากการทดลองในรอบท 1 ส าหรบท าซ าอก 4 ครงโดยเปลยนแคน าเกลอชดใหม เมอครบ 5 ครง จะท าการฉดลางทอรปตวยและเกบตวอยางของแขงทเกาะอยบนผวทอเพอน าไปวเคราะหดวย XRD

รปท 3.4 อปกรณจ าลองเพอศกษาพฤตกรรมการเกดตะกรนอยางงาย

2) การศกษาผลของการเตมสารปองกนการเกดตะกรน (Anti-scaling) ในการศกษาการเตมสารปองกนการเกดตะกรน (Anti-scaling) ไดศกษาขอมล

เบองตนเกยวกบสารปองกนการเกดตะกรนและสามารถใชในอตสาหกรรมอาหารได จงเลอกใช

67 กวรกม (Guar gum) ซงเปนสารทผลตไดจากเมดกวรและเปนสารทใชในการเพมความยดหยนใหกบอาหาร จงน ามาใชในการปองกนการเกดตะกรน ซงมวธการทดลองดงน

(1) ตวงน าเกลอปรมาตร 500 mL ใสบกเกอรขนาด 500 mL พรอมตดตงอปกรณตามรปท 3.4

(2) ละลายสารกวรกมลงไปในน าเกลอโดยตรง โดยใชปรมาณ 0.05 wt.% ตอปรมาตรน าเกลอ

(3) เปดอางควบคมอณหภม (Oil bath) โดยต งอณหภมใหมคาเทากบ 115 ºC พรอมกวนดวยแทงแมเหลก (Magnetic stirrer)

(4) เรมจบเวลา เมออณหภมของอางควบคมเทากบคาทตงไว (5) สงเกตการกอตวของตะกรนบนผวของทอ จนครบ 12 ชวโมง (6) ปดเครองควบคมอณหภม ปลอยใหชดการทดลองเยนลง เกบน าเกลอเพอ

น าไปตรวจวดคาความเขมขนของไอออน Ca2+ และ Mg2+ ในน าเกลอ ดวยวธตามหวขอ “การวเคราะหดวยการไทเทรต” ซงใชสดสวนของน าเกลอทลดลง โดยใชอตราสวนของน าเกลอ 5 mL ตอน ากลน 100 mL

(7) ท าการทดลองซ าตงแตขอ (1) ถงขอ (4) โดยใชทอรปตวยซ า จากการทดลองในรอบท 1 ส าหรบท าซ าอก 4 ครงโดยเปลยนแคน าเกลอชดใหม เมอครบ 5 ครง จะท าการฉดลางทอรปตวยและเกบตวอยางของแขงทเกาะอยบนผวทอเพอน าไปวเคราะห

หมายเหต ในการทดลองนจะไมมขนตอนของการกรองแยกของแขงออกจากน าเกลอ เพราะใชเวลาในการกรองทนาน เนองจากสารปองกนการเกดตะกรนทเตมลงไป ท าใหน าเกลอกรองแยกไดยากเพราะมลกษณะเปนเจล

3) การวเคราะหสมบตของตะกรนทเกดขนในชดจ าลอง จากการลดลองเพอศกษาพฤตกรรมของการเกดตะกรนในชดจ าลอง พบวาม

ตะกรนเกดขนทผวทอของชดจ าลอง จงมการเกบรวบรวมตะกรนทเกดขนในชดการทดลองมาท าการวเคราะหสมบตทางกายภาพดวยเทคนค XRD เพอเปนขอมลสนบสนนสาเหตของการเกดตะกรนทพบในหมอเคยวสญญากาศของโรงงาน ดงทไดวเคราะหไปแลวในหวขอ 3.3.2

3.3.6 การเสนอวธการปองกนการเกดตะกรน ในหวขอนเปนการเสนอแนวทางในการปองกนการเกดตะกรน โดยมทงวธทไดท า

และไมไดท าการทดสอบ ซงวธการทน าเสนอมทงหมด 7 แนวทาง ไดแก 1) การเพมปรมาณสารเคมในการก าจดไอออน 2) การเตมสารชวยเรงตกตะกอน 3) การใชถงตกตะกอนแบบ Lamellar

68 รวมกบการอนรอน 4) การปรบต าแหนงระหวางบอกรองทรายกบถงอนรอน 5) การเตมตวลอ (Seeding) เพอลอใหเกดการตกตะกอน 6) การเตมสารปองกนการเกดตะกรน (Anti-scaling) และ 7) การใชเทคโนโลยคอลลอยด-เอ-ตรอน (Colloid-A-tron) โดยรายละเอยดของแตละแนวทางทศกษา แสดงในหวขอท 4.6

3.3.7 การศกษาการน ากากตะกอนมาเพมมลคา เนองจากการก าจดไอออนดวยวธทางเคม จะก าจดไอออน Ca2+ และ Mg2+ ออกมาใน

รปของตะกอน CaCO3 และ Mg(OH)2 ซงงานวจยนจะเรยกตะกอนดงกลาววา “กากตะกอน” เมอพจารณากากตะกอนทเกดขน พบวาเปนสารประกอบทสามารถน ากลบมาใชได จงไดศกษาแนวทางเพอน าเอาตะกอนไปใชประโยชน โดยแนวทางทนาสนใจคอ การน ากากตะกอนไปผลตเปนตวเรงปฏกรยาในกระบวนการผลตน ามนไบโอดเซลจากน ามนพชใชแลว ซงมรายละเอยดของการศกษาดงน

1) การเตรยมตวเรงปฏกรยาจากกากตะกอน (1) น าตะกอนจากบอผสม 500 กรม มาลางดวยน ากลน 1 L จากนนกรองเพอแยก

เอาตะกอน (2) น าตะกอนไปอบท 80oC โดยอบทงไวขามคน (3) น าตะกอนทอบแลว ไปเผาทอณหภม 850 oC ดวยอตราการใหความรอน

10 oC/min เปนเวลา 2 ชวโมง จะไดออกมาเปนตวเรงปฏกรยา (4) น าตะกอนทอบแลว จากขอ (2) กบตวเรงปฏกรยาทได จากขอ (3) ไปทดสอบ

สมบตทางกายภาพและเคม ดวยเทคนคตาง ๆ ไดแก TGA XRD SEM Surface analyzer และ CO2-TPD

2) การผลตไบโอดเซลจากตวเรงปฏกรยา (1) ชงน ามนพชใชแลว 50 กรม น าไปอนใหมอณหภม 60 oC (2) ชงเมทานอล 30 กรม และตวเรงปฏกรยา 2 กรม น าไปผสมกนในชดเครอง

แกวทดสอบปฏกรยาแบบมแจคเกต ทมการควบคมอณหภมไวท 60 oC พรอมกวนดวยแทงแมเหลก (3) เตมน ามนพชทอนแลวลงในชดเครองแกวทดสอบปฏกรยาแบบมแจคเกต

จากนนปลอยใหท าปฏกรยา 8 ชวโมง (4) เมอครบ 8 ชวโมง ปลอยใหเยนและน ามากรองเพอแยกตวเรงปฏกรยา

จากนนท าการระเหยเมทานอลทเหลอออกจากของผสมระหวางกลเซอรอลกบน ามนไบโอดเซล (5) เมอระเหยเมทานอลแลว น าของผสมเทใสกรวยแยก เพอแยกกลเซอรอลออก

จากน ามนไบโอดเซล

69

(6) ท าการวเคราะหน ามนไบโอดเซลทผลตไดดวย GC เพอหาองคประกอบ เมทลเอสเทอรของกรดไขมน (Fatty acid methyl ester, FAME) รวมทงวเคราะหสมบตทางภายภาพของน ามนไบโอดเซลดวย ไดแก ความหนด ความหนาแนน และจดวาบไฟ

3.3.8 การประเมนราคาของวธการปองกนการเกดตะกรน เมอไดศกษาแนวทางในการปองกนการเกดตะกรนในหมอเคยวดวยวธตาง ๆ ไป

แลว ไดเลอกการปองกนการเกดตะกรนดวยวธการเพมปรมาณสารเคมในการก าจดไอออน Ca2+ และ Mg2+ ส าหรบน าเสนอใหกบทางโรงงาน พรอมทงท าการประเมนตนทนในการผลตเกลอ ส าหรบใชประกอบในการตดสนใจของโรงงาน โดยการประเมนตนทนในการผลตเกลอจะสรางโปรแกรมอยางงายขนมา โดยใชแผนงานค านวณ (Worksheet) จากโปรแกรม Microsoft excel เนองจากเปนโปรแกรมทมการตดตงอยแลวในคอมพวเตอรทวไปและสามารถน าไปใชงานไดทนท โดยขนตอนของการประเมนตนทน เรมตนจากการวาดแผนผงแสดงภาพรวมของกระบวนการผลตเกลอ จากนนรวบรวมขอมลทเกยวของกบการผลตเกลอ ไดแก อตราการไหลของน าเกลอเขา หมอเคยว ก าลงการผลตตอวน ตนทนของสารเคมและตนทนดานอน ๆ ทใชในกระบวนการผลตเกลอ รวมถงรายละเอยดของอปกรณทจะท าการตดตงเพมเขาไปในโรงงาน เชน เครองตกตะกอน และเครองรดตะกอน เปนตน ซงขอมลเหลานจะถกปอนเขาโปรแกรมทสรางขนดวยผใชงาน จากนนผใชงานจะเปนผควบคมใหโปรแกรมท าการค านวณ หลงจากผานกระบวนการค านวณ ผลทไดจะถกแสดงออกมาในหนาตางแสดงผลทก าหนดไว

บทท 4 ผลการวเคราะหขอมลและการอภปรายผล

จากวตถประสงคในการปองกนการเกดตะกรนในกระบวนการผลตเกลอดวยหมอเคยวระบบสญญากาศนน เบองตนจ าเปนตองทราบถงสมบตของน าเกลอดบซงเปนวตถดบหลกในการผลตเกลอ โดยไดมการวเคราะหองคประกอบของน าเกลอ พรอมทงศกษาตะกรนทเกดขนในหมอเคยวสญญากาศเพอใหทราบถงสมบตของตะกรน เพอบงชถงสาเหตของการเกดตะกรน นอกจากน ไดศกษาถงแนวทางตาง ๆ ทจะใชในการปองกนการเกดตะกรน ไดแก การเพมปรมาณสารเคมส าหรบก าจดไอออนเจอปนและการแยกตะกอนดวยวธการตาง ๆ เชน การใชสารชวยเรงตกตะกอน การอนรอน และการเตมตวลอ เมอไดศกษาแนวทางส าหรบปองกนการเกดตะกรน ไดมการเสนอแนวทางทสามารถน าไปประยกตใชในโรงงานอตสาหกรรมทเกยวของ ซงงานวจยนไดมการเลอกแนวทางทเหมาะสมและด าเนนการงายเพอน าเสนอใหกบทางโรงงาน โดยไดจดท าการประเมนตนทนของการผลตเกลอเพอใชประกอบการตดสนของโรงงาน ซงการประเมนตนทนของการผลตเกลอค านวณดวยแผนงานค านวณ (Worksheet) ของ Microsoft excel ทไดมการเขยนค าสงไว ส าหรบการค านวณ

4.1 ผลการศกษาและวเคราะหองคประกอบของน าเกลอดบ เพอใหทราบถงภาพรวมขององคประกอบตาง ๆ ภายในน าเกลอดบ จงไดท าการวเคราะห

น าเกลอดบดวยเทคนคไอออนโครมาโทกราฟ พบวาน าเกลอดบประกอบดวยไอออนโซเดยม (Na+) ไอออนคลอไรด (Cl-) ไอออนซลเฟต (SO4

2-) ไอออนแคลเซยม (Ca2+) และไอออนแมกนเซยม (Mg2+) ดงผลทแสดงในตารางท 4.1 และเมอพจารณาปรมาณของไอออนตาง ๆ ทพบในน าเกลอ จะเหนไดวาปรมาณของไอออนขนกบแหลงทมาของน าเกลอ นอกจากเทคนคไอออนโครมาโทกราฟแลว ไดวเคราะหหาไอออน Ca2+ และ Mg2+ ดวยวธการไทเทรต ซงพบวาคาทไดจากการไทเทรตมคาใกลเคยงกบคาทไดจากเทคนคไอออนโครมาโทกราฟ ดงแสดงในตารางท 4.2 โดยมคารอยละความแตกตางของทงสองวธไมเกนรอยละ 15 ดงนน การวเคราะหหาคาไอออน Ca2+ และ Mg2+ ในงานวจยนจงใชวธการไทเทรตเปนหลก เนองจากเปนวธทสะดวกและวเคราะหผลไดทนท

71

ตารางท 4.1 ปรมาณไอออนองคประกอบในน าเกลอดบทวเคราะหดวยเทคนคไอออน- โครมาโทกราฟและปรมาณไอออนทพบในน าเกลอจากแหลงตาง ๆ

แหลงน าเกลอ ปรมาณไอออนเจอปน (mg/L)

Cl- Na+ SO42- Mg2+ Ca2+

น าเกลอใตดน (บรษท สยามทรพยมณ)

162,523.75 102,126.25 3,702.75 1,682.62 2,491.77

น าทะเล (Sea water) Culkin (1965) quoted in Hitchon and Holter (1971)

19,353 10,760 2,712 1,294 413

Great salt lake George et al. (1966) quoted in Hitchon and Holter (1971)

166,000 91,000 23,400 12,400 <200

Dead sea (average) Livingstone (1963) quoted in Hitchon and Holter (1971)

208,000 34,940 540 41,960 15,800

ตารางท 4.2 ปรมาณไอออนแคลเซยมและแมกนเซยมในน าเกลอดบทวเคราะหดวยวธการไทเทรต ไอออน ปรมาณไอออน (mg/L)

ไออนแมกนเซยม (Mg2+) 1,670.95 ไอออนแคลเซยม (Ca2+) 2,140.99

จากการวเคราะหองคประกอบในน าเกลอดบพบวา น าเกลอดบประกอบดวยไอออน Na+ และ Cl- เปนหลกและมไอออนอนเจอปนไดแก ไอออน Ca2+ ไอออน Mg2+ และไอออน SO4

2- โดยไอออนทงสามชนดลวนเปนสาเหตของการเกดตะกรน โดยตวอยางตะกรนทอาจจะเกดขน ไดแก แคลเซยมคารบอเนต (CaCO3) แคลเซยมซลเฟต (CaSO4) และแมกนเซยมไฮดรอกไซด (Mg(OH)2)

72

ดงทกลาวไวโดย Heitmann (1990) ดงนน เพอปองกนไมใหเกดตะกรนในหมอเคยวสญญากาศและเพอใหไดเกลอทมความบรสทธ จะตองมกระบวนการก าจดไอออนเจอปนกอนปอนน าเกลอเขาสหมอเคยวสญญากาศ

4.2 ผลการศกษาและวเคราะหสมบตทางกายภาพของตะกรน จากผลการวเคราะหองคประกอบในน าเกลอดบท าใหทราบถงสาเหตเบองตนของการเกดตะกรน แตเนองจากในกระบวนการผลตเกลอจะมกระบวนการท าบรสทธเกลอหรอกระบวนการก าจดไอออน Ca2+ และ Mg2+ อยแลว ท าใหผลการวเคราะหองคประกอบในน าเกลอดบไมสามารถบงชสาเหตของการเกดตะกรนทแทจรงได จงไดมการน าตะกรนทผานการชะลางออกจากหมอเคยวสญญากาศมาวเคราะหสมบตทางกายภาพ ไดแก การวเคราะหหาโครงสรางผลกของสารในตะกรนดวยเทคนค XRD การวเคราะหโครงสรางสารในตะกรนดวยเทคนค FTIR การวเคราะหหาธาตองคประกอบในตะกรนดวยเทคนค XRF และการวเคราะหการสลายตวทางความรอนของตะกรนดวยเทคนค STA โดยลกษณะของตะกรนทผานการชะลางออกจากหมอเคยวสญญากาศมลกษณะเปนแผนแขงสขาว ซงมความหนาประมาณ 4 มลลเมตร ดงแสดงในรปท 4.1

รปท 4.1 ลกษณะของตะกรนทเกดขนในหมอเคยวระบบสญญากาศ

ความหนา 4 มม.

73

4.2.1 X-ray diffraction (XRD) จากการวเคราะหโครงสรางผลกของสารในตะกรนทเกดขนในหมอเคยวสญญากาศ

ดวยเครอง X-ray diffraction (XRD) โดยใชหลกการเลยวเบนของรงสเอกซทตกกระทบหนาผลกของสารตวอยางทมมมตาง ๆ กน พบวา โครงสรางผลกของตะกรนและโครงสรางผลกของ Mg(OH)2 บรสทธ (เกรดทางการคา) ทวเคราะหดวยเทคนค XRD มลกษณะทตรงกนและเมอเปรยบเทยบโครงสรางผลกของตะกรนกบโครงสรางผลกของสารในฐานขอมลของเครอง XRD ชใหเหนวาโครงสรางผลกของสารประกอบในตะกรนคอ Mg(OH)2 ดงแสดงในรปท 4.2 นอกจากน โครงสรางผลกของตะกรนกบโครงสรางผลกของ Mg(OH)2 แบบ Hexagonal ทสงเคราะหจากแร บรไซต (Brucite) ในงานวจยของ Pang et al. (2011) ยงมลกษณะของโครงสรางผลกทตรงกบตะกรนอกดวย

รปท 4.2 ผลการวเคราะหโครงสรางผลกของสารใน (a) ตะกรน และ (b) Mg(OH)2 บรสทธ

4.2.2 Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) ส าหรบการวเคราะหโครงสรางสารประกอบในตะกรนจะอาศยการวดคาการดดกลน

รงสอนฟราเรดในชวงเลขคลน (Wavenumber) 12800 – 10 cm-1 โดยการวเคราะหโครงสรางสารเพอหาหมฟงกชนทเปนองคประกอบของตะกรนส าหรบงานวจยน ไดท าการศกษาในชวงเลขคลน 4000 - 400 cm-1 ซงผลของการวเคราะหและการเปรยบเทยบสเปคตรมของตะกรนกบ Mg(OH)2

74

และ CaCO3 ดงแสดงในรปท 4.3 แสดงใหเหนวาสเปคตรมของตะกรนตรงกบสาร Mg(OH)2 บรสทธ โดยโครงสรางสารประกอบของตะกรนมเพยงหมฟงกชนไฮดรอกซล (-OH) และไมพบหมฟงกชนคารบอนล (C=O) และเมอเทยบผลการวเคราะหตะกรนดวยเทคนค FTIR กบสาร Mg(OH)2 ทสงเคราะหขนในงานวจยของ Pang et al. (2011) พบวา โครงสรางสารประกอบของตะกรนกบสาร Mg(OH)2 ทสงเคราะหมลกษณะทใกลเคยงกน นอกจากน ผลการวเคราะหตะกรนดวยเทคนค FTIR ยงสอดคลองกบผลการวเคราะหโครงสรางผลกดวย XRD ซงชใหเหนวาสาเหตของตะกรนทพบในหมอเคยวสญญากาศคอสารประกอบ Mg(OH)2

รปท 4.3 โครงสรางสารประกอบของ (a) CaCO3 (b) Mg(OH)2 และ (c) ตะกรน

4.2.3 X-ray fluorescence (XRF) จากการวเคราะหโครงสรางผลกดวยเทคนค XRD และการวเคราะหโครงสราง

สารประกอบดวยเทคนค FTIR แสดงใหเหนวา Mg(OH)2 เปนสาเหตของการเกดตะกรน แตเพอใหทราบถงปรมาณของสารทเปนตนเหต จงวเคราะหหาธาตองคประกอบภายในตะกรนดวยเทคนค XRF จากผลการวเคราะหพบวาธาตหลกในตะกรนคอธาตแมกนเซยม (Mg) ซงมปรมาณมากทสดคดเปนรอยละ 58 โดยมวล และมธาตออกซเจน (O) รอยละ 40 โดยมวล ในขณะทธาตแคลเซยม (Ca) มเพยงรอยละ 0.3 โดยมวล ดงแสดงในรปท 4.4 ซงจากผลการว เคราะหปรมาณธาต

75

องคประกอบในตะกรน แสดงใหเหนวาสาเหตของการเกดตะกรนในหมอเคยวสญญากาศคอสารทมธาต Mg เปนองคประกอบหลก

รปท 4.4 ปรมาณรอยละของธาตองคประกอบในตะกรนทวเคราะหดวยเทคนค XRF

4.2.4 ผลการวเคราะหการสลายตวทางความรอนของตะกรน จากการวเคราะหสมบตทางกายภาพของตะกรนดวยการวเคราะหโครงสรางผลก

การวเคราะหโครงสรางสารประกอบและธาตองคประกอบในตะกรน พบวาสาเหตหลกของการเกดตะกรนในหมอเคยวสญญากาศของกระบวนการผลตเกลอคอสาร Mg(OH)2 แตเพอเปนการยนยนและสนบสนนผลทไดกลาวมาแลวนน จงวเคราะหสมบตการสลายตวทางความรอนของตะกรน ซงเปนการวเคราะหการเปลยนแปลงสมบตทางกายภาพหรอทางเคมของตะกรนตออณหภมและเวลา จากผลการวเคราะหพบวา สาร Mg(OH)2 บรสทธและตะกรนมการสลายตวท 200-400 ºC โดยมการสญหายของมวลไปประมาณ 25 - 30% ดงแสดงในรปท 4.5 ซงลกษณะการสลายตวทางความรอนของตะกรนยงใหผลทใกลเคยงกบผลการสลายตวทางความรอนของสาร Mg(OH)2 ทรายงานโดย APHANE (2007) และ Yan et al. (2002)

76

รปท 4.5 การสลายตวทางความรอนของ (a) Mg(OH)2 บรสทธ และ (b) ตะกรน

จากการวเคราะหสมบตทางกายภาพและองคประกอบของธาตของตะกรนดวยเทคนคตาง ๆ แสดงใหเหนวาตะกรนมสาเหตมาจาก Mg(OH)2 ซงทมาของ Mg(OH)2 ไดแก ไอออน Mg2+ และตะกอน Mg(OH)2 โดยไอออน Mg2+ สามารถเปลยนไปเปนสาร Mg(OH)2 ได เมออณหภมและคา pH ของน าเกลอมคาสงขน (Heitmann, 1990) สวนตะกอน Mg(OH)2 ทเปนอกหนงสาเหตของการเกดตะกรนนน เกดจากกระบวนการก าจดไอออนเจอปนดวยสารเคม ทก าจดไอออน Mg2+ ออกมาในรปของ Mg(OH)2 ซงมสมบตในการตกตะกอนทชา จงอาจเกดการตกคางอยในน าเกลอทจะปอนเขาสหมอเคยวสญญากาศ จากสมมตฐานของการเกดตะกรนเนองจากไอออน Mg2+ และตะกอน Mg(OH)2 จงน ามาสการศกษาแนวทางในการก าจดไอออนเจอปนในน าเกลอดบและการแยกตะกอนตกคางเพอปองกนการเกดตะกรนในหมอเคยวสญญากาศ

4.3 ผลการศกษาวธการก าจดไอออนเจอปนในน าเกลอ (ระดบหองปฏบตการ) จากการวเคราะหหาองคประกอบของน าเกลอดบพบวา มไอออน Ca2+ Mg2+ และ SO4

2- เปนไอออนเจอปน ซงไอออน Ca2+ และ Mg2+ จะถกก าจดออกจากน าเกลอในรปของแขงดวยวธการเตมสารเคม สวนซลเฟต SO4

2- จะถกก าจดออกมาในรปของสารละลายทเรยกวา “น าขม” หรอโซเดยมซลเฟต (Na2SO4) โดยจะถกปลอยทงหลงจากทแยกเกลอออกจากน าเกลอดวยเครองปนเหวยง ส าหรบการก าจดไอออนเจอปนในน าเกลอ จะท าใหไดเกลอผลตภณฑทมคณภาพและลด

77

ปญหาการเกดตะกรนในหมอเคยวสญญากาศได โดยตวแปรทจะศกษาในการก าจดไอออนเจอปนในน าเกลอ ไดแก ปรมาณสารเคมทใชและล าดบในการเตมสารเคม นอกจากน มการศกษาผลกระทบของ CO2 ทมตอการเกดตะกรนในหมอเคยวสญญากาศ โดยมผลจากการทดลองดงน

4.3.1 ผลการศกษาปรมาณและล าดบการเตมสารเคมทใชในการบ าบดน าเกลอ จากการศกษาปรมาณของสารเคมทใชในการก าจดไอออน Ca2+ และ Mg2+ ดวย

สภาวะดงแสดงในตาราง 3.2 พบวา เมอก าจดไอออน Ca2+ และ Mg2+ ดวยสภาวะ PC-PH จะก าจดไอออน Ca2+ ไดประมาณรอยละ 70 และก าจดไอออน Mg2+ ไดเพยงรอยละ 20 และเมอเพมปรมาณสารเคมตามสภาวะ SC-50%SH พบวาสามารถก าจดไอออน Ca2+ ไดถงรอยละ 80 แตก าจดไอออน Mg2+ ไดเพมขนเปนรอยละ 30 - 40 เทานน แตเมอมการก าจดไอออน Ca2+ และ Mg2+ ดวยสภาวะ SC-SH พบวา การเพมปรมาณสารเคมใหเทากบปรมาณไอออน Ca2+ และ Mg2+ สามารถก าจดไอออนทงสองไดมากกวารอยละ 80 และหากเพมปรมาณสารเคมใหมากเกนพอจะสามารถก าจดไอออนเจอปนทงสองไดเกอบทงหมด ดงผลทแสดงในรปท 4.6 การเพมปรมาณสารเคมในการก าจดไอออนเปรยบเสมอนการเพมความเขมขนของสารตงตน (Na2CO3 และ NaOH) ใหเขาท าปฏกรยากบไอออน Ca2+ และ Mg2+ ทอยในน าเกลอดบ ซงการเพมความเขมขนของสาร Na2CO3 และ NaOH เปนการเพมอตราการเกดปฏกรยา และท าใหสารผลตภณฑ CaCO3 และ Mg(OH)2 ในน าเกลออยในสภาวะอมตวยงยวดมากขน จงสงผลใหการตกตะกอนของ CaCO3 และ Mg(OH)2 มากขน และไอออน Ca2+ และ Mg2+ ในน าเกลอมคาลดลง

78

รปท 4.6 รอยละของการก าจดไอออนแคลเซยมและแมกนเซยมดวยสภาวะทแตกตางกน

79

ส าหรบการศกษาผลของล าดบการเตมสารเคมทมตอการก าจดไอออนเจอปน พบวาภาพรวมของล าดบการเตมสารเคมแทบจะไมมผลตอการก าจดไอออน แตการก าจดไอออนดวยสภาวะ SC-SH และ 110%SC-110%SH ทท าการเตมสาร NaOH กอนสาร Na2CO3 (Adding NaOH first) สามารถก าจดไอออน Ca2+ ไดมากกวาการเตมสาร Na2CO3 กอน NaOH (Adding Na2CO3 first) อาจเนองมาจากสาร NaOH ไมเพยงแตเขาไปจบกบไอออน Mg2+ เทานน แตยงท าใหน าเกลอมคา pH เพมขนจนมคา pH เทากบ 8 ซงเปนสภาวะทท าให CaCO3 อมตวยงยวด จงสงผลให CaCO3 เกดการตกตะกอนไดมากขน (Irving, 1926) อยางไรกตาม ถงแมวาการเตมสาร NaOH กอน จะก าจดไอออน Ca2+ ไดมากขนเมอก าจดไอออนดวยสภาวะ SC-SH และ 110%SC-110%SH แตมงานวจยทรายงานโดย Moritz (1980) ไดกลาววาการเตมสาร NaOH ลงไปในน าเกลอกอนนน จะสงผลใหตะกอนทเกดขนมลกษณะเบาและเหนยวท าใหกรองแยกไดยาก แตการเตมสาร Na2CO3 กอนจะท าใหตะกอนจบตวกนไดดและตกตะกอนไดงาย

จากการศกษาผลของปรมาณและล าดบการเตมสารเคม แสดงใหเหนวาการก าจดไอออน Ca2+ และ Mg2+ ดวยสภาวะ SC-SH สามารถก าจดไอออนทงสองไดมากกวารอยละ 80 และหากใชสภาวะ 110%SC-110%SH หรอใชสารมากกวาสดสวนของไอออนประมาณรอยละ 10 จะสามารถก าจดไอออน Ca2+ และ Mg2+ ไดเกอบรอยละ 100 โดยล าดบการเตมสารทเหมาะสมคอการเตมสาร Na2CO3 กอนสาร NaOH (Adding Na2CO3 first) เนองจากสงผลดตอการตกตะกอนและการกรองแยก

4.3.2 ผลกระทบของ CO2 ทมตอการเกดตะกรนในหมอเคยวสญญากาศ จากงานวจยของ Al-Rawajfeh et al. (2005) ไดสรปผลการศกษาผลของกาซ CO2 ทม

ตอการเกดตะกรนวา การสญเสยกาซ CO2 จากการระเหย มบทบาทตอการเกดตะกรน เนองจากการสญเสยกาซ CO2 จะท าใหน าเกลอมคา pH สงขนจนท าให CaCO3 อยในสภาวะอมตวยงยวดและตกตะกอนออกมา ดงนน จงท าการศกษาผลกระทบของอณหภมทมตอการสญเสยกาซ CO2 จากการทดลองพบวา เมออณหภมของน าเกลอสงขนสงผลใหความเขมขนของไอออนคารบอเนต (CO3

2-) และไบคารบอเนต (HCO3

-) มคาลดลง เนองจากการสญเสยกาซ CO2 ท าใหสมดลคารบอเนตมการเปลยนแปลง ดงผลทแสดงในรปท 4.7 ซงการสญเสยกาซ CO2 ไดชกน าใหไอออน HCO3

- เปลยนเปนไอออน CO3

2- มากขน จงท าใหปรมาณของไอออน CO32- ในน าเกลอมปรมาณมากกวา

HCO3- ซงปรมาณของไอออน CO3

2- ทมคาสงกวาไอออน HCO3- แสดงใหเหนถงโอกาสของการ

เกดตะกรนเมอน าเกลอมการสญเสยกาซ CO2 เนองจากการเพมขนของอณหภม

80

รปท 4.7 ความเขมขนของไอออนคารบอเนตและไบคารบอเนตในน าเกลอทอณหภมแตกตางกน

สบเนองจากการสญเสยกาซ CO2 ท าใหโอกาสของการเกดตะกรนสงขน จงไดศกษาผลของการเตมกาซ CO2 ลงไปในน าเกลอเพอลดโอกาสของการเกดตะกรน ซงอณหภมทศกษาคอ 30 ºC ผลจากการทดลองพบวาเมอเตมกาซ CO2 ลงไปในน าเกลอดบจะท าใหคา pH ของน าเกลอดบลดลง (ตารางท 4.3)โดยคา pH ทวดไดต ากวาคา pH ทเหมาะสมตอการตกตะกอนของแคลเซยมคารบอเนต (pH 8) และแมกนเซยมไฮดรอกไซด (pH 10) (Irving, 1926) นอกจากน จากผลการวเคราะหปรมาณไอออน CO3

2- และ HCO3- พบวา น าเกลอดบทผานการเตมกาซ CO2 ในงานวจยน

ไมมไอออน CO32- มเพยงไอออน HCO3

- ซงแสดงใหเหนวา การเตมกาซ CO2 ลงในน าเกลอจะชวยลดโอกาสของการเกดตะกรนได อยางไรกตาม ถงแมการทดลองนไดแสดงใหเหนวาการเตม CO2 จะชวยลดโอกาสของการเกดตะกรนได แตการน าไปประยกตใชจรงอาจมความซบซอน เนองจากจะตองใช CO2 ในปรมาณทมากและจะตองเตมกาซ CO2 ลงในถงทควบคมความดนได อกทง การใชกาซ CO2 จะท าใหตนทนของการผลตสงขน เพราะจะตองมคาใชจายในการซอกาซ CO2 และซอถงทควบคมความดนได

81

ตารางท 4.3 ปรมาณคารบอเนตและไบคารบอเนตในน าเกลอดบหลงเตมกาซ CO2

น าเกลอ (ปรมาณ CO2) คา pH CO32- (mg/L) HCO3

- (mg/L)

น าเกลอดบ 5.75 0.00 36.61

น าเกลอดบ (150 cc) 4.31 0.00 48.82

น าเกลอดบ (300 cc) 4.09 0.00 61.02

4.4 ผลการศกษาแนวทางในการแยกตะกอนทตกคางอยในน าเกลอ (ระดบหองปฏบตการ) จากการก าจดไอออน Ca2+ และ Mg2+ ในน าเกลอดบดวยวธการเตมสารเคม พบวาไอออน

Ca2+ และ Mg2+ จะตกตะกอนออกมาในรปของ CaCO3 และ Mg(OH)2 ซงโดยทวไปแลว ตะกอนเหลานจะถกแยกออกจากน าเกลอดวยวธการตกตะกอนภายใตสภาวะแรงโนมถวงของโลก แตเนองจากวธการตกตะกอนจะใชเวลาคอนขางนาน ซงอาจใชเวลานานถง 24 ชวโมง จงไดศกษาผลของการเตมสารชวยเรงตกตะกอนและการตกตะกอนในทอเอยงทมตอการตกตะกอน นอกจากน มการศกษาวธการแยกตะกอนขนาดเลกทตกคางอยในน าเกลอดวยวธการอนรอนและการเตมตวลอ ซงผลของการศกษาในหวขอนมรายละเอยดดงน

4.4.1 ผลการเตมสารชวยเรงตกตะกอนและการตกตะกอนในทอเอยง การแยกตะกอนโดยใชสารชวยเรงตกตะกอนเปนวธการทชวยลดระยะเวลาในการ

ตกตะกอนได เนองจากสารชวยเรงตกตะกอนทเตมลงไปจะรวมตะกอนขนาดเลกใหมขนาดใหญขน ท าใหตะกอนตกไดเรวขน จากการศกษาผลของปรมาณสารชวยเรงตกตะกอนทใชและผลของการตกตะกอนในทอเอยงทอณหภม 30 ºC (รปท 4.8) พบวา เมอใชสารชวยเรงตกตะกอนปรมาตร 2.5 mL โดยเพมความเขมขนของสารชวยเรงตกตะกอนจาก 0.1 - 0.5 wt.% จะสามารถลดระยะเวลาในการตกตะตอนจาก 170 นาท เหลอเพยง 60 นาท และเมอมการเพมปรมาตรของสารชวยเรงตกตะกอนจาก 2.5 - 10 mL จะเหนวา ทความเขมขน 0.1 wt.% ระยะเวลาในการตกตะกอน ไมแตกตางกนมากนก แตเมอความเขมขนเพมสงขนเปน 0.25 - 0.5 wt.% ระยะเวลาทใชในการตกตะกอนจะลดลง

82

รปท 4.8 ผลการใชสารชวยเรงตกตะกอนทมตอการลดระยะเวลาในการตกตะกอน

83

จากการศกษาสรปไดวาการเพมความเขมขนและปรมาตรของสารชวยเรงตกตะกอน จะท าใหระยะเวลาในการตกตะกอนลดลง เนองจากความเขมขนและปรมาตรทเพมขน สงผลใหโอกาสในการจบตะกอนมเพมขน ท าใหตะกอนรวมตวกนและตกตะกอนไดเรวขน นอกจากการใชสารชวยเรงตกตะกอนจะชวยลดระยะเวลาในการตกตะกอนแลว การตกตะกอนในทอเอยงยงสามารถลดระยะเวลาในการตกตะกอนได เนองจากการตกตะกอนในทอเอยงจะมแรงตานของของเหลวนอย และมระยะทางในการตกตะกอนลงสผวของทอเอยงสนกวาทอตรง เมอตะกอนสะสมทผวของทอเอยงเพมมากขน กจะท าใหตะกอนตกลงไดเรวขน นอกจากน การใชสารชวยเรงตกตะกอนรวมกบการตกตะกอนในทอเอยง จะลดระยะเวลาในการตกตะกอนไดมากยงขน

4.4.2 ผลของการอนรอนน าเกลอตอการแยกตะกอนตกคางในน าเกลอ ส าหรบการแยกตะกอนขนาดเลกทตกคางอยในน าเกลอดวยวธการอนรอน

มสมมตฐานของการทดลองคอ สารตนเหตของการเกดตะกรนจะแยกตวออกมาในรปของแขงเมอน าเกลอมอณหภมสงขน จากสมมตฐาน ไดศกษาความสามารถในการละลายของ Mg(OH)2 ในน ากลน น าเกลอสงเคราะห (22 wt.% NaCl) และน าเกลอทมไอออน Mg2+ ในปรมาณทแตกตางกน เพอศกษาพฤตกรรมของ Mg(OH)2 ในตวท าละลายเมอมการอนรอน และหาอณหภมทเหมาะสมส าหรบน าไปประยกตใชจรงในโรงงาน โดยอณหภมทศกษาความสามารถในการละลายอยในชวง 30 - 90 ºC เมอไดขอมลจากการศกษาความสามารถในการละลาย จงท าการศกษาการอนรอนน าเกลอ เพอดผลกระทบของการเตมสารชวยเรงตกตะกอน ผลของระยะเวลาทใชในการตกตะกอน และผลของน าเกลอทสมเกบตวอยางจากอปกรณตาง ๆ ภายในโรงงานทมตอการลดปรมาณตะกอนตกคางในน าเกลอ ซงมผลจากการทดลองดงน

1) ผลการศกษาความสามารถในการละลายของสารแมกนเซยมไฮดรอกไซด จากผลการวเคราะหสมบตของตะกรนท าใหทราบวาสาเหตของการเกดตะกรน

คอ Mg(OH)2 จงน ามาสการศกษาความสามารถในการละลายของ Mg(OH)2 ในน ากลนและน าเกลอทม คาความเขมขนของไอออน Mg2+ ทแตกตางกน จากรปท 4.9 แสดงผลของการศกษาความสามารถในการละลายของ Mg(OH)2 ในน ากลนและน าเกลอสงเคราะห (22 wt.% NaCl) ซงสาเหตทใชความเขมขนของน าเกลอน เนองจากตองการใหมความเขมขนของ NaCl ใกลเคยงกบน าเกลอทใชในกระบวนการผลตของบรษท สยามทรพยมณ จากผลการทดลองพบวา Mg(OH)2

สามารถละลายไดในน าเกลอสงเคราะหไดดกวาในน ากลน เนองจากแรงดงดดระหวางไอออน Na+ และ Cl- กบ Mg(OH)2 มากกวาแรงดงดดระหวางโมเลกลของน ากบ Mg(OH)2 (Willey, 2004) และการเตมเกลอชนดอนทไมมไอออนชนดเดยวกบตวท าละลาย ลงไปในน า เกลอจะท าใหความสามารถในการละลายเพมขนเสมอ (Karkins, 1911)

84

และเมอพจารณาผลกระทบของอณหภม พบวา คาความสามารถในละลายของ Mg(OH)2 จะลดลงเมออณหภมของตวท าละลายสงขน เพราะ Mg(OH)2 มสมบตเปนสารทมความสามารถในการละลายไดทนอยลงเมออณหภมของตวท าละลายสงขน หรอเรยกวา Inverse solubility

รปท 4.9 ความสามารถในการละลายของ Mg(OH)2 ในน าและน าเกลอสงเคราะห

นอกจาก น ไดศกษาผลกระทบของความเขมขนของไอออน Mg2+ ทม ตอความสามารถในการละลายของ Mg(OH)2 ในน าเกลอ โดยความเขมขนของไอออน Mg2+ ในน าเกลอทศกษา ไดแก Mg2+ = 43.59 mg/L (รปท 4.10) Mg2+ = 239.15 mg/L (C200) และ 596.7 mg/L (C600) (รปท 4.11) และ Mg2+ = 1,440 mg/L และ 1,666.7 mg/L (รปท 4.12)

85

รปท 4.10 ความสามารถในการละลายของ Mg(OH)2 ในน าเกลอ ทมไอออน Mg2+ เทากบ 43.59 mg/L

จากรปท 4.10 พบวา อณหภมของน าเกลอไมมผลกระทบตอการเปลยนแปลงความเขมขนของไอออน Mg2+ ในน าเกลอ และเมอพจารณาความสามารถในการละลายของ Mg(OH)2 ในน าเกลอทมความเขมขนของไอออน Mg2+ สงขน (รปท 4.11 และ 4.12) พบวาแนวโนมของคาการละลายไดของ Mg(OH)2 กไมเปลยนแปลงตามอณหภม แตจะมการแกวงของคาความเขมขนของไอออน Mg2+ ใกลเคยงกบคาเรมตนของไอออน Mg2+ ในน าเกลอ

จากผลการศกษาความสามารถในการละลายแสดงใหเหนวา สาร Mg(OH)2 จะมสมบตเปนสารทละลายไดนอยลงเมออณหภมเพมขนหรอ Inverse solubility ซงสมบตนเปนตนเหตทท าใหเกดตะกรนในหมอเคยวสญญากาศ ในขณะทผลจากการศกษาความสามารถในการละลายของ Mg(OH)2 ในน า เก ลอท ม ค าไอออน Mg2+ สง ขน พบว า ค าไอออน Mg2+ ในน า เก ลอ ไมเปลยนแปลงตามอณหภมทเพมขน อาจเปนผลเนองมาจากผลกระทบของไอออน Mg2+ ทมอยในน าเกลอ (Effect of common ion)

86

รปท 4.11 ความสามารถในการละลายของ Mg(OH)2 ในน าเกลอทก าจดไอออนแลวมคาความ เขมขนเรมตนของ Mg2+ เทากบ 239.15 mg/L (C200)และ 596.7 mg/L (C600)

รปท 4.12 ความสามารถในการละลายของ Mg(OH)2 ในน าเกลอทก าจดไอออนแลวดวยสภาวะ PC-PH และน าเกลอดบ (ความเขมขนเรมตนของ Mg2+ เทากบ 1,440 และ 1,666.7 mg/L ตามล าดบ)

87

นอกจากการทดลองเพอหาคาความสามารถในการละลายของ Mg(OH)2 ในน ากลน น าเกลอสงเคราะห (22 wt.% NaCl) และน าเกลอทมคาความเขมขนของไอออน Mg2+ ทแตกตางกนแลว ในงานวจยน ยงมการค านวณคาความสามารถในการละลายของ Mg(OH)2 ในน าและน าเกลอทก าจดไอออนแลว ซงน าเกลอมคาความเขมขนของไอออน Mg2+ เทากบ 239.15 mg/L โดยศกษาในชวงอณหภม 305.15 - 353.15 K (32-80 ºC) ดวยสมการโพลโนเมยลโดยใชสมมตฐานของ Zhange et al. (2011) และสมการของ van’t Hoff (Prapasawat et al., 2014) ดงสมการ (4-1) และ (4-2) ตามล าดบ

สมการโพลโนเมยล 21X = A + BT +CT (4-1)

สมการของ van’t Hoff 1B

l n X = A + T

(4-2)

โดยท X1 คอ สดสวนโมลของ Mg(OH)2 ทเปลยนแปลงตามอณหภมของ สารละลาย

T คอ อณหภมสมบรณ (K) A, B, C คอ พารามเตอรของสมการ

จากการค านวณ จะไดคาพารามเตอรของสมการโพลโนเมยลและสมการ van’t Hoff ดงแสดงในตารางท 4.4 จากคาพารามเตอรทไดจากผลการทดลอง เมอน ามาค านวณหาคาความสามารถในการละลายของ Mg(OH)2 พบวา ผลจากการค านวณสอดคลองกบผลการทดลองเปนอยางด ดงรปท 4.13 และรปท 4.14 ซงสมการโพลโนเมยลและสมการ van’t Hoff สามารถอธบายความสามารถในการละลายของ Mg(OH)2 ในน าไดแมนย ากวา ดงจะเหนไดจากคา R

2 ทมคามากกวา 0.98 แตหากตองการเพมความแมนย าในการค านวณคาความสามารถในการละลายของ Mg(OH)2 ในน าเกลอทมไอออน Mg2+ จะตองมการค านวณดวยสมการทมพารามเตอรส าหรบผลกระทบของการปฏสมพนธ (Interaction) ระหวางไอออนตาง ๆ รวมถงความเขมขนของไอออนรวม (Ionic strength) ในน าเกลอดวย

88

ตารางท 4.4 คาพารามเตอรจากสมการโพลโนเมยลและสมการ van’t Hoff

สมการแบบจ าลอง พารามเตอร ตวท าละลาย

น ากลน น าเกลอก าจดไอออนแลว

สมการโพลโนเมยล

A 2.43x10-4 1.81x10-3 B -1.27x10-6 -9.14x10-6 C 1.69x10-9 1.24x10-8 R2 0.9848 0.9459

สมการ van’t Hoff A -17.01 -10.97 B 1,769.6 707.55 R2 0.9991 0.9386

รปท 4.13 สดสวนโมลของ Mg(OH)2 ทละลายไดในน าทอณหภมตาง ๆ

89

รปท 4.14 สดสวนโมลของ Mg(OH)2 ทละลายไดในน าเกลอทอณหภมตาง ๆ

จากการศกษาผลของอณหภมทมตอความสามารถในการละลายของ Mg(OH)2 สามารถค านวณหาคาการเปลยนแปลงเอนทาลปของการละลาย (Enthalpy change of dissolution, DissH° ) ซงใชในการอธบายถงคาความรอนทมการเปลยนแปลง เมอมการละลายของ Mg(OH)2 โดยคา DissH° สามารถค านวณไดจากความสมพนธของ van’t Hoff ดงสมการท (4-3) ดงปรากฏในงานวจยของ Prapasawat et al. (2014) และ Zhi et al. (2013)

1Diss

ln XH° = -R

1/T

(4-3)

โดยท X1 คอ สดสวนโมลของ Mg(OH)2 ทเปลยนแปลงตามอณหภมของ สารละลาย

T คอ อณหภมสมบรณ (K) R = 8.314 J/mol K

90

เมอค านวณคาการเปลยนแปลงเอนทาลปของการละลาย ( DissH° ) แลว สามารถค านวณหาคาการเปลยนแปลงเอนโทรปของการละลายได ( DissS° ) จากสมการท (4-4)

Diss Diss

1H° S°

ln X = - + RT R

(4-4)

โดยคา DissS° สามารถค านวณไดจากจดตดของกราฟความสมพนธระหวาง ln X1 กบ 1/T ดงแสดงในรปท 4.15 และเมอทราบคา DissH° และ DissS° ซงเปนคาเฉลย ทค านวณในชวงอณหภม 305.15 ถง 353.15 K จะสามารถค านวณหาคาการเปลยนแปลงพลงงานอสระกบส ( DissG° ) ได ดวยสมการท (4-5) โดยท meanT = 329.15 K

Diss Diss Diss meanG° = H° - S° T (4-5)

รปท 4.15 ความสมพนธระหวาง ln X1 และ 1/T จากสมการของ van’t Hoff จากการละลาย ของ Mg(OH)2 ในน ากลนและน าเกลอทม Mg2+ เทากบ 239.15 mg/L

จากการค านวณหาคาพารามเตอรทางเทอรโมไดนามกสทประกอบดวยคา DissH° DissS° และ DissG° ดงแสดงในตารางท 4.5 พบวา คาการเปลยนแปลงเอนทาลปของการ

91

ละลาย Mg(OH)2 ในน าและน าเกลอทก าจดไอออนแลว ( DissH° ) มคาเปนลบ ซงหมายถงกระบวนการละลายทเกดขนมการคายความรอนออกมา สวนคาพลงงานอสระกบส ( DissG° ) ทมคาเปนบวกแสดงถงกระบวนการละลายของ Mg(OH)2 ไมสามารถทจะละลายได สวนคา DissS° ทมคาเปนลบหมายถง Mg(OH)2 ในสารละลายสงผลตอความเปนระเบยบทเพมขน ซงอาจมสาเหตมาจาก การจดเรยงตวของไอออนตาง ๆ และโมเลกลของน า มความเปนระเบยบมากขน

ตารางท 4.5 พารามเตอรทางเทอรโมไดนามกสของการละลาย Mg(OH)2 ทอณหภมเฉลย 329.15 K

พารามเตอรทางเทอรโมไดนามกส ตวท าละลาย

น ากลน น าเกลอ DissH° (J/mol) -14,712.45 -5,882.57 DissS° (J/mol K) -141.39 -91.22

DissG° (J/mol) 31,828.10 24,142.89

อยางไรกตาม ผลการค านวณคาความสามารถในการละลายของ Mg(OH)2 ใน น ากลนและน าเกลอทก าจดไอออนแลว ดวยสมการโพลโนเมยลและสมการของ van’t Hoff ในงานวจยนเปนการศกษาเบองตนเพอดแนวโนมของความสามารถในการละลาย ดงนน หากตองการน าขอมลในสวนนไปใชในการอางอง ควรมการท าการทดลองเพมเตมเพอเปรยบเทยบกบผลการทดลองในงานวจยน

2) ผลของการเตมสารชวยเรงตกตะกอน จากการน าน าเกลอทผานการตกตะกอนภายใตแรงโนมถวงของโลกและการใชสารชวยเรงตกตะกอนทความเขมขนแตกตางกนมาอนรอนทอณหภม 110 ºC พบวาการเพมความเขมขนของสารชวยเรงตกตะกอน ท าใหปรมาณตะกอนทตกคางอยในน าเกลอมปรมาณลดลง ดงแสดงในรปท 4.16 เนองจากสารชวยเรงตกตะกอนจะชวยในการรวมตะกอนขนาดเลกจงท าใหมตะกอนตกคางในน าเกลอนอยลง และเมอมการคาดคะเนถงปรมาณตะกอนทจะเกดในหมอเคยวจากปรมาณของแขงทกรองแยกไดหลงจากอนรอน พบวาหากปอนน าเกลอทตกตะกอนภายใตแรงโนมถวงเขาหมอเคยวดวยปรมาตร 800 m3/day โดยไมผานการอนรอนและการกรองแยกกอน จะมตะกอนทไดเกดขนในหมอเคยวสญญากาศมากกวา 40 kg/day ดงแสดงในรปท 4.17

92

รปท 4.16 ปรมาณตะกอนจากการอนรอนน าเกลอทใชสารชวยเรงตกตะกอน ทความเขมขนแตกตางกน

รปท 4.17 ปรมาณตะกอนทไดคาดวาจะเกดขนในหมอเคยวเมอใชน าเกลอทมสภาวะเดยวกบ การทดลองในหองปฏบตการปอนเขาหมอเคยวดวยอตรา 800 m3/day

93

3) ผลของระยะเวลาทใชในการตกตะกอนภายใตแรงโนมถวงของโลก จากการศกษาผลของระยะเวลาในการตกตะกอนภายใตแรงโนมถวงทมตอการลดปรมาณตะกอนตกคางในน าเกลอ พบวา เมอระยะเวลาในการตกตะกอนมากขน ปรมาณตะกอนตกคางในน าเกลอทกรองแยกไดจากการอนรอนจะมคาลดลงดงรปท 4.18

รปท 4.18 ปรมาณตะกอนทไดจากการอนรอนน าเกลอทผานการตกตะกอนภายใต แรงโนมถวงของโลกดวยระยะเวลาทแตกตางกน

ซงจากปรมาณตะกอนทไดจากการทดลองนน เมอค านวณและเทยบเปนตะกอนทจะสะสมในหมอเคยวสญญากาศ พบวาหากปอนน าเกลอทผานการตกตะกอนภายใตแรงโนมถวงดวยระ ยะ เว ลา เพ ย ง 1 วน เ ขา สหมอ เ ค ย วดว ยป ร มาตร 800 m3 / day จ ะม ป ร มาณตะก รนประมาณ 48 กโลกรม นอกจากน ไดท าการประมาณความหนาของตะกรนทจะเกดขนในหมอเคยวสญญากาศจากคาปรมาณตะกอน โดยตงสมมตฐานใหปรมาณตะกอนทงหมดกอตวเปนตะกรน ซงพนทผวแลกเปลยนความรอนทงหมดในหมอเคยวชดสญญากาศก าหนดใหเทากบ 124.4 m2 และความหนาแนนของตะกรนเทากบ 2,344.6 kg/m3 ซงมปรมาณตะกอนและความหนาของตะกรนทคาดคะเนวาจะเกดในหมอเคยวแสดงอยในรปท 4.19 โดยความหนาของตะกรนทจะเกดขนสามารถค านวณไดจากสมการท (4-6)

94

precipitate

scale evaporator

MScale thickness (mm) = 1000

S

(4-6)

โดยท precipitateM คอ ปรมาณตะกอนทเกดขนใน 1 วน (kg) scale คอ ความหนาแนนของตะกรน (kg/m3)

evaporatorS คอ พนทผวแลกเปลยนความรอนในหมอเคยว (m2)

รปท 4.19 ผลของระยะเวลาทมตอปรมาณตะกอนและความหนาของตะกรนทคาดวาจะเกดขน เมอปอนน าเกลอเขาสหมอเคยวสญญากาศปรมาตร 800 m3/day

4) ผลของน าเกลอท เกบตวอยางจากอปกรณตาง ๆ ภายในโรงงานผลตเกลอ ในการศกษานเปนการศกษาเพอตรวจสอบปรมาณตะกอนทตกคางอยในน าเกลอ ซงเปนน าเกลอทสมเกบตวอยางจากอปกรณตาง ๆ ภายในโรงงานผลตเกลอ ซงประกอบดวย บอบ าบด/บอผสม บอพกน าเกลอใส ถงกรองทราย และถงอนรอน ซงปรมาณตะกอนทไดจากการอนรอนน าเกลอตวอยางในระดบหองปฏบตการ เมอค านวณหาปรมาณตะกอนและความหนาของตะกรนทคาดวาจะเกดขนในหมอเคยวสญญากาศ เมอใชน าเกลอจากอปกรณตาง ๆ ปอนเขาสหมอเคยวสญญากาศดวย

95

ปรมาตร 800 m3/day จากการทดลองพบวา หากปอนน าเกลอจากบอบ าบดเขาหมอเคยวโดยตรง จะมตะกอนสะสมประมาณ 23 kg/day หรอใน 1 วน ความหนาของตะกรนจะหนาถง 0.07 mm ดงรปท 4.20

รปท 4.20 ผลของน าเกลอจากโรงงานตอปรมาณตะกอนและความหนาของตะกรนทคาดวาจะ เกดขนเมอปอนน าเกลอเขาสหมอเคยวสญญากาศปรมาตร 800 m3/day

5) ผลการวเคราะหตะกอนทเกดจากการอนรอนน าเกลอ จากการศกษาการอนรอนน าเกลอทมระยะเวลาในการตกตะกอนแตกตางกนและน าเกลอทสมเกบตวอยางจากอปกรณตาง ๆภายในโรงงานผลตเกลอ พบวาน าเกลอจะขนขนหลงจากมการอนรอน เนองจากมตะกอนสขาวเกดขน ซงเบองตนสนนษฐานวาตะกอนดงกลาวอาจเปนสาร Mg(OH)2 ซงเปนสารตวเดยวกบทพบในตะกรนของหมอเคยวสญญากาศ เพอเปนการยนยนสมมตฐานจงวเคราะหโครงสรางผลกดวยเทคนค XRD ผลการวเคราะหพบวาโครงสรางผลกของตะกอนเปนสารประกอบกลมแคลไซต -แมกนเซยน (Calcite magnesian) ดงรปท 4.21 ซงถอวามความใกลเคยงกบโครงสรางผลกของตะกรน ส าหรบสารแคลไซตแมกนเซยนประกอบดวยธาต Ca ธาต Mg ธาต C และธาต O โดยสตรโมเลกลของสารทไดจากการวเคราะหโครงสรางผลกคอ (MgX CaY)(CO3) โดยท X และ Y แสดงถงปรมาณของธาตนน ๆ

96

การศกษาการอนรอนน าเกลอ เพอกรองแยกตะกอนตกคางขนาดเลกออกจากน าเกลอ เปนการศกษาเบองตนถงอทธพลของตวแปรตาง ๆ ทมผลตอการลดปรมาณตะกอนตกคางขนาดเลกในน าเกลอ และเปนการศกษาเพอพจารณาถงความเปนไปไดในการแยกตะกอนตกคางดวยวธการอนรอน ดงนน หากตองการศกษาการแยกตะกอนดวยการอนรอนควรท าการศกษาเพมเตม

(a) ผลของระยะเวลาในการตกตะกอน

(b) ผลของน าเกลอทสมเกบตวอยางจากอปกรณตาง ๆ ภายในโรงงานผลตเกลอ

รปท 4.21 XRD pattern ของตะกอนทเกดขนในการอนรอนน าเกลอ

97

4.4.3 ผลการศกษาการเตมตวลอ (Seeding) ทมตอการตกตะกอน จากการทดลองเตมตวลอ (Seeding) ลงไปน าเกลอทผานการก าจดไอออนดวย

สภาวะ PC-PH (ใชสารเคมตามสดสวนของโรงงาน) โดยมการศกษาผลของอณหภมรวมดวย ซงเปนการทดลองเพอก าจดตะกอนและลดปรมาณไอออนเจอปนในน าเกลอภายในถงอนรอนกอนปอนน าเกลอเขาสหมอเคยวสญญากาศ พบวา ปรมาณของแขงทกรองไดหลงจากเตมตวลอมคาเทากบปรมาณของตวลอทเตมเขาไป และการเตมตวลอยงใหผลทใกลเคยงกบการทดลองการหาความสามารถในการละลายของ Mg(OH)2 ในน าเกลอ เนองจากคาปรมาณไอออนในน าเกลอหลงการเตมตวลอ CaCO3 และ Mg(OH)2 ทมขนาด 12.32 และ 77.46 µm ตามล าดบ พบวามคาไมแตกตางจากคาเรมตน ดงผลการทดลองทแสดงในตารางท 4.6 รปท 4.22 และรปท 4.23 จากการทดลองนแสดงใหเหนวา การเตมตวลอไมสามารถก าจดตะกอนและลดปรมาณไอออนเจอปนในน าเกลอได เพราะสภาวะของไอออนตาง ๆ ทอยในน าเกลอไมอยในสภาวะอมตวยงยวดทมากพอ จงท าใหแรงขบดน (Driving force) ไมมากพอตอการเพมอตราการเตบโตของผลก ส าหรบสภาวะอมตวของไอออน Mg2+ และ Ca2+ พจารณาไดจากคาความเขมขนของไอออนทงสอง ณ เวลาตาง ๆ โดยพบวาเมออนน าเกลอทอณหภมตาง ๆ กอนท าการเตมตวลอเปนเวลา 2 ชวโมง คาความเขมขนของไอออนทงสองไมเปลยนแปลงจากคาเรมตน จากนนเมอเตมตวลอและและเกบคาทชวงเวลา ตาง ๆ จะพบวาคาความเขมขนของไอออนมการเปลยนแปลงแบบไมคงทแตคาทเปลยนแปลงไปใกลเคยงกบคาไอออนเรมตนในน าเกลอ ดงนน วธการเตมตวลอจงไมเหมาะสมทจะน ามาใชใน การแยกตะกอนและลดคาไอออนเจอปนในน าเกลอ

ตารางท 4.6 ปรมาณตวลอทเตมลงในน าเกลอและของแขงทไดจากการแยกตะกอนตกคางใน น าเกลอปรมาตร 150 mL

อณหภม (ºC) ปรมาณตวลอ 0.1 กรม ปรมาณตวลอ 0.2 กรม

เรมตน สดทาย เรมตน สดทาย 60 0.1032 0.1056 0.2071 0.1980 70 0.1031 0.1001 0.2127 0.2157 80 0.1018 0.0953 0.2050 0.2143 90 0.1093 0.0984 0.2075 0.1925 100 0.1035 0.0978 0.2126 0.2062

98

รปท 4.22 คาความเขมขนของไอออนหลงการเตมตวลอ ปรมาณ 0.1 กรม ตอน าเกลอทก าจดไอออนแลว ปรมาตร 150 mL ณ เวลาตาง ๆ

99

รปท 4.23 คาความเขมขนของไอออนหลงการเตมตวลอ ปรมาณ 0.2 กรม ตอน าเกลอทก าจดไอออนแลว ปรมาตร 150 mL ณ เวลาตาง ๆ

100

4.5 ผลการศกษาพฤตกรรมการเกดและการปองกนการเกดตะกรน 4.5.1 ผลการศกษาพฤตกรรมการเกดตะกรน เมอมการใหความรอนแกน าเกลอดบ

น าเกลอทผานการก าจดไอออนดวยสภาวะ PC-PH (น าเกลอ PC-PH) และน าเกลอผานการก าจดไอออนดวยสภาวะ SC-SH (น าเกลอ SC-SH) พบวาจะมของแขงเกาะตดอยทผวทอรปตวย โดยมลกษณะเปนคราบสขาวและในขณะเดยวกนกจะมของแขงตกตะกอนออกมาสะสมอยดานลางของบกเกอรหลงจากทใหความรอน ดงแสดงในรปท 4.24 ซงปรมาณของแขงทกรองแยกไดกบปรมาณตะกอนทแยกไดจากทอรปตวย เมอทดลองโดยใชน าเกลอดบ น าเกลอ PC-PH และน าเกลอ SC-SH จะมปรมาณทแตกตางกน โดยปรมาณของแขงทเกดขนจากการใชน าเกลอแตกตางกนไดผลดงน น าเกลอดบ > น าเกลอ PC-PH > น าเกลอ SC-SH ดงทแสดงในรปท 4.25

รปท 4.24 ตะกรนทกอตวบนผวทอรปตวยและของแขงทตกตะกอนอยดานลางของชดการทดลอง เมอไมมการใชสารปองกนการเกดตะกรน

จากผลการศกษาพฤตกรรมการเกดตะกรนจากน าเกลอทแตกตางกน แสดงใหเหนวาน าเกลอทมคาความเขมขนของไอออน Ca2+ และ Mg2+ ทสง จะมโอกาสในการเกดตะกรนมากกวา

กาวซลโคน

เกลอ

คราบตะกรน

101

เนองจากน าเกลอทมไอออน Ca2+ และ Mg2+ สง จะเขาสสภาวะอมตวยงยวดมากขนเมอมการระเหยของน าบางสวน โดยตะกรนทเกดจากไอออนเหลานไดแก CaSO4 CaCO3 Mg(OH)2 ซงเปนสารทมสมบตเปนสารทมความสามารถในการละลายต าลงเมออณหภมเพมขนหรอ Inverse solubility (Garrett-Price, 1985) ท าใหเกดการตกตะกอนและเกดเปนตะกรนเกาะทผวของทอรปตวยทใชในการแลกเปลยนความรอนระหวางน ามนรอนกบน าเกลอ ดงนน การลดคาความเขมขนของไอออน Ca2+ และ Mg2+ ในน าเกลอเปนแนวทางเบองตนทสามารถปองกนการเกดตะกรนได ส าหรบการศกษาพฤตกรรมการเกดตะกรนดวยชดจ าลองทสรางขนน จะใชเวลาในการทดลองในแตละสภาวะทคอนขางนาน ดงนนผลทไดการศกษาทแสดงนจงเปนผลของการศกษาเบองตน อยางไรกตาม ผลจากการทดลองนสามารถใชเปนแนวทางส าหรบการศกษาพฤตกรรมของการเกดตะกรนได

รปท 4.25 ปรมาณของแขงและตะกรนทเกดขนจากการศกษาพฤตกรรมการเกดตะกรน จากน าเกลอทแตกตางกนทเกดขนททอรปตวย

4.5.2 ผลการศกษาผลของการเตมสารปองกนการเกดตะกรน จากการศกษาการใชกวรกมเปนสารปองกนการเกดตะกรน โดยการละลายกวรกมปรมาณ 0.05 wt.% ตอปรมาตรน าเกลอ ลงในน าเกลอโดยตรงนน เมอน าน าเกลอทมกวรกมละลายอยในน าเกลอไปศกษาพฤตกรรมการเกดตะกรนในชดจ าลองพบวา ทบรเวณผวทอจะไมมคราบของตะกรนสขาวดงทพบในรปท 4.24 แตจะ

102

เปนคราบลกษณะนมลนเกาะอยทผวทอ ดงแสดงในรปท 4.26 อยางไรกตาม ถงแมการใชกวรกมเปนสารปองกนการเกดตะกรนจะสามารถปองกนการกอตวของตะกรนบนพนผวทอแลกเปลยนความรอนได แตการเตมสารปองกนการเกดตะกรนลงไปในน าเกลอจะสงผลใหความบรสทธของน าเกลอมคาต าลง เนองจากสารปองกนการเกดตะกรนทใชในการทดลองนจะตกตะกอนลงมาเมออณหภมสงขนและมความเหนยวท าใหกรองแยกออกไดคอนขางยาก ดงนน กวรกมอาจไมเหมาะกบการน าไปใชในการปองกนการเกดตะกรนในหมอเคยวสญญากาศ

รปท 4.26 การเกาะตวของของแขงบนผวทอเมอมการเตมสารปองกนการเกดตะกรน

4.5.3 ผลการวเคราะหตะกรนทเกดขนในชดจ าลองการเกดตะกรน ในการวเคราะหตะกรนทเกดขนในชดจ าลองแบบทอรปตวยดวยเทคนค XRD พบวา ตะกรนทเกดขนบนผวทอเมอใชน าเกลอดบจะมโครงสรางผลกของสารตรงกบสาร CaSO4 ดงรปท 4.27 โดยตะกรนชนดนมกจะพบในอตสาหกรรมเกลอ (Kaufmann, 1960) ส าหรบการเกดตะกรน CaSO4 ในชดจ าลองการเกดตะกรน เกดจากสมบตของการเปน Inverse solubility ของสาร CaSO4 ทจะละลายไดนอยลงเมอน าเกลอมอณหภมสงขน จงสงผลใหเกดการตกตะกอนและกอตวเปนตะกรนบนผวทอแลกเปลยนความรอน (Heitmann, 1990) ซงการกอตวของตะกรน CaSO4 สอดคลองกบคาความเขมขนของ

เกลอ

คราบของกวรกม

103

ไอออน Ca2+ และ SO42- ทมอยในน าเกลอดบ แตตะกรนทเกดขนไมมสารประกอบทเกดจากไอออน

Mg2+ อาท Mg(OH)2 อาจเนองมาจากสภาวะของคา pH ในน าเกลอต ากวา 10 (Irving, 1926)

รปท 4.27 โครงสรางผลกของตะกรนทเกดในชดจ าลองเมอใชน าเกลอดบในการศกษา

ส าหรบผลการวเคราะหโครงสรางผลกของตะกรนทเกดขนในชดจ าลองเมอมการใชน าเกลอทผานกระบวนการก าจดไอออนดวยสภาวะ PC-PH และ SC-SH พบวา พคของกราฟ XRD มฐานกราฟทกวาง ดงแสดงในรปท 4.28 ซงลกษณะของกราฟทเกดขนนไมสามารถระบชนดของโครงสรางผลกไดอยางชดเจน อาจเนองมาจากตะกรนทเกดขนมโครงสรางเปนอสณฐาน แตเพอท านายถงความเปนไปไดของชนดสารประกอบทอยภายในตะกรน ไดเปรยบเทยบโครงสรางผลกของตะกรนกบโครงสรางผลกของสาร Mg(OH)2 CaCO3 และ CaSO4 โดยพบวาพคของกราฟ XRD ของตะกรนใกลเคยงกบบางพคของสารเปรยบเทยบ ซงจากกราฟในรปท 4.28 อาจคาดไดวาตะกรนประกอบดวยสารประกอบแคลเซยมและแมกนเซยม ซงในการศกษานชใหเหนวา แมจะใชน าเกลอทมการก าจดไอออนแลวแตกจะยงคงมตะกรนเกดขน เนองจากในน าเกลอยงมกลมไอออน Ca2+ Mg2+ และ SO4

2- หลงเหลออย แตอยางไรกตาม การใชน าเกลอทก าจดไอออนแลวจะชวยใหตะกรนทจะเกดขนมปรมาณลดลง (ดงรปท 4.25)

104

รปท 4.28 โครงสรางผลกของตะกรนทเกดในชดจ าลองเมอใชน าเกลอทผานกระบวน การก าจดไอออนดวยสภาวะ PC-PH และ SC-SH

4.5.4 กลไกการเกดขนของตะกรน จากการศกษาพฤตกรรมการเกดตะกรนดวยทอรปตวย พบวา การใหความรอนแกน าเกลอโดยการถายโอนความรอนจากน ามนรอนสน าเกลอผานผนงทอรปตวย จะเกดฟองขนทพนผวของทอรปตวย ซงการเกดฟองบนพนผวใหความรอนแสดงถงจดเรมเดอดของน าเกลอหรอทเรยกวา Nucleate boiling และจากการทดลองพฤตกรรมการเกดตะกรนสงเกตไดวาเมอทอรปตวยมอณหภมสงขนจะมฟองเกาะทผวทอ ซงในชวงเรมตนนน ในน าเกลอจะมเฟสของแกส (ฟอง) และของเหลว (น าเกลอ) ดงรปท 4.29 แตเมอมการใหความรอนแกน าเกลอดวยระยะเวลาทนานขน พบวาทพนผวระหวางฟองและน าเกลอจะมของแขงสขาวเกดขน ดงรป ท 4.30 ซงของแขงทเกดขนนนคาดวาเปนจดเรมตนของการเกดตะกรน ส าหรบปรากฏการณทพบในการทดลองนสอดคลองกบกลไกของการเกดตะกรนภายใตสภาวะ Nucleate boiling โดยฟองจะเกดขนทพนผวใหความรอนและเมอเกดฟองขนแลวจะมบรเวณของพนผวระหวางฟอง พนผวใหความรอนและสารละลายเกดขน (Triple interface) ซงมการตงสมมตฐานวาการระเหยจะเกดขนทฐานของฟองหรอเกดขนท Triple interface โดยการระเหยทเกดขนจะท าใหเกดสภาวะอมตวยงยวดและชกน าใหเกดการตกตะกอน ดงรปท 4.31 แต Hospeti and Mesler (1965) ทไดถกกลาวถงใน

105

Bott (1995) ไดสรปวาตะกรน CaSO4 จะตกตะกอนอยทฐานของฟอง เนองจากมการระเหยใตฐานของฟองมากกวาท Triple interface

รปท 4.29 การเกด Nucleate boiling บนพนผวทอรปตวยของชดจ าลองการเกดตะกรน

รปท 4.30 การเกดตะกรนบนพนผวทอรปตวยของชดจ าลองการเกดตะกรน

106

รปท 4.31 การเกดฟองและการเกดตะกรน (Bott, 1995)

อยางไรกตาม ถงแมวาการศกษาพฤตกรรมการเกดตะกรนบนทอรปตวยในงานวจยน จะเปนการเกดตะกรนภายใตสภาวะ Nucleate boiling เชนเดยวกบทไดอธบายไดแลวเบองตน แตกลไกทงหมดของการเกดตะกรน ประกอบดวย 5 ขนตอน ดงรปท 4.32

รปท 4.32 กลไกการเกดตะกรนจากชดจ าลองการศกษาพฤตกรรมการเกดตะกรน

ซงมรายละเอยดดงน ขนท 1 เมออณหภมทพนผวของทอรปตวยรอนขน น าบรเวณผวทอเรมระเหยกลายเปนไอและเกดเปนฟองแกสขน ซงรอบ ๆ ฟองจะมความเขมขนของสารในสภาวะอมตวยงยวด (Supersaturation) และเมอน าระเหยมากยงขนกจะเขาสขนท 2 คอเกดการตกผลกของสารละลาย ซงในตอนแรกการตกผลกอาจจะเกดรอบ ๆ ฟอง แตเนองจากโมเลกลตาง ๆภายในน าเกลอมการเคลอนทเพราะไดรบความรอน ตะกอนจงมการรวมตวกนดงขนท 3 จากนน ขนท 4 ตะกอนจะหลดออกจากผวฟองและสะสมทพนผวทอรปตวยและกอตวเปนตะกรน และ ขนท 5 เมอมการระเหยของน าอยางตอเนอง ฟองจะมขนาดใหญขนจนถงจดวกฤต จากนนฟองกจะ

107

หลดออกจากผวทอ ซงในขณะทฟองเคลอนทขนไปนน กจะมตะกอนบางสวนทตดไปกบฟองหลดออก และกลายเปนสารแขวนลอยอยในน าเกลอจงท าใหมองเหนน าเกลอมความขนเพมขน

จากการศกษาพฤตกรรมการเกดตะกรนพบวา เมอมการเดอดแบบฟองหรอ Nucleate boiling เกดขนบนพนผวแลกเปลยนความรอน จะท าใหเกดสภาวะอมตวขนจนน ามาสการตกตะกอนและกอตวเปนตะกรน ดงนน จงควรมการปองกนการเดอดแบบฟอง (Nucleate boiling) ทพนผวทอรปตวยเพอลดโอกาสในการเกดตะกรน

4.6 ขอเสนอแนวทางการปองกนการเกดตะกรน จากการศกษาการก าจดไอออนและการแยกตะกอนในระดบหองปฏบตการ ไดน าเอาผล

การทดลองทไดศกษามาเปนตนแบบแนวคดในการปองกนการเกดตะกรน ซงวธการทจะสามารถปองกนการเกดตะกรนมทงหมดดงน

4.6.1 การเพมปรมาณสารเคมในการก าจดไอออน ส าหรบการแกปญหาการเกดตะกรนใน

หมอเคยวสญญากาศนน วธการแกปญหาอยางงายคอการก าจดไอออนทเปนสาเหตของการเกด

ตะกรน ซงไอออนทเปนสาเหตของตะกรนประกอบดวย ไอออน Ca2+ และ Mg2+ โดยแนวทางทใช

คอการเพมปรมาณสารเคม ซงจากผลการทดลองในระดบหองปฏบตการพบวา การใชสารเคมใน

สดสวนทเทากบคาความเขมขนของไอออน สามารถลดไอออน Ca2+ และ Mg2+ ลงไดมากกวา

รอยละ 80 อยางไรกตาม การเพมปรมาณสารเคมทใชในการก าจดไอออน นอกจากจะสงผลให

ตนทนของการผลตเกลอเพมมากขนแลว ยงมกากตะกอนทอยในรปของ CaCO3 และ Mg(OH)2

จ านวนมาก ดงนน หากเลอกใชวธการเพมปรมาณสารเคมส าหรบการปองกนการเกดตะกรน จ าเปน

ทจะตองมการหาแนวทางเพมเตมในการน ากากตะกอนมาเพมมลคา โดยในงานวจยนขอเสนอใหม

การตดตงถงตกตะกอน (Thickener) และเครองรดตะกอน (Decanter) ส าหรบใชในการแยกตะกอน

ออกจากน าเกลอ เพอลดการสญเสยน าเกลอไปกบกากตะกอนและเพอน ากากตะกอนไปเพมมลคา

ซงในการเสนอใหมการเพมปรมาณสารเคมในการก าจดไอออนส าหรบปองกนการเกดตะกรนนน

ไดมการจดท าการประเมนตนทนการผลตเกลอรวมดวย เพอใชเปนขอมลประกอบการตดสนในการ

ทจะเลอกน าแนวทางนไปประยกตใชจรงในกระบวนการผลตเกลอ

108

4.6.2 การเตมสารชวยเรงตกตะกอน เนองจากกระบวนการก าจดไอออนดวยวธทางเคม จะก าจดไอออนออกมาในรปของแขง ซงการตกตะกอนใชระยะเวลานาน หากยงมตะกอนตกคางในน าเกลอปะปนเขาไปในหมอเคยวสญญากาศกจะสงผลใหเกดตะกรนขนได ดงนน การเตมสารชวยเรงตกตะกอนจงเปนแนวทางทนาสนใจในการลดสาเหตของการเกดตะกรนและลดระยะเวลาทใชในการตกตะกอนอกดวย โดยแนวทางนสามารถน าไปปรบใชกบโรงงานไดโดยไมตองปรบเปลยนกระบวนการเดมของโรงงาน แตอาจมการออกแบบถงผสมส าหรบเตรยมสารชวยเรงตกตะกอนเพม ซงหากเลอกใชสารชวยเรงตกตะกอนโดยไมตองปรบเปลยนกระบวนการเดมของโรงงาน เพอลดสาเหตของการเกดตะกรนทเกดจากการตกคางของตะกอนขนาดเลกนน จะใชถงส าหรบเตรยมสารละลาย Na2CO3 และสารละลาย NaOH ดงรปท 4.33 ส าหรบเตรยมสารชวยเรงตกตะกอน ซงสารชวยเรงตกตะกอนจะถกเตมลงในบอผสมเปนตวสดทาย โดยมการกวนรวมดวยเพอเพมประสทธภาพในการรวมตะกอน อยางไรกตาม การใชถงเตรยมสารชวยเรงตกตะกอนรวมกบถงเตรยมสารละลายอาจสงผลตอประสทธภาพในการเตรยมสารชวยเรงตกตะกอน เนองจากระยะเวลาในการกวนผสมอาจไมเพยงพอ ดงนน เพอใหไดสารชวยเรงตกตะกอนทมประสทธภาพส าหรบเรงการตกตะกอนจงจ าเปนทจะตองมการออกแบบถงเตรยมสารชวยเรงตกตะกอนเพม

โดยการออกแบบในงานวจย นจะอาศยผลการทดลองในการใชสารชวยเรงตกตะกอนในระดบหองปฏบตการ ซงในการออกแบบถงเตรยมสารชวยเรงตกตะกอนจะใชผลของปรมาณสารชวยเรงตกตะกอนทนอยทสด ซงเมอคดค านวณออกมาแลวจะตองเตรยมสารชวยเรงตกตะกอนประมาณ 2 m3 ตอน าเกลอปรมาตร 400 m3 ดงนน จงเลอกทจะออกแบบถงขนาด 4 m3 เนองจากอตราการปรบสภาพน าเกลอเทากบ 800 m3/day โดยลกษณะของถงเตรยมสารชวยเรงตกตะกอนทจะถกออกแบบส าหรบน าไปใชในการเตรยมสาร มรายละเอยดของแหลงขอมล ดงแสดงในตารางท 4.7

ตารางท 4.7 รายละเอยดของชดอปกรณส าหรบเตรยมสารชวยเรงตกตะกอน อปกรณ วสด ขนาด ทมาขอมล

1) ถงผสมส าเรจรป Stainless steel ตามสง http://www.siamcentergreentech.com 2) ถงผสมสารแบบ พลาสตก

Polyethylene 4500 L http://www.safefiberglasstank.com

3) ชดใบกวน Stainless steel ตามสง http://www.siamcentergreentech.com

� /� � �

�

��

�

�

รปท 4.33 แผนผงกระบวนการผลตเกลอของบรษทสยามทรพยมณ 109

110

4.6.3 การใชถงตกตะกอนแบบ Lamellar รวมกบการอนรอน ส าหรบแนวทางในการปองกนการเกดตะกรนในหมอเคยวสญญากาศอกหนงแนวทางคอการใชถงตกตะกอนแบบ Lamellar รวมกบการอนรอน ซงแนวทางนเปนการก าจดตะกอนขนาดเลกทตกคางอยในน าเกลอใสกอนทจะปอนน าเกลอเขาสหมอเคยวสญญากาศ โดยน าเกลอจากบอพกใสจะถกสงเขาสถงอนรอน เมอน าเกลอมอณหภมเพมสงขนจะพบวามตะกอนขนาดเลกทสามารถมองเหนไดดวยตาเปลาเกดขน ซงตะกอนทเกดขนคอ CaCO3 และ Mg(OH)2 ทละลายอยในน าเกลอ โดยตะกอนเหลานเกดขนเนองจากความสามารถในการละลายไดลดลงเมออณหภมของน าเกลอสงขน เมอน าเกลอใสผานการอนรอนแลวจะสงผลใหน าเกลอมความขนเพมขนเนองจากเกดตะกอนสขาวขน จากนนจะปอนของผสมเหลานเขาทางดานลางของถงตกตะกอนแบบ Lamellar โดยลกษณะของถงตกตะกอนแบบนจะมแผงทอเอยงท ามม 60º กบระนาบตดตงอยภายใน เมอตะกอนสมผสกบพนผวของแผนตกตะกอนกจะไหลลงสกนถง สวนน าเกลอใสจะไหลเขารพรนของทอทางดานบนของถงเพอออกทางดานบนของถง ซงลกษณะของถงตกตะกอนแบบ Lamellar แสดงในรปท 4.34

รปท 4.34 ลกษณะของถงตกตะกอนแบบ Lamellar

111

ขอดของการใชเลอกใชถงตกตะกอนแบบ Lamellar คอการตกตะกอนในพนทเอยงจะท าใหตะกอนตกไดเรวขน เนองจากตะกอนตกลงมาเปนระยะทางสน ๆ กจะกระทบกบผนงของทอเอยง เมอตะกอนตกมารวมกนทผนงของพนเอยงมากขนกจะคอย ๆ ไหลตกลงสดานลางไดโดยงาย ซงการตกตะกอนทเรวขนจะท าใหใชพนทในการตกตะกอนทนอยลง จงท าใหขนาดของถงเลกลง นอกจากน การตกตะกอนในถงแบบ Lamellar ยงไมมการใชพลงงานจากภายนอก เนองจากกลไกตาง ๆ ทเกดขนภายในถงจะอาศยแรงโนมถวงของโลกเทานน

อยางไรกตาม การใชถงตกตะกอนแบบ Lamellar กบกระบวนการผลตเกลอกมขอเสยเชนเดยวกน กลาวคอ ถาหากวสดทน ามาใชในการท าแผนเอยงไมสามารถทนตอน าเกลอได กจะเกดการกดกรอนจากน าเกลอได และจากการออกแบบแผนเอยงทตดกน กจะสงผลใหการท าความสะอาดแผนเอยงท าไดยาก แตกสามารถแกปญหาไดโดยการตดตงเปนแบบแผนทแยกจากกนได และอกหนงขอเสยของการใชแนวทางนคอ การสนเปลองพลงงานทมากขน เนองจากตองเพมปรมาณไอน าทตองใชในกระบวนการเนองจากตองใชในถงอนรอน ส าหรบการน าเอาถงตกตะกอนแบบ Lamellar เขาไปประยกตใช จะตองมการตดตงถงตกตะกอนเขาไปดงรปท 4.35 โดยถงตกตะกอนแบบ Lamellar จะตดตงอยระหวางทงถงอนรอนและเครองแลกเปลยนความรอนแบบแผน ซงเครองแลกเปลยนความรอนแบบแผนทปรากฏอยในแผนผงนเปนอปกรณเดมททางโรงงานมอยแลว จงไมจ าเปนทจะตองมการจดซออปกรณตวใหม ถงแมแนวทางนจะสามารถแยกตะกอนไดเรวขน แตปญหาการเกดตะกรนกจะยงคงมอย หากน าเกลอทปอนเขาสหมอเคยวสญญากาศมความเขมขนของไอออน Ca2+ และ Mg2+ ยงคงมคาสง

112

� � �

�

�

��

/

/ �

�� Lamellar

�

�

Na2CO3, NaOH

รปท 4.35 กระบวนการผลตเกลอทมการใชถงตกตะกอนแบบ Lamellar รวมกบการอนรอน

113

4.6.4 การปรบต าแหนงระหวางบอกรองทรายกบถงอนรอน ในการเสนอแนวทางการปองกนการเกดตะกรนโดยการปรบต าแหนงระหวางถงอนรอนกบบอกรองทราย สบเนองจากกระบวนการเตรยมน าเกลอกอนเขาสหมอเคยวสญญากาศนน จากเดมจะสบน าเกลอทผานการก าจดไอออนและผานการตกตะกอนแลว ปอนเขาสถงกรองทรายเพอดกตะกอนทอาจปะปนมากบน า เก ลอ จากน นน า เก ลอจงจะไหลผานถง อนรอนกอนทจะเขา สหมอเ ค ยวสญญากาศ ซงกระบวนการเดมนนจะยงมตะกอนขนาดเลกทตกคางอยในน าเกลอถกปอนเขาสหมอเคยวอย เนองจากการทดลองในระดบหองปฏบตการพบวา เมอน าน าเกลอทผานการก าจดไอออนแลวมาท าการอนรอนจะพบวาน าเกลอจะขนขน อนเนองมาจากสารประกอบทละลายอยในน าเกลอมความสามารถในการละลายทลดลงเมออณหภมสงขน จงสงผลใหสารประกอบเหลานนแยกตวออกมา เมอน าเกลอทมของแขงปะปนถกสงเขาสหมอเคยวสญญากาศ ของแขงเหลานนกจะตกตะกอนและเกาะตดบนพนผวแลกเปลยนความรอนของหมอเคยวสญญากาศ ดงนน เพอลดสาเหตของการเกดตะกรน ควรมการปรบต าแหนงของถงอนรอนกบบอกรองทราย โดยใหน าเกลอจากบอพกใสไหลผานถงอนรอนกอนจากนนคอยผานเขาสบอกรองทราย และเมอน าเกลอผานบอกรองทรายจะท าใหอณหภมของน าเกลอลดต าลง ดงนนควรใหความรอนแกน าเกลออกครง โดยการผานเครองแลกเปลยนความรอนแบบแผน ซงเปนอปกรณทโรงงานมอยแลวกอนปอนน าเกลอเขาสหมอเคยวสญญากาศ ดงรปท 4.36

ส าหรบขอดของการออกแบบน คอเปนการออกแบบทไมมการเพมตนทนในการตดตงเครองมอใหม อกทงขนตอนในกระบวนการไมแตกตางไปจากเดม เพราะหนาทหลกของแตละหนวยปฏบตการยงคงเดม เพยงแตเปลยนล าดบในการท างานเทานน สวนขอเสยของการแกไขปญหาดวยวธการนคอ การเพมขนของปรมาณไอน าทใชในการใหความรอน เนองจากตองใชไอน าทงในถงอนรอนและเครองแลกเปลยนความรอนแบบแผน อยางไรกตาม การปรบต าแหนงระหวางถงอนรอนและบอกรองทรายจะไมสามารถลดการเกดตะกรนในหมอ เคยวสญญากาศได หากน าเกลอทถกปอนเขาสหมอเคยวสญญากาศมคาไอออน Ca2+ และ Mg2+ ทสงเกนไป ดงนน ควรมการก าจดไอออน Ca2+ และ Mg2+ ดวยสารเคมในปรมาณ SC-SH กอนเสมอดวย

114

� � �

�

�

(Plate heat exchanger)

/

/ �

NaOH

Na2CO3

�

รปท 4.36 กระบวนการผลตเกลอทมการปรบต าแหนงระหวางบอกรองทรายกบถงอนรอน

4.6.5 การเตมตวลอเพอใหเกดการตกตะกอน ส าหรบแนวทางการปองกนการเกดตะกรนโดยการเตมตวลอ (Seeding) ส าหรบลอใหผลกของสารประกอบทเปนสาเหตของการเกดตะกรน ซงประกอบไปดวย CaCO3 และ Mg(OH)2 ทละลายอยในน าเกลอใหตกผลกและแยกตวออกมานน ท าไดยากส าหรบกระบวนการผลตเกลอ เนองจากการเตมตวลอ (Seeding) ลงไปในน าเกลอนน ไมสามารถตกตะกอน CaCO3 และ Mg(OH)2 ได เนองจากความเขมขนของไอออน Ca2+ และ Mg2+ ไมอยในสภาวะอมตวยงยวด (Supersaturated) ทมากพอตอการเพมอตราการเตบโตของผลก และหาก

115

เตมตวลอลงในน าเกลอทมความเขมขนของไอออนไมอมตว จะท าใหน าเกลอมความเขมขนของไอออนเพมขน เนองจากตวลอเกดการละลาย อยางไรกตาม การใชตวลอเปนแนวทางทนาสนใจ ถาน าเกลอมความเขมขนของไอออนทอมตวยงยวดทมากพอ เพราะไมมการใชสารเคมในการก าจดไอออน แตแนวทางนอาจจะด าเนนการไดยาก เนองจากตองมการควบคมระบบไมให NaCl ตกผลกมาพรอมกบ CaCO3 และ Mg(OH)2

4.6.6 การเตมสารปองกนการเกดตะกรน (Anti-scaling) ส าหรบแนวทางปองกนการเกดตะกรนโดยการเตมสารปองกนการเกดตะกรนหรอ Anti-scaling จะเปนการเตมสารทสามารถเขาไปยบย งการเกดตะกรน โดยสารทเตมลงไปนนจะเขาไปกอตวเปนฟลมบาง ๆ รอบผลกของตะกอนเอาไวเพอหนวงการเตบโตของผลกและไมกอใหเกดตะกรน แตยงคงใหแขวนลอยอยในน าเกลอ โดยสารปองกนการเกดตะกรนทจะสามารถน ามาใชปองกนการเกดตะกรนในหมอเคยวสญญากาศของกระบวนการผลตเกลอจะตองเปนเกรดอตสาหกรรมอาหาร และเมอเตมลงไปในน าเกลอแลวจะตองไมสงผลตอคณภาพและมาตรฐานของเกลอบรโภค จากการทดลองในระดบหองปฏบตการ พบวา เมอเตมสารกวรกมเปนสารปองกนการเกดตะกรน (Anti-scaling) ซงเปนสารเพมความยดหยนใหกบอาหาร จะสามารถปองกนการเกาะตวของกลมตะกรนบนผวทอได โดยกวรกมจะเขาไปจบตะกรนและสรางเปนชนเจลขนมากอน จากนนจงเขาไปเกาะยงผวทอ ท าใหตะกรนทเกาะทผวทออยในลกษณะลน อยางไรกตาม แมวากวรกมสามารถปองกนการเกดตะกรนได แตจากพฤตกรรมของการละลายไดของกวรกมในน าเกลออาจสงผลตอคณภาพของเกลอ ดงนน แนวทางนอาจจะตองมการศกษาเพมเตมถงผลกระทบของกวรกมทมตอคณภาพเกลอ รวมไปถงการวจยเพอหาชนดของสารปองกนตะกรนทเหมาะสมกบอตสาหกรรมการผลตเกลอ ถงแมวาแนวทางนจะยงไมสามารถน าไปประยกตใชกบการปองกนการเกดตะกรนในหมอเคยวสญญากาศได แตแนวทางนสามารถน าไปปรบใชเพอปองกนการเกดตะกรนในหมอตมไอน าได เพอลดการสญเสยของเชอเพลงทมากเกนไปเมอเกดตะกรนในหมอตมไอน า

4.6.7 การใชเทคโนโลยคอลลอยด-เอ-ตรอน (Colloid-a-tron) ส าหรบคอลลอยด-เอ-ตรอน เปนเทคโนโลยใหมทใชในการปองกนการเกดตะกรนและชวยน าพาตะกรนเกาทมอยแลวออกมาดวย ซงเปนวธทางกายภาพทน ามาใชในการบ าบดน า หลกการท างานของคอลลอยด-เอ-ตรอน คอ อลลอยดจะท าหนาทปลอยประจอเลกตรอนออกมา เมอมน าไหลผานจะท าใหบรเวณนนมความเปนดางสงขน จงไปเรงใหไอออน Ca2+ และ Mg2+ รวมตวกบ CO3

2- เกดเปนผลก CaCO3 และ MgCO3 โดยทยงคงแขวนลอยอยน าเกลอและจะไมเกาะเปนตะกรนแขงตามผวทอ (nbainter, www, n.d.)

ขอดของแนวทางนคอสามารถน าเอาอปกรณคอลลอยด-เอ-ตรอนเขามาตดตงกบทอสงน าเกลอทเชอมตอจากบอพกน าเกลอใสเขาสหมอเคยวสญญากาศไดโดยตรง โดยทกระบวนการ

116

ผลตเกลอยงคงเหมอนเดม รวมถงเปนวธการทไมมการใชสารเคมและไมมการใชพลงงาน จงท าใหไมมคาใชจายในการด าเนนการ มเพยงแตคาใชจายในการลงทนเทานน สวนขอเสยทอาจจะเกดขนเมอเลอกใชการปองกนการเกดตะกรนดวยวธนคอ วสดทใชในการผลตอปกรณน อาจไมสามารถทนตอการกดกรอนของน าเกลอได และหากน าเกลอผานทอคอลลอยด-เอ-ตรอน อาจท าใหไอออน Na+ และ Cl- เกดการรวมตวกนและแยกตวออกมาแขวนลอยในน าเกลอ ซงจะสงผลใหก าลงการผลตเกลอลดลงได เนองจากลกษณะการละลายไดในน าของไอออน Na+ และ Cl- คลายกบไอออนเจอปนในน าเกลอ อยางไรกตาม หากตองการทจะเลอกใชแนวทางนส าหรบน าไปประยกตใชในโรงงานจรง จะตองมการตดตอขอขอมลของเทคโนโลยคอลลอยด-เอ-ตรอน จากผทจดจ าหนาย เนองจากเทคโนโลยนไดถกสรางขนและมการน าไปใชงานแลวในการปองกนตะกรน แตยงไมพบขอมลทน าไปใชในการปองกนการเกดตะกรนในกระบวนการผลตเกลอ

รปท 4.37 ลกษณะของไอออนในน ากอน (ซาย) และหลง (ขวา) ผานคอลลอยด-เอ-ตรอน (nbainter, www, n.d.)

117

4.7 การศกษาการน ากากตะกอนมาเพมมลคา จากการศกษาแนวทางในการปองกนการเกดตะกรน โดยการก าจดไอออน Ca2+ และ Mg2+

ดวยสารเคมในปรมาณทเพมขนนน นอกจากจะท าใหตนทนของการผลตเกลอสงขนแลว ยงสงผลใหมกากตะกอน (ตะกอน CaCO3 และ Mg(OH)2) ทมากขน จงมแนวคดทจะน ากากตะกอนเหลานมาเพมมลคา โดยงานวจยนไดศกษาการสงเคราะหตวเรงปฏกรยา CaO/MgO ส าหรบปฏกรยา ทรานเอสเทอรฟเคชน (Transesterification) จากกากตะกอน ผลการศกษาพบวา เมอน ากากตะกอนทอบแหงแลวไปเผาทอณหภมสงเพอไลความชนและกาซตาง ๆ จะไดออกมาเปนสารประกอบออกไซด โดยงานวจยนจะเรยกสารประกอบออกไซดทไดจากการเผากากตะกอนวา “ตวเรงปฏกรยา” โดยตวเรงปฏกรยาทสงเคราะหขนไดน ไดถกน าไปวเคราะหสมบตทางกายภาพและทางเคม รวมทงมการน าไปทดลองใชเปนตวเรงปฏกรยาในการผลตน ามนไบโอดเซลจากน ามนพชใชแลวอกดวย ซงผลของการศกษาและทดลองมดงน

1) การวเคราะหการสลายตวทางความรอน (TGA) เปนการวเคราะหเพอหาอณหภมทเหมาะสมส าหรบเผากากตะกอนเพอไลความชนและกาซตาง ๆ ออกจากกากตะกอน จากผลการวเคราะหดงรปท 4.38 พบวากากตะกอนเรมมการสลายตวอยางสมบรณเมออณหภมเขาใกล 800 ºC ซงทอณหภม 800 ºC เปนอณหภมทใชในการเผาโดโลไมตเพอใหได CaO (Jaiyen et al., 2015) และเมอน า CaO ทไดจากการเผาโดโลไมตทอณหภม 800 ºC ไปใชเปนตวเรงปฏกรยาในการผลตไบโอ-ดเซล พบวาจะสามารถผลตไบโอดเซลทมองคประกอบของเมลทเอสเทอรไดสงถง 98.6% (Ngamcharussrivichai et al., 2010)

อยางไรกตาม ถงแม CaO ทไดจากการเผาโดโลไมตดวยอณหภม 800 ºC จะผลตไบโอดเซลทมความบรสทธสงได แตในงานวจยนตองการใหไดตวเรงปฏกรยาทมสารประกอบออกไซดเปนหลก จงเลอกเผากากตะกอนดวยอณหภม 850 ºC ซงกากตะกอนทเผาดวยอณหภมสง กสามารถน าไปผลตไบโอดเซลทมองคประกอบของเมทลเอสเทอรมากกวา 90% ไดดงเชนงานวจยของ Kouzu et al. (2008) ทไดสรปวา CaO ทไดการเผาหนปนทอณหภม 900 ºC เมอน าไปใชในการผลตไบโอดเซลจะไดไบโอดเซลทมองคประกอบของเมทลเอสเทอรประมาณ 93% ดงนนอณหภมท 850 ºC จงเปนอณหภมทเหมาะสมส าหรบเผากากตะกอน นอกจากน ผลการวเคราะหการสลายตวทางความรอนแสดงใหเหนวากากตะกอนจากโรงงาน (RCW-Plant) ม CaCO3 เปนองคประกอบหลก เนองจากพคของเสนกราฟ DTG อยในชวง 620 – 800 ºC ซงสอดคลองกบการสลายตวทางความรอนของ CaCO3 ในงานวจยของ Halikia et al. (2001) และ Li et al. (2013)

118

รปท 4.38 ผลการสลายตวทางความรอนของกากตะกอนจากบอผสม

2) การวเคราะหโครงสรางผลกของกากตะกอนและตวเรงปฏกรยาดวยเทคนค XRD จากผลการวเคราะหโครงสรางผลกของกากตะกอนและตวเรงปฏกรยา ดงรปท 4.39

พบวาองคประกอบหลกของตะกอนมโครงสรางผลกทตรงกบ CaCO3 และเมอท าการเผา กากตะกอนทอณหภม 850 ºC จะไดเปนตวเรงปฏกรยาทอยในรปของสารประกอบออกไซด ซงประกอบดวยแคลเซยมออกไซด (CaO) และแมกนเซยมออกไซด (MgO) ซงการวเคราะหพบ MgO ในตวเรงปฏกรยานน เนองจากน าเกลอดบมไอออน Mg2+ ปะปนอย เมอมการเตมสารเคมในการก าจดไอออนเจอปนจงท าใหไอออน Mg2+ เกดการตกตะกอนออกมาในรปของ Mg(OH)2 และปะปนอยกบตะกอน CaCO3 อยางไรกตาม ถงแมตวเรงปฏกรยาทไดจะม MgO ปะปนอยกบ CaO แตตวเรงปฏกรยาทเตรยมได สามารถใชเปนตวเรงปฏกรยาในปฏกรยา Transesterification ได เนองจากมงานวจยทศกษาการน า MgO ไปใชเปนตวเรงปฏกรยาในการผลตไบโอดเซล (Di Serio et al., 2006; Dossin et al., 2006)

119

รปท 4.39 โครงสรางผลกของกากตะกอน (a) กอนเผา และ (b) หลงเผา

3) การวเคราะหลกษณะของผลกดวยเทคนค SEM เปนการวเคราะหเพอศกษาการเปลยนแปลงของผลกเมอผานกระบวนการเผา จากผล

การวเคราะหในรปท 4.40 พบวารปรางผลกมลกษณะเปนทรงกลม แตเมอน าไปเผาทอณหภม 850 ºC พบวา รปรางและขนาดของผลกมการเปลยนแปลง เนองจากการเผาท าใหองคประกอบ ตาง ๆ ในกากตะกอนหายไปและเกดการเชอมกนตดกนระหวางผลก สงผลใหผลกของตวเร งปฏกรยาทไดมขนาดใหญขน(Lee et al., 2015; Xie and Zhao, 2013; Marinković et al., 2016)

รปท 4.40 ลกษณะผลกของ (a) กากตะกอนทอบแหงแลว กบ (b) ตวเรงปฏกรยา

(a) (b)

120

4) การวเคราะหพนผวของกากตะกอนและตวเรงปฏกรยาดวย Surface analyzer ในการวเคราะหพนผวของกากตะกอนและตวเรงปฏกรยาในงานวจยน ไดใชวธการดด

ซบกาซ N2 ทอณหภม -196 ºC (77 K) รวมกบการประยกตใชสมการของ BET จากผลการวเคราะห (ตารางท 4.8) พบวา กากตะกอนจะมพนทผวจ าเพาะประมาณ 14.56 m2/g ในขณะทตวเรงปฏกรยาทเตรยมไดมพนทผวจ าเพาะเทากบ 1.71 m2/g ซง CaO/MgO ทเตรยมไดในงานวจยนมปรมาณของพนผวทจ าเพาะใกลเคยงกบ CaO ทเตรยมจากกากอตสาหกรรม (Viriya-Empikul et al., 2012) ส าหรบสาเหตทพนทผวจ าเพาะของตวเรงปฏกรยามคาลดลง เนองจากอณหภมทใชในการเผากากตะกอนสงเกนไป จงสงผลใหเกดการเชอมตดกนระหวางผลกขนาดเลกและกอตวเปนผลกขนาดใหญ ซงคาพนทผวจ าเพาะของตะกอนทลดลงแสดงถงคาความสามารถในการเรงปฏกรยา (Catalytic activity) ทลดลงดวย ซงสอดคลองกบผลการศกษาโดย Marinković et al. (2016) ทสรปวาการเผาทอณหภมสงกวา 700 ºC (973 K) อาจสงผลใหความสามารถในการเรงปฏกรยามคาลดลง

ตารางท 4.8 สมบตทางกายภาพของกากตะกอนและตวเรงปฏกรยาทเตรยมในงานวจยนเทยบกบ สมบตของแคลเซยมออกไซดของงานวจยอน ๆ

ชอตวอยาง SBET (m2/g)

Pore diameter (Å)

Pore volume (cm3/g)

กากตะกอน 14.56 255.65 0.0930 ตวเรงปฏกรยาของงานวจยน 1.71 133.55 0.0057 CaO จากกากอตสาหกรรม (Viriya-Empikul et al., 2012)

0.9 - 1.1 - 0.005

CaO บรสทธ (Tan et al., 2015)

36.8 6.83 0.0126

5) การวเคราะหต าแหนงเบส (Basic site) ในการวเคราะหหาต าแหนงเบสบนตวเรงปฏกรยาดวยวธการคายซบกาซ CO2

(CO2-TPD) โดยอางองวธการวเคราะหและค าอธบายตามงานวจยของ Viriya-empikul et al. (2012) จากงานวจยทอางถงน ไดอธบายถงความแรงของคาเบสในตวเรงปฏกรยา ดงน ทอณหภมต ากวา 400 ºC คอ Weak basic site ทอณหภมชวง 400-550 ºC คอ Moderate basic site และทอณหภมมากกวา 550 ºC คอ Strong basic site จากการวเคราะหพบวาตวเรงปฏกรยาทเตรยมไดในงานวจยน

121

เรมคายกาซ CO2 ทดดซบไว เมออณหภมเขาใกล 300 ºC และมการคายซบตอเนองจนกระทงอณหภมเขาใกล 700 ºC ดงรปท 4.41 ดงนน ความแรงของคาเบสในตวเรงปฏกรยานประกอบดวย Weak basic site, Moderate basic site และ Strong basic site ซงปรมาณของคาเบสบนตวเรงปฏกรยาจะม Moderate basic site > Weak basic site > Strong basic site (ตารางท 4.8)

รปท 4.41 การคายซบของกาซคารบอนไดออกไซด (CO2-TPD) บนตวเรงปฏกรยา

นอกจากน มการเปรยบเทยบปรมาณของคาเบสรวมบนตวเรงปฏกรยาทเตรยมไดกบ CaO ทเตรยมไดจากงานวจยอน ๆ (ตารางท 4.9) พบวา ปรมาณของคาเบสรวมของ CaO ทเตรยมไดจากหอยจบแจงยอดท (Obtuse horn shell) จากงานวจยของ Lee et al. (2015) มปรมาณมากกวา CaO/MgO ทเตรยมจากกากตะกอน ในขณะท CaO ทเตรยมจากเปลอกไขไก (Eggshell) จากงานวจยของ Viriya-Empikul et al. (2012) มปรมาณของคาเบสรวมนอยทสด จากการเปรยบเทยบสรปไดวา CaO ทไดจากการสลายตวทางความรอนของวตถดบตงตนทแตกตางกน จะสงผลใหสมบตพนผวทของ CaO มคาแตกตางกน (Petitjean et al., 2010)

122

ตารางท 4.9 ปรมาณและความแรงของหมเบสบนตวเรงปฏกรยา

ชอตวอยาง Amount of basicity (mmol/g)

Total basicity (mmol/g) Weak

<400oC Medium

400-550oC Strong >550oC

ตวเรงปฏกรยาของงานวจยน 0.301 0.641 0.263 1.205 Eggshell (Viriya-Empikul et al., 2012)

0.01 0.023 0.161 0.194

Obtuse horn shell (Lee et al., 2015)

- - - 2.508±0.011

6) การทดสอบความสามารถในการเรงปฏกรยาของ CaO/MgO จากกากตะกอน หลงจากทไดศกษาสมบตทางกายและทางเคมของตวเรงปฏกรยาทเตรยมขนแลว ไดน า

CaO/MgO ทเตรยมจากกากตะกอนไปใชเปนตวเรงปฏกรยาในการผลตน ามนไบโอดเซลจากน ามนพชใชแลว จากการศกษาการผลตไบโอดเซลดวยตวเรงปฏกรยา CaO/MgO จากกากตะกอนพบวา น ามนไบโอดเซลทผลตไดประกอบดวยกรดไลโนเลอก (C18:2) 57.18% กรดปาลมตก (C16:0) 22.64% กรดโอเลอก (C18:1) 12.92% กรดสเตยรก (C18:0) 3.2% และกรดชนดอน ๆ 4.06% ดงตารางท 4.10 ซงน ามนไบโอดเซลทผลตไดในงานวจยนมกรดไขมนไมอมตว (C18:2 และ C18:1) มากกวากรดไขมนอมตว (C18:0 และ C16:0) สงผลใหน ามนไบโอดเซลทผลตไดมความเสถยรภาพตอการเกดปฏกรยาออกซเดชนต าและเปนไขไดงาย และผลจากการวเคราะหสมบตของไบโอดเซลทผลตได ดงแสดงในตารางท 4.11 พบวา สมบตความหนดของไบโอดเซลมคาสงกวาคามาตรฐาน อาจเนองมาจากมน ามนพชทไมถกท าปฏกรยาและกลเซอรอลตกคางอย เพราะไบโอดเซลทผลตไดยงไมผานกระบวนการท าบรสทธ ในขณะทคาความหนาแนนและจดวาบไฟทวเคราะหไดพบวามคาใกลเคยงกบคามาตรฐาน อยางไรกตาม จากการศกษานแสดงใหเหนวา ตวเรงปฏกรยา CaO/MgO ทไดจากกากตะกอนของกระบวนการก าจดไอออนกสามารถใชเปนสารตงตนในการผลตตวเรงปฏกรยา CaO/MgO ส าหรบผลตน ามนไบโอดเซลได

123

ตารางท 4.10 องคประกอบของเมทลเอสเตอรของกรดไขมนในน ามนไบโอดเซล

Comp. UCO

Mohammed-Dabo et al. (2012) Biodiesel in

this work This study

Omar et al. (2011)

Raw J. curcas oil

Biodiesel

C14:0 1.28 0 0 0.17 1.35

C14:1 0.000 0 0 0 0.02

C15:0 0.05 0 0 0 0.05

C16:0 22.20 29.49 15.86 20.01 22.64

C16:1 2.13 0 0 2.83 1.38

C18:0 9.54 0 9.76 11.51 3.21

C18:1 42.58 61.43 37.13 17.86 12.92

C18:2 18.32 9.08 37.24 44.95 57.18

Trace 3.90 0 0 2.67 1.25

ตารางท 4.11 สมบตของน ามนไบโอดเซลทผลตไดเทยบกบงานวจยอน

สมบตทวเคราะห น ามนไบโอดเซล

ทผลตได EN 14214 Çetinkaya et al. (2004)

ความหนด ท 40 oC (cSt)

8.01 3.5-5.0 5.29 - 6.46

ความหนาแนน ท 25 oC (g/ml)

0.8600 0.86 - 0.9 0.8823 - 0.8874

จดวาบไฟ (ºC) 172 >120 176

124

4.8 การประเมนตนทนการผลตเกลอเมอมการเพมปรมาณสารเคมในการก าจด ไอออน

จากแนวทางการปองกนการเกดตะกรนทไดน าเสนอในหวขอ 4.6 การเพมปรมาณสารเคมส าหรบก าจดไอออนไดถกเลอกเปนแนวทางทเสนอใหโรงงานน าไปประยกตใชเพอปองกนการเกดตะกรน เนองจากการก าจดไอออนดวยสารเคมเปนแนวทางทนยมใชในอตสาหกรรม ประกอบกบปจจบนทางโรงงานด าเนนการอยแลว จงเปนกระบวนการทงายและไมซบซอน โดยแผนผงกระบวนการผลตเกลอเมอมการปรบปรงวธการก าจดไอออนแสดงในรปท 4.42 ส าหรบการประเมนตนทนในการผลตเกลอดวยแผนงานค านวณ (Worksheet) จากโปรแกรม Microsoft excel เมอมการเพมปรมาณสารเคมส าหรบก าจดไอออน เพอใหไดขอมลเพมเตมส าหรบน าไปประกอบการตดสนใจในการน าแนวทางนไปประยกตใชจรงในโรงงานจะใชขอมลพนฐานดงน

4.8.1 ขอมลส าหรบการประเมนตนทนการผลตเกลอ 1) ขอมลของอปกรณทจะตดตงเพม ถงตกตะกอน (Clarifier) :

ขนาดของถงเทากบ 35 m3 อตราการไหลของน าเกลอเขาถงเทากบ 25 m3/h ระยะเวลาในการปลอยตะกอน 1 ชวโมง

เครองรดตะกอน (Decanter) : น าเกลอในกากตะกอน 5%

2) ขอมลส าหรบการหาตนทนการผลตเกลอ (ขอมลจากบรษทสยามทรพยมณ) ก าลงการผลตเกลอ :

ก าลงการผลตเกลอของบรษทสยามทรพยมณเทากบ 40,000 ตนตอป รายละเอยดของน าเกลอและสารเคมทใช :

1) น าเกลอดบจากแหลงน าใตดน มปรมาณไอออน Ca2+ = 1,682.62 mg/L Mg2+ = 2,491.77 mg/L และ SO4

2- = 3,702.75 mg/L 2) สารละลาย NaOH ความเขมขน 50 wt.% ความหนาแนน1.52 g/mL

ราคา 7.25 บาทตอกโลกรม 3) สาร Na2CO3 เกรดอตสาหกรรม ราคา 8.80 บาทตอกโลกรม

Na2CO3/NaOH

1

4

3 67

8

9

10

11

12

13

14

17

19

18

21

22

23

25

24 27

26 28

29

31

30

32

2 515

16

20

33

34

35

รปท 4.42 กระบวนการผลตเกลอทมการเพมสารเคมในการก าจดไอออนเพอปองกนการเกดตะกรนในหมอเคยวสญญากาศ 125

126

กระบวนการท าบรสทธน าเกลอ : น าเกลอดบจะถกสบเขาบอ 400 m3 ตอการท าบรสทธน าเกลอ 1 ครง

อตราการปอนน าเกลอเขาสกระบวนการผลตเกลอ: น าเกลอขาเขาถงอนรอนมอตราการไหลเทากบ 25 m3/h

ตนทนตาง ๆ : ตนทนไอน าเทากบ 573 บาทตอตนเกลอ ตนทนอน ๆ เทากบ 1,000 บาทตอตนเกลอ

สภาวะในการท าบรสทธน าเกลอ: สภาวะทเลอกใชในการท าบรสทธน าเกลอคอสภาวะ SC-SH (การใช

สารเคมในปรมาณทเทากบสดสวนของไอออน Ca2+ และ Mg2+) โดยสภาวะนสามารถก าจดไอออนทงสองไดรอยละ 80

4.8.2 การสรางแบบจ าลองในการค านวณหมอเคยว โดยใชโปรแกรม Excel ขนตอนของการค านวณชดหมอเคยว เปนการค านวณหาพารามเตอรตาง ๆ ทจะ

เกยวของกบกระบวนการตมระเหยน าเกลอ โดยการค านวณจะใช Linear optimization model tools ของโปรแกรม Microsoft excel ทชอวา Solver โดยขนตอนของการค านวณมดงน

(1) น าขอมลทตองใชในการค านวณมาสรางเปนตารางใน Worksheet “Solver” (2) ก าหนดพารามเตอรคงท ทใชในการค านวณ (3) ก าหนดพารามเตอรทปรบคาได ส าหรบการค านวณโดยโปรแกรม Solver (4) พมพสมการ ท เ ก ยวของกบการค านวณลงใน Worksheet “Solver” โดย

ก าหนดให fn=0 (fn คอ สมการทเกยวของกบการค านวณ) (5) ในการค านวณดวยโปรแกรม Solver จะตองเลอกฟงกชนเปาหมาย (Objective

function) ซงเปนคาทผค านวณตองการ อาจก าหนดใหมคาสงสด (Max) มคานอยสด (Min) หรอมคาเทากบคาทตองการ โดยงานวจยน เลอกผลรวมของความคลาดเคลอนก าลงสองเปนฟงกชนเปาหมาย ซงก าหนดใหมคานอยทสด (fn2=min) เนองจากตองการไดคาพารามเตอรทท าใหเกดความคลาดเคลอนนอยทสด

(6) เมอก าหนดฟงกชนเปาหมายแลว จะตองมการก าหนดพารามเตอรทสามารถเปลยนแปลงคาได (Changing variable) ซงการเปลยนแปลงของคาพารามเตอรเหลาน จะท าใหฟงกชนเปาหมาย (Objective function) เปนไปตามทตงไว

(7) ก าหนดขอจ ากดตาง ๆ เพอใหการค านวณดวยการ Optimization ใหค าตอบทสมเหตสมผล

127

จากขนตอนของการค านวณทงหมด สามารถอธบายไดดวยแผนผง ดงรปท 4.43

รปท 4.43 แผนผงแสดงวธการท า Optimization ของแบบจ าลองการค านวณหมอเคยวสญญากาศ

128

4.8.3 ขนตอนการท างานของโปรแกรมค านวณตนทนการผลตเกลอ มขนตอนดงน (1) ปอนขอมลน าเกลอดบ ไดแก ปรมาตรน าเกลอดบทเขาบอ คาปรมาณไอออน

Ca2+ ไอออน Mg2+ ไอออน SO42- และคาความเคมของน าเกลอ (หนวยโบเม) ลงในชองสขาวของชท

Production เพอใชในการค านวณหาปรมาณสารเคมทใช ดงรปท 4.44 (2) เมอกรอกขอมลแลว ดงรปท 4.44 แลว ใหกดปม “ค านวณ” เพอท าการค านวณ

ดวยค าสง VBA ทเขยนไวแลว เมอค านวณเสรจแลว หนาจอจะแสดงผลดงรปท 4.45 (3) เมอค านวณสวนของกระบวนการท าบรสทธน าเกลอเสรจเรยบรอยแลว ขอมล

บางสวนจะถกสงมายงสวนกระบวนการผลตเมดเกลอ ซงอยในชท Production แตเนองจากน าเกลอทเขามาในแตละวน จะมความเคมไมเทากน ดงนน จงตองมการค านวณชดหมอเคยวกอน โดยกดทปม “ค านวณชดหมอเคยว”

(4) เมอกดปม “ค านวณชดหมอเคยว” โปรแกรมจะลงกไปยงชท Solver เพอค านวณพารามเตอรตาง ๆ ทเกยวของกบชดหมอเคยว ซงผใชงานจะตองกรอกลงใน “ขอมลในสวนท 1. ขอมลทตองกรอกคาจากผใชงาน” เมอกรอกขอมลเสรจแลว ใหกดปม “ลบขอมล” ตามดวยกดปม “คดลอกคาเรมตน” 2 ครง จากนนกดปม “ค านวณ” โปรแกรมจะเรมค านวณ และเมอขนหนาตาง Solver results ดงรปท 4.47 ใหกด OK

(5) เมอกด OK แลว ใหเลอกชท Report ซงชทนจะรวบรวมผลทแสดงในชท Production ซงขอมลจะเรยงตาม Stream number โดยหนาตางแสดงผลของชท Report แสดงในรปท 4.48

(6) เมอตองการทราบตนทนในการผลตเกลอ เมอเพมปรมาณสารเคมทใชในการก าจดไอออน ใหเลอกชท Cost ซงจะแสดงผลการประเมนตนทนตาง ๆ ทใช ตลอดจนรายรบสทธทไดจากการจ าหนายเกลอ ในระยะเวลา 1 ป ดงรปท 4.49

4.8.4 ผลการค านวณตนทนในการผลตเกลอ จากการค านวณหาคาทเหมาะสม (Optimization) เพอหาคาพารามเตอรของชดหมอ

เคยวดวยโปรแกรม Solver พบวา มคาความคาดเคลอนจากการแกสมการอย 1 จด มคาความคลาดเคลอนประมาณ 13% ซงถอวามผลตอความนาเชอถอของโปรแกรมพอสมควร แตเมอพจารณาถงความเปนไปไดของคาพารามเตอรตาง ๆ จากการค านวณ พบวาโปรแกรมนยอมรบไดส าหรบการประมาณคาตนทนในการผลตเกลอ เนองจากคาพารามเตอรหลกทไดจากการค านวณขนอยกบก าลงการผลตเปนหลก ซงก าลงการผลตเปนคาทก าหนดไว ดงนน ผลของการประเมนตนทนดวยโปรแกรมนสามารถใหผลทยอมรบได ดงนน จากตวอยางการประเมนตนทนในการผลต

129

และรายไดสทธทไดจากการขายเกลอภายใน 1 ป พบวา การผลตเกลอจากน าเกลอทผานการก าจดไอออนดวยปรมาณสารเคมทเพมขน จะชวยลดปญหาของการเกดตะกรนไดโดยทไมเกดการขาดทน

Assumptions:

3. ปรมาณ Na2SO4 ทออกจากถงกรองทรายเทากบNa2SO4 ทออกจากบอผสม

Na2CO3 kg 2,540 kg/m3

NaOH L 1,522 kg/m3

น า 6.00 m31,000 kg/m3

น ำเกลอดบ 400.00 m3

kg

อตราการไหล m3/h

Ca2+ 1,682.62 mg/L อตราการไหล 25 m3/h kg/h

Mg2+ 2,491.72 mg/L ความหนาแนน kg/m3ความหนาแนน kg/m3 อตราการไหล m3/h อตราการไหล m3/h

SO42- 3,702.75 mg/L ของผสม kg มวลการไหล kg/h มวลการไหล kg/h

โบเม 19.00 CaCO3 kg CaCO3 kg/h slurry kg/h เกลอ kg/h

Xsalt Mg(OH)2 kg Mg(OH)2 kg/h CaCO3 kg/h น า kg/h

ความหนาแนน kg/m3 ปรมาตรรวม m3 x salt Mg(OH)2 kg/h Na2SO4 kg/h

Na2SO4 kg m salt kg/h solution kg/h

Xsalt น า kg/h

Msalt kg Na2SO4 kg/h

H2O kg น าเกลอใส kg/h

อำกำศ m3/h m3/h

filter cake kg/h

CaCO3 kg/h

Mg(OH)2 kg/h

solution kg/h

Noted: assume Na2SO4 out9 equal to Na2SO4 out3

1. 80% conversion of raw material (ion in brine)

2. มการกวนผสมอยางดในบอผสมสารเคม

ความหนาแนน Na2CO3

กระบวนการท าบรสทธน าเกลอ

ความหนาแนน NaOH

ความหนาแนนของน า

ถงตกตะกอน

เครองอดตะกอน

บอผสม บอพกน าเกลอใส1

2

3

4

5

6

7

8

10

ถ ดไป อนกล บ ค ำนวณ

บอกรองทราย 9

รปท 4.44 การกรอกขอมลส าหรบค านวณหาปรมาณสารเคมทใชในการก าจดไอออนตามสภาวะ SC-SH

130

Assumptions:

3. ปรมาณ Na2SO4 ทออกจากถงกรองทรายเทากบNa2SO4 ทออกจากบอผสม

Na2CO3 1,780.02 kg 2,540 kg/m3

NaOH 4,317.50 L 1,522 kg/m3

น า 6.00 m31,000 kg/m3

น ำเกลอดบ 400.00 m3

460,317.47 kg

อตราการไหล 22.53 m3/h

Ca2+ 1,682.62 mg/L อตราการไหล 25 m3/h 25,805.99 kg/h

Mg2+ 2,491.72 mg/L ความหนาแนน 1,154.86 kg/m3ความหนาแนน 1,145.57 kg/m3 อตราการไหล m3/h อตราการไหล 25.00 m3/h

SO42- 3,702.75 mg/L ของผสม 474,668.7 kg มวลการไหล 28,871.51 kg/h มวลการไหล 28,639.27 kg/h

โบเม 19.00 CaCO3 1,344.62 kg CaCO3 81.79 kg/h slurry 3,065.51 kg/h เกลอ 5,276.94 kg/h

Xsalt 0.190 Mg(OH)2 1,913.64 kg Mg(OH)2 116.40 kg/h CaCO3 81.79 kg/h น า 23,229.12 kg/h

ความหนาแนน 1,150.79 kg/m3 ปรมาตรรวม 411.02 m3 x salt 0.184 Mg(OH)2 116.40 kg/h Na2SO4 133.21 kg/h

Na2SO4 2,190.04 kg m salt 5,319.73 kg/h solution 2,867.33 kg/h

Xsalt 0.184 น า 23,220.38 kg/h

Msalt 87,460.32 kg Na2SO4 133.21 kg/h

H2O 381,760.09 kg น าเกลอใส 2,723.97 kg/h

อำกำศ m3/h 2.38 m3/h

filter cake 341.55 kg/h

CaCO3 81.79 kg/h

Mg(OH)2 116.40 kg/h

solution 143.37 kg/h

Noted: assume Na2SO4 out9 equal to Na2SO4 out3

24.90

1. 80% conversion of raw material (ion in brine)

2. มการกวนผสมอยางดในบอผสมสารเคม

ความหนาแนน Na2CO3

กระบวนการท าบรสทธน าเกลอ

ความหนาแนน NaOH

ความหนาแนนของน า

ถงตกตะกอน

เครองอดตะกอน

บอผสม บอพกน าเกลอใส1

2

3

4

5

6

7

8

10

ถ ดไป อนกล บ ค ำนวณ

บอกรองทราย 9

รปท 4.45 การแสดงผลการค านวณของสวนกระบวนการท าบรสทธน าเกลอ

131

303.76 oC

273.86 oC 1.32 bar a อณหภม 316.32 oC ไอน า 50.00 kg/h

2.51 bar a 2,687.25 KJ/Kg ความดน 0.64 bar a ความดน 0.90 bar a

2,716.62 KJ/Kg ไอน า 4,722.16 kg/h H3 2,655.44 KJ/Kg อณหภม 66.50 oC

4,365.79 kg/h ไอน า 5,044.87 kg/h H4 2,620.10 KJ/Kg

28,639.27 kg/h ไอน า 5,371.99 kg/h

0.18

50.00 oC Slurry 9,134.47 kg/h

190.14 KJ/Kg oC

133.21 kg/h

เกลอ 5,000.00 Kg/h

M1 24,273.48 kg/h M2 19,551.33 kg/h M3 12,643.26 kg/h M4 4,134.47 kg/h 5,050.00 Kg/h

X1 0.22 X2 0.26990 X3 0.27 X4 0.27

h1 401.15 KJ/Kg h2 335.98 KJ/Kg h3 285.88 Msalt4 5,000.00 kg/h

Msalt3 1,863.20 kg/h h4 233.40 KJ/Kg

มวลการไหล 28,639.27 kg/h hsalt3 63.95 KJ/Kg hsalt 48.22 KJ/Kg เกลอ 5,000.00 Kg/h

Na2SO4 133.21 kg/h

kg/h ลมรอน 0 kg/h

4,722.16 kg/h น าขม kg/h

ความดน 6.00 bar a

อณหภม 158.83 oC

latent heat 2,085.64 KJ/Kg

Hs 2,756.14 KJ/Kg น าคอนเดนเสท 5,044.87 kg/h

ไอน า 7,744.30 kg/h 9,767.02 kg/h

7,744.30 kg/h

ความดน

H1

4,134.47

เกลอชน

KJ/Kg

h0

H2

ไอน า

Na2SO4

มวลการไหล

Xsalt

อณหภม

น าคอนเดนเสท

4,365.79 น าคอนเดนเสท

น าคอนเดนเสท

น าคอนเดนเสท

ความดน

กระบวนการผลตเมดเกลอ

อณหภม

อณหภม

ถงอนรอน

หมอตม 1 หมอตม 3หมอตม 2 หมอตม 4

หมอตมไอน า

เครองปนเหวยง เครองอบแหง เครองบรรจ

9 10

11 12 13

14 16

17

18

19

22

25

23 24

26

28

27

29

30

21

20

15

ค ำนวณ ด ม อเค ว

รปท 4.46 หนาตางแสดงผลของการค านวณชดหมอเคยวของสวนกระบวนการผลตเมดเกลอ

132

รปท 4.47 การค านวณพารามเตอรตาง ๆ ของชดหมอเคยวดวยวธการ Optimization ดวยโปรแกรม Solver

133

Stream No. Stream No.Basis : น าเกลอดบ 400 m3 11 อตราการไหลเชงมวล kg/h 26

สดสวนมวลของเกลอ 27คาเอนทาลปของน าเกลอ kJ/kg 28

12 อตราการไหลเชงมวล kg/h 29สดสวนมวลของเกลอ 30

Stream No. คาเอนทาลปของน าเกลอ kJ/kg1 13 อตราการไหลเชงมวล kg/h

สดสวนมวลของเกลอคาเอนทาลปของน าเกลอ KJ/Kgปรมาณเกลอจากหมอ 3 kg/hคาเอนทาลปของน าเกลอ KJ/Kg

14 อตราการไหลเชงมวล kg/hสดสวนมวลของเกลอ

2 คาเอนทาลปของน าเกลอ kg/hKJ/Kg

3 คาเอนทาลปของเกลอ KJ/Kg15 OC16 kJ/kg17 bar a18 OC19 kJ/kg20 เกลอออกจากเครองบรรจ kg/h

Stream No. Stream No.4 21 bar a

OCคาความรอนแฝงของการกลายเปนไอ KJ/Kg

5 KJ/Kgปรมาณไอน าทใช kg/h

22 oCbar a

6 KJ/Kgkg/h

23 oC7 bar a

KJ/Kg8 kg/h9 24 oC

bar aKJ/Kgkg/h

10 25 oCbar a

KJ/Kgkg/h

ตารางท 1 สรปภาพรวมตนทนในการผลตเกลอและรายไดรวมสทธ

2,756.14

ความดนอณหภม

คาเอนทาลปของไอน า

6.00 158.83

2,085.64

5,000.00 รายการ คา

ลมรอนเกลอเขาเครองบรรจ

ปรมาณเกลอ

น าขมเกลอชน

ปรมาณตะกอนแมกนเซยมไฮดรอกไซด 116.40

116.40 0.18

1,150.79 0.19

1,780.02 4,317.50

รายการ คา หนวย

หนวย

5,050.00 50.00

05,000.00

24,273.48 0.22

401.15 19,551.33

0.27 335.98

12,643.26 0.27

285.88

4,134.47 0.27

5,000.00 233.40

48.22 4,134.47

ไอน า

คาเอนทาลปของน าเกลอ

ปรมาณน าเกลอปรมาณโซเดยมซลเฟตอตราการไหลเชงมวลคาสดสวนมวลของเกลออณหภม

kg/hkg/hkg/h

OC

28,506.06 133.21

28,639.27 0.18

50.00 kJ/kg133.21

อตราการไหล 25.00 m3/hอตราการไหลเชงมวล 28,639.27 kg/h

อตราการไหลเชงมวล 2,723.97 kg/hอตราการไหล 24.90 m3/h

ความหนาแนน 1,145.57 kg/m3

อตราการไหล 2.38 m3/h

อตราการไหล 22.53 m3/hอตราการไหลเชงมวล 25,805.99 kg/h

ปรมาณน าเกลอทปนกบตะกอน 143.37 kg/h

ปรมาณของผสมรวม 341.55 kg/hปรมาณตะกอนแคลเซยมคารบอเนต 81.79 kg/h

kg/hkg/h

ปรมาณตะกอนแมกนเซยมไฮดรอกไซดคาสดสวนมวลของเกลอ

ปรมาณตะกอนแมกนเซยมไฮดรอกไซด 116.40 kg/h

kg/hปรมาณน าเกลอทปนกบตะกอน 2,867.33 kg/h

รายการ คา หนวยปรมาณตะกอนแคลเซยมคารบอเนต 81.79 kg/h

รายการm3

mg/Lmg/L

28,871.51

400.00 1,682.62 2,491.72 3,702.75

19.00

คา หนวย

mg/LBeo

kg/m3

kgL

m3/hkg/h

ปรมาตรน าเกลอดบเขาบอคาไอออนแคลเซยมคาไอออนแมกนเซยมคาไอออนซลเฟตคาโบเม (คาความเคม)คาความหนาแนนของน าเกลอคาสดสวนมวลของเกลอปรมาณสารโซเดยมคารบอเนต

kg/m3

kg/h

ปรมาณสารโซเดยมไฮดรอกไซดอตราการไหลอตราการไหลเชงมวลความหนาแนนปรมาณตะกอนแคลเซยมคารบอเนต

1,154.86 81.79

25.00

คาเอนทาลปของไอน าปรมาณไอน าอณหภมความดนคาเอนทาลปของไอน า

7,744.30

ความดนคาเอนทาลปของไอน าปรมาณไอน าอณหภมความดนคาเอนทาลปของไอน าปรมาณไอน าอณหภมความดน

น าคอนเดนเสท 5,044.87 น าคอนเดนเสท 9,767.02

kg/hkg/hkg/hkg/hkg/h

รายการ คา หนวยน าคอนเดนเสท 7,744.30 น าคอนเดนเสท 4,365.79 น าคอนเดนเสท 4,722.16

1,863.20 63.95

ปรมาณไอน า 5,371.99

0.64 2,655.44 5,044.87

0.90 66.50

2,620.10

273.86 2.51

2,716.62 4,365.79

303.76 1.32

2,687.25 4,722.16

316.32

อณหภม

รปท 4.48 หนาตางแสดงผลจากการค านวณพารามเตอรตาง ๆ จากชท Production 134

หมายเหต

350 วน

รายการ ราคา ราคา/หนวย หรอ 8400 ชวโมง

สารโซดาแอช (Na2CO3) 8.80 บาท/กโลกรม

สารโซดาไฟ (NaOH) 7.25 บาท/กโลกรม น าเกลอ 400 m3 ผลตเกลอได 16 ชวโมง

ตนทนไอน า 573.00 บาท/ตนเกลอ

คาใชจายอนๆ 1,000.00 บาท/ตนเกลอ ดงนน 1 ป จะตองบ าบดน าเกลอ 210,000.00 m3

ราคาเกลอ 3,000.00 บาท/ตนเกลอ

ราคาตะกอนเปยก 500.00 บาท/ตนเกลอ

รายการ คา หนวย

น าเกลอดบเขาบอ 400.00 m3 ตำรำงท 5 สร ปต นท นและรำ ร บส ทธตอป (คำประมำณ)

ปรมาณเกลอคดจากน าเกลอดบ 87,460.32 kg

ปรมาณเกลอทผลตไดจรง 80,000.00 kg

โซเดยมคารบอเนตทใช 1,780.02 kg

โซเดยมไฮดรอกไซดทใช 6,571.24 kg

ปรมาณตะกอนรวม 3,258.26 kg

ไอน าทใช 123,908.81 kg

**หมายเหต : ขอมลในตารางท 3 ค านวณจากน าเกลอ 400 m3

ตำรำงท 2 ข อมลสำรเคม และคำใ จำ อ นๆ

ตารางท 3 คาตวแปรส าหรบค านวณตนทน

รายการ ราคา หนวย

คาสารโซเดยมคารบอเนต

คาสารโซเดยมไฮดรอกไซด

คาไอน า

คาใชจายอนๆ

รวมคาใชจายในการผลตเกลอ

รายไดจากการขายเกลอ

15,664.15

47,641.51

45,840.00

80,000.00

รายการ

คาสารโซเดยมคารบอเนต

คาสารโซเดยมไฮดรอกไซด

รายไดจากการขายตะกอน

รายไดสทธ

189,145.66

8,223,679.52

240,000.00

1,629.13

52,483.47

หนวยราคา

บาท/ป

บาท/ป

ก าหนดให 1 ป สามารถผลตเกลอได

25,011,791.51

บาท

บาท

บาท

บาท

บาท

บาท

บาท

บาท

คาไอน า 24,066,000.00 บาท/ป

คาใชจายอนๆ 42,000,000.00 บาท/ป

ตำรำงท 4 ต นท นและรำ ได ส ทธ ส ำ ร บน ำเกลอดบ 400 m3

รายไดสทธ 27,553,822.04 บาท/ป

รายไดจากการขายเกลอ 126,000,000.00 บาท/ป

รายไดจากการขายตะกอน 855,293.06 บาท/ป

รวมคาใชจายในการผลตเกลอ 99,301,471.02 บาท/ป

รปท 4.49 หนาตางแสดงผลการค านวณตนทนในการผลตเกลอ

135

บทท 5 สรปผลการวจยและขอเสนอแนะ

5.1 สรปผลการวจย จากปญหาการเกดตะกรนในหมอเคยวสญญากาศของกระบวนการผลตเกลอ น ามาสการศกษา สาเหตของการเกดตะกรนและศกษาแนวทางในการปองกนการเกดตะกรน พรอมทงเสนอแนะวธการปองกน ส าหรบน าไปประยกตใชจรงในโรงงาน และท าการประเมนตนทนในการผลตเกลอ โดยผลของการศกษาและทดลองสรปผลไดดงน 5.1.1 การวเคราะหองคประกอบของน าเกลอดบ

จากผลการวเคราะหองคประกอบในน าเกลอดบทใชเปนวตถดบตงตนในการผลตเกลอ พบวาประกอบดวยไอออนโซเดยม (Na+) และคลอไรด (Cl-) เปนหลก และมไอออนซลเฟต (SO4

2-) แคลเซยม (Ca2+) และแมกนเซยม (Mg2+) เปนไอออนเจอปน ซงไอออนทงสามชนดน ลวนเปนสาเหตของการเกดตะกรนไดทงหมด

5.1.2 การวเคราะหสมบตทางกายภาพของตะกรน ผลจากการวเคราะหสมบตทางกายภาพของตะกรนพบวา ตะกรนทเกดในหมอเคยว

สญญากาศ มสาเหตมาจากสารประกอบของแมกนเซยม (Mg) เปนหลก แตในน าเกลอมไอออนอนทเปนสาเหตของการเกดตะกรนดวย ดงนน เพอลดตนเหตของการเกดตะกรน ควรมการก าจดไอออน Mg2+ และไอออน Ca2+ ออกจากน าเกลอ กอนน าน าเกลอปอนเขาสหมอเคยวสญญากาศ

5.1.3 การก าจดไอออนเจอปนในน าเกลอดบ (ระดบหองปฏบตการ) จากผลการศกษาปรมาณสารเคมทใชในการก าจดไอออนเจอปนในน าเกลอ สรปได

วาการใชสารตามสดสวนของโรงงาน (สภาวะ PC-PH) สามารถก าจดไอออน Ca2+ ไดประมาณ รอยละ 70 และก าจดไอออน Mg2+ ไดเพยงรอยละ 20 แตเมอใชสารในสดสวนทเทากบปรมาณของไอออน Ca2+ และ Mg2+ (สภาวะ SC-SH) จะก าจดไอออน Ca2+ และ Mg2+ ไดสงถงรอยละ 80 ซงการเพมปรมาณสารเคมเปนการเพมปรมาณการท าปฏกรยา เพอให CaCO3 และ Mg(OH)2 ตกตะกอนไดมากขน ในขณะทล าดบของการเตมสารเคมไมมผลตอการก าจดไอออนเจอปน

137

ส าหรบการศกษาผลกระทบของ CO2 ทมตอการปองกนการเกดตะกรนใน หมอเคยวสญญากาศ พบวาเมอน าเกลอมอณหภมสงขน จะท าใหมการสญเสยกาซ CO2 ซงสงผลใหสมดลคารบอเนตมการเปลยนแปลงและอาจอยในสภาวะทเหมาะสมตอการตกตะกอนของสารกอตะกรน แตหากมการเตมกาซ CO2 หรอการควบคมปรมาณ CO2 ในน าเกลอได จะสามารถรกษาสภาวะของน าเกลอใหมคา pH ต ากวาคา pH ทเหมาะสมตอการตกตะกอนของสารกอตะกรนได

5.1.4 การแยกตะกอนทตกคางอยในน าเกลอ (ระดบหองปฏบตการ) จากผลการศกษาแนวทางในการแยกตะกอนทเกดขน จากกระบวนการก าจดไอออน

ดวยวธการทางเคมไดขอสรปดงน ในการแยกตะกอนทเกดจากกระบวนการก าจดไอออน พบวาการเตมสารชวยเรงตกตะกอนและการตกตะกอนในทอเอยงจะชวยลดระยะเวลาในการตกตะกอนได ส าหรบผลการแยกตะกอนตกคางขนาดเลกทอยในน าเกลอทก าจดไอออนแลวดวยวธการอนรอน พบวาการอนรอนสามารถแยกตะกอนตกคางในน าเกลอได เพราะสมบตการละลายไดของตะกอนตกคางในน าเกลอจะลดลงเมออณหภมสงขน และเมอพจารณาผลกระทบของการเตมสารชวยเรงตกตะกอน ผลของระยะเวลาทใชในการตกตะกอน และผลของน าเกลอทสมเกบตวอยางจากอปกรณตาง ๆ ภายในโรงงานทมตอการลดปรมาณตะกอนตกคางในน าเกลอ พบวาการเตมสารชวยเรงตกตะกอนและการเพมระยะเวลาในการตกตะกอนทมากขน สามารถลดปรมาณของตะกอนทตกคางในน าเกลอได ส าหรบการอนรอนน าเกลอทสมเกบตวอยางจากอปกรณตาง ๆ ภายในโรงงานผลตเกลอ พบวาปรมาณตะกอนทตกคางอยในน าเกลอจากจดเกบตวอยางจะมคาลดลงตามล าดบอปกรณดงน ถงอนรอน < ถงกรองทราย < บอพกน าเกลอใส < บอบ าบด และเมอค านวณปรมาณของตะกอนทเกดขนเปนความหนาของตะกรนในหมอเคยวสญญากาศ พบวาตะกรนจะมความหนาประมาณ 0.02-0.07 มลลเมตรตอวน ส าหรบผลการวเคราะหโครงสรางผลกแสดงใหเหนวาตะกอนทแยกไดจากการอนรอนมโครงสรางผลกเปนสารประกอบจ าพวกแคลไซตแมกนเซยน สวนการแยกตะกอนดวยการเตมตวลอผลกพบวา วธการนไมมผลตอการตกตะกอนของตะกอนตกคางในน าเกลอบ าบด เพราะความเขมขนของไอออนไมไดอยในสภาวะอมตวยงยวดทมากพอตอการตกผลก

5.1.5 การเสนอแนวทางในการปองกนการเกดตะกรน จากแนวทางในการปองกนการเกดตะกรนในหมอเคยวสญญากาศของกระบวนการ

ผลตเกลอทไดเสนอไปทงหมด 7 แนวทาง ประกอบดวย การเพมปรมาณสารเคมในการก าจดไอออน การเตมสารชวยเรงตกตะกอน การใชถงตกตะกอนแบบ Lamellar รวมกบการอนรอน การปรบต าแหนงระหวางบอกรองทรายกบถงอนรอน การเตมตวเพอลอใหเกดการตกตะกอน การเตมสารปองกนการเกดตะกรน (Anti-scaling) และการใชเทคโนโลยคอลลอยด-เอ-ตรอน จากแนวทาง

138

ทงหมดทไดเสนอไปนน แนวทางทสามารถด าเนนการไดงายและเปนการแกไขปญหาทสาเหตของการเกดตะกรนคอการเพมปรมาณสารเคมในการก าจดไอออน โดยแนวทางทเสนอใหมการน าไปประยกตใช จะตองมการเพมหนวยแยกตะกอนออกจากน าเกลอ เพอน ากากตะกอนไปเพมมลคาแทนการปลอยทง

5.1.6 การศกษาพฤตกรรมการเกดตะกรน ในการศกษาพฤตกรรมการเกดตะกรน พบวา มกลไกของการเกดตะกรน 5 ขนตอน

ไดแก ขนท 1 การเดอดแบบฟองท าใหเกดสภาวะอมตวยงยวดรอบฟอง ขนท 2 เกดผลกของสารกอตะกรนรอบผวฟอง ขนท 3 การรวมตวของผลก ขนท 4 ผลกทผวฟองหลดและตกสะสมทผวทอ ขนท 5 ฟองหลดออกจากทอ จากผลการศกษาการเกดตะกรน โดยใชน าเกลอทมความเขมขนของไอออนเจอปนแตกตางกน พบวาปรมาณตะกรนทเกดขนจากการใชน าเกลอทแตกตางกน มคาดงน น าเกลอดบ > น าเกลอ PC-PH > น าเกลอ SC-SH ส าหรบการปองกนการเกดตะกรนโดยการใชสารกวรกม (Guar gum) พบวาสารกวรกมสามารถปองกนการเกดตะกรนได โดยสารชนดนจะจบตะกอนไวและสรางเปนชนเจลเกาะกบผนงทอ ท าใหของแขงไมสามารถเกาะตดทผนงทอไดโดยตรง แตการใชสารกวรเพอปองกนการเกดตะกรน จะสงผลใหเกลอผลตภณฑทไดมความบรสทธต าลง จงควรมการศกษาเพมเตม ส าหรบผลการวเคราะหโครงสรางผลกของของแขง ทเกดขนจากการศกษาพฤตกรรมการเกดตะกรนพบวา ของแขงทเกดขนจากการใชน าเกลอดบเปนสาร CaSO4 ในขณะทของแขงทเกดจากการใชน าเกลอทผานการก าจดไอออนแลว มโครงสรางเปน อสณฐาน ท าใหไมสามารถระบชนดของสารไดอยางชดเจน แตเบองตนสรปไดวาของแขงทเกดขนเปนสารประกอบของแคลเซยม (Ca) และแมกนเซยม (Mg)

5.1.7 การเพมมลคาใหกบกากตะกอนทเกดจากกระบวนการก าจดไอออน จากการศกษาการน ากากตะกอนทเกดจากกระบวนการก าจดไอออนดวยวธทางเคม

มาเพมมลคา โดยการใชกากตะกอนเปนสารตงตนในการผลตตวเรงปฏกรยาส าหรบผลตไบโอดเซลจากน ามนพชใชแลว พบวาเมอเผากากตะกอนทอณหภม 850 ºC จะไดของแขงทม CaO เปนองคประกอบหลก และม MgO ปะปนอยดวย โดยพนทผวจ าเพาะของตวเรงปฏกรยาทผลตได มคาประมาณ 1.71 m2/g และมสมบตเคมพนผวเปนหมเบสทมความแขงแรงตงแตนอยจนถงมาก มปรมาณความหนาแนนหมเบสในชวง 0.263 – 0.641 mmol/g ในการผลตน ามนไบโอดเซลจากน ามนพชใชแลวโดยใช CaO/MgO ทเตรยมจากกากตะกอนเปนตวเรงปฏกรยา พบวาสามารถผลตน ามนไบโอดเซลได แตคณภาพของน ามนยงคงมเสถยรภาพตอการเกดปฏกรยาออกซเดชนต า เพราะมปรมาณของกรดไขมนไมอมตวมากกวากรดไขมนอมตว จงท าใหน ามนไบโอดเซลทสงเคราะหไดมไขเกดขน

139

5.1.8 การประเมนตนทนของการผลตเกลอ ในการประเมนตนทนในการผลตเกลอโดยการใชโปรแกรม Microsoft Excel ไดม

การสรางแบบจ าลองขน เพอค านวณพารามเตอรทเกยวของกบชดหมอเคยว โดยใช Linear optimization model tools ท ชอว า Solver ส าห รบการค านวณ จากการค านวณดวยการท า Optimization พบวามคาความคลาดเคลอนอย 1 จด มคาความคลาดเคลอนประมาณ 13% ซงถอวามผลตอความนาเชอถอของโปรแกรมพอสมควร แตเมอพจารณาถงคาพารามเตอรตาง ๆ จากการค านวณ พบวาโปรแกรมนยอมรบไดส าหรบการประมาณตนทนในการผลตเกลอแบบหยาบ เนองจากคาพารามเตอรหลกทไดจากการค านวณขนอยกบก าลงการผลตเปนหลก ซงก าลงการผลตเปนคาทก าหนดไวแลว ดงนน ผลของการประเมนตนทนดวยโปรแกรมนสามารถใหผลทยอมรบได ซงผลของการประเมนตนทนในการผลตเกลอเมอมการเพมปรมาณสารเคมพบวา บรษทสามารถผลตและจ าหนายเกลอได โดยยงคงมรายไดสทธเปนบวก

5.2 ขอเสนอแนะ 1. ควรมการศกษาเพมเตมถงแนวทางการก าจดไอออนดวยวธการอน ๆ รวมทงความ

เหมาะสมทจะสามารถน าไปประยกตใชไดจรงในโรงงาน 2. ควรมการศกษาเพมเตมถงชนดของสารปองกนการเกดตะกรนทสามารถน ามาใชใน

กระบวนการผลตเกลอบรโภคได 3. ควรมการศกษาเพมเตมถงแนวทางในการน ากากตะกอนทเกดขนจากกระบวนการก าจด

ไอออนไปเพมมลคา รวมทงท าการศกษาเพมเตมถงการน ากากตะกอนไปผลตเปนตวเรงปฏกรยา CaO/MgO และศกษาการเพมความสามารถในการท าปฏกรยาของตวเรงปฏกรยาส าหรบน าไปใชในปฏกรยาทรานเอสเทอรรฟเคชนในการผลตน ามนไบโอดเซล

4. ปรบปรงวธการค านวณ (Computational method) ใหมคาความคลาดเคลอนนอยลง

รายการอางอง

เคอรลนสก, มารก. (2552). ประวตศาสตรโลกผานเกลอ (Salt : A World History) แปลโดย เรองชย รกศรอกษร. กรงเทพมหานคร: มตชน

คณะอนกรรมการจดการความรเพอผลประโยชนแหงชาตทางทะเล. (2010). การท านาเกลอ. [ออนไลน]. ไดจาก: http://www.mkh.in.th/index.php/2010-03-22-18-05-14/2010-03-26-05- 53-43

ณรงค วทธเสถยร. (2540). การปรบสภาพน าส าหรบอตสาหกรรม. กรงเทพมหานคร: ประชาชน นพนธ ตงคณานรกษ และ คณตา ตงคณานรกษ. (2547). สเปกโทรสโกปดานการวเคราะห

(Analytical Spectroscopy). กรงเทพมหานคร: ส านกพมพมหาวทยาลยเกษตรศาสตร. บวอน. (2009). แองเกลอ ขมทรพยแดนอสาน. [ออนไลน].

ไดจาก: http://www.vcharkarn.com/varticle/39952 ประชาชาตธรกจออนไลน. (2558). เพชรบรแชมปนาเกลอ3หมนไร รายไดพนล. "สปาเกลอ"ตดลม

บนจน-ออสเตรเลยฮต. [ออนไลน]. ไดจาก: http://www.prachachat.net/news_detail.php?newsid=1423045835

แมน อมรสทธ และคณะ. (2009). หลกการและเทคนคการวเคราะหเชงเครองมอ กรงเทพมหานคร: ชวนพมพ 50.

มหาวทยาลยรามค าแหง. (ม.ป.ป.). บทท 9 กรด เกลอ และเบส. [ออนไลน]. ไดจาก: http://e-book.ram.edu/e-book/c/CM103(50)/CM103-9(50).pdf

เลศพงศ ลาภชวะสทธ. (2015). สองโอกาสไทยกบ “อตสาหกรรมเกลอ” ในอาเซยน. [ออนไลน]. ไดจาก:https://www.scbeic.com/th/detail/product/1727

ศกรนทร ปรศวงศ. (2549). ผลขององคประกอบทางชวเคมตอการตกผลกในน าผง. [ออนไลน]. (วทยาศาสตมหาบณฑต, มหาวทยาลยสงขลานครนทร). คลงปญญา

มหาวทยาลยสงขลานครนทร ไดจาก: http://www.similar.com.tw/eng-product.htm ศนศนย รกไทยเจรญชพ. (2558). ประโยชนจากเอกซเรยดฟแฟรกชน (XRD) ในการทดสอบ

วตถดบและผลตภณฑ. วารสารกรมวทยาศาสตรบรการ 63(197): 38-40. Al-Anezi, K., and Hilal, N. (2007). Scale formation in desalination plants: effect of carbon

dioxide solubility. Desalination. 204(1): 385-402.

141

Al-Deffeeri, N.S. (2007). Heat transfer measurement as a criterion for performance evaluation of scale inhibition in MSF plants in Kuwait. Desalination. 2007. 204(1): 423-436.

Al-Rawajfeh, A.E., Glade, H., and Ulrich , J. (2005). Scaling in multiple-effect distillers: the role of CO2 release. Desalination. 182(1): 209-219.

Amjad, Z. (2004). Gypsum scale formation on heat exchanger surfaces: The influence of natural and synthetic polyelectrolytes. Tenside Surfactants Detergents. 41(5): 214-219.

Aphane, M.E. (2007). The hydration of magnesium oxide with different reactivities by water and magnesium acetate [On-line] (Master of Science, University of South Africa).

Austin, G.T. (1984). Shreve’s Chemical Process Industries. (2nd ed.). New York: McGraw-Hill.

Buss-SMS-Canzler. (n.d.). Process Design. [On-line]. Available: http://www.sms-vt.com/en/technologies/evaporation-plants/process-design.html?0= from: www.intechopen.com. Accessed date: June 28, 2011.

Çetinkaya, M. and Karaosmanoǧlu, F. (2004). Optimization of Base-Catalyzed Transesterification Reaction of Used Cooking Oil. Energy & Fuels. 18: 1888-1895.

Civil and environmental Engineering. (n.d.). Scaling. [On-line]. Available: http://cooling.ce.cmu.edu/scaling.html

Culkin, F. (1965). The major constituents of sea water. Chemical oceanography. 1: 121-161. Quoted in Hitchon, B. and Holter, M. (1971). Calcium and magnesium in Alberta brines. Alberta: Research Council of Alberta.

de Beer, M., Doucet, F.J., Maree, J.P., and Liebenberg, L. (2015). Synthesis of high-purity precipitated calcium carbonate during the process of recovery of elemental sulphur from gypsum waste. Waste Management. 46: 619-627

Dinnebier, R.E. and L. Billinge, S.J. (2008). Powder diffraction: theory and practice. Cambridge: Royal Society of Chemistry.

Di Serio, M., Ledda, M., Cozzolino, M., Minutillo, G., Tesser, R. and Santacesaria, E. (2006). Transesterification of Soybean Oil to Biodiesel by Using Heterogeneous Basic Catalysts. Industrial & Engineering Chemistry Research. 45(9): 3009-3014.

142

Dossin, T.F., Reyniers, M.-F., Berger, R.J.and Marin, G. B. (2006). Simulation of heterogeneously MgO-catalyzed transesterification for fine-chemical and biodiesel industrial production. Applied Catalysis B: Environmental. 67(1–2): 136-148.

Driesner, T. (2007). The system H 2 O–NaCl. Part II: Correlations for molar volume, enthalpy, and isobaric heat capacity from 0 to 1000° C, 1 to 5000bar, and 0 to 1 X NaCl. Geochimica et Cosmochimica Acta. 71(20): 4902-4919

Engineering guide. (n.d.). Calculation of Steam Consumption and Vaporization Capacity using OPEN PAN EVAPORATOR [On-line]. Available: http://enggyd.blogspot.com/2010/07/calculation-of- steam-consumption-and.html

Freedonia. (2014) Wordl salt [On-line]. Available: http://www.freedoniagroup.com/industry- study/3199/world-salt.htm

Fritz, J.S., and Gjerde, D.T. (2009). Ion chromatography. Germany: Wiley-VCH. Garrett-Price, B.A., Smith, S.A., Watts, R.L. and Knudsen, J.G. (1985). Fouling of heat

exchangers:Characteristics, costs, prevention, control and removal USA: Noyes Publications..

George, D., Riley, J.M. and Crocker, L. (1966). Preliminary process development studies for desulfating Great Salt Lake brines and sea water. U.S. Bureau of mines. quoted in Hitchon, B. and Holter, M. (1971). Calcium and magnesium in Alberta brines. Alberta: Research Council of Alberta.

Global Industry Analysts. (2015). Calcium carboante-A global strategic Business Report [On-line]. Available: http://www.strategyr.com/pressMCP-2033.asp

Halikia, I., Zoumpoulakis, L., Christodoulou, E. and Prattis, D. (2001). Kinetic study of the thermal decomposition of calcium carbonate by isothermal methods of analysis. European Journal of Mineral Processing and Environmental Protection. 1: 89-102.

Harkins, W.D., (1911) The effects of salts upon the solubility of other salts. VII. Discussion of the solubility relations of unibivalent salts. Journal of the American Chemical Society. 33: 1836-1873.

Heitmann, H.-G. (1990). Saline Water Processing: Desalination and treatment of seawater, brackish water and industrial waste water. Weinheim: VCH.

143

Henley, E.J., Seader, J., and Roper, D.K. (2011). Separation process principles. (3rd ed.). USA: Wiley.

Hidetomo, S. (1964). Method for the purification of brine. United States Patent. US 3,218,248. Holmgren, M. (2013). Steam Tables in Excel. [On-line].

Available: http://www.mycheme.com/steam-tables-in-excel Hospeti, N.B. and Mesler, R.B. (1965). Deposits formed beneath bubbles during nucleate boiling

of radioactive calcium sulfate solutions. AIChE Journal. 11(4): 662-665. Quated in Bott, T.R. (1995). [On-line] Fouling of heat exchangers.Amsterdam: Elsevier.

Irving, L. (1926). The Precipitation of Calcium and Magnesium from Sea Water. Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom (New Series). 14(02): 441-446.

ISH Markit. (2014). Magnesium Oxide and Other Magnesium Chemicals. [On-line]. Available:https://www.ihs.com/products/magnesium-oxide-chemical-economics- handbook.html

Jaiyen, S., T. Naree, and C. Ngamcharussrivichai. (2015). Comparative study of natural dolomitic rock and waste mixed seashells as heterogeneous catalysts for the methanolysis of palm oil to biodiesel. Renewable Energy. 74: 433-440.

JSI. (n.d.). Production process. [On-line]. Available: http://www.jsia.gr.jp/english/process.html

Kazi, S. N., Teng, K. H., Zakaria, M. S., Sadeghinezhad, E., and Bakar, M. A. (2015). Study of mineral fouling mitigation on heat exchanger surface. Desalination. 367: 248-254.

Kaufmann, D.W. (1960). Sodium chloride: the production and properties of salt and brine. New York: Reinhold Publishing.

kmacgill. (n.d.). Lesson Plans Chapter 15: Solutions & Solution Chemistry. [On-line]. Available: http://www.kmacgill.com/lecture_notes/lecture_notes_15.htm

Kouzu, M., Kasuno, T., Tajika, M., Yamanaka, S. and Hidaka, J. (2008). Active phase of calcium oxide used as solid base catalyst for transesterification of soybean oil with refluxing methanol. Applied Catalysis A: General. 334(1–2): 357-365.

Kramer, D.A. (2001). Magnesium, its alloys and compounds. [On-line]. Available: https://pubs.usgs.gov/of/2001/of01-341/of01-341.pdf

144

Lee, S.L., Wong, Y.C., Tan, Y.P. and Yew, S.Y. (2015). Transesterification of palm oil to biodiesel by using waste obtuse horn shell-derived CaO catalyst. Energy Conversion and Management. 93: 282-288.

Lehmann, O., Nir, O., Kuflik, M., and Lahav, O. (2014). Recovery of high-purity magnesium solutions from RO brines by adsorption of Mg (OH)2 (s) on Fe3O4 micro-particles and magnetic solids separation. Chemical Engineering Journal. 235: 37-45.

Li, X.-G., Lv, Y., Ma, G.-G., Wang, W.-Q. and Jian, S.-W. (2013). [In press] Decomposition kinetic characteristics of calcium carbonate containing organic acids by TGA. Arabian Journal of Chemistry.

Lin, Y.-P. and Singer, P.C. (2005). Effects of seed material and solution composition on calcite precipitation. Geochimica et cosmochimica acta. 69(18): 4495-4504.

Livingstone, D.A. (1963). Chemical composition of rivers and lakes. in Data of Geochemistry (6th ed.). Washington: US Government Printing Office. quoted in Hitchon, B. and Holter, M. (1971).Calcium and magnesium in Alberta brines. Alberta: Research Council of Alberta.

Lower, S.K. (1999). Carbonate equilibria in natural waters. Simon Fraser University. [On-line].Available: http://www.chem1.com/acad/webtext/pdf/c3carb.pdf

Marinković, D.M., et al., (2016). Calcium oxide as a promising heterogeneous catalyst for biodiesel production: Current state and perspectives. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 56: 1387-1408.

Moote, T.P., and Reed, R.L. (1985). Removal and recovery of magnesium, strontium and barium from brines. United States Patent. US 4,495,160.

Moritz, G.J., (1982). Production of purified brine. United States Patent. US 4,336,232. Muensriphu, C., Vichvavichien, S., Jinarach, S., Atthayuwat, P., and Mujtaba, B.G. (2010).

Strategic Exploration of Salt International Company in Thailand: Can they have Sustainable and Growth Profits?. Journal of Business Studies Quarterly. 1(3): 68-81.

Mullin, J.W. (1992). Crystallization. (3rd ed.). Oxford: Butterworth-Heinemann Ltd. Nbainter. (n.d.). คอลลอยด-เอ-ตรอน. [On-line] Available from:

http://www.nbainter.com/thaiHOW%20IT%20WORKS%20Mechanism01.htm.

145

Ngamcharussrivichai, C., Nunthasanti, P., Tanachai, S., and Bunyakiat, K. (2010). Biodiesel production through transesterification over natural calciums. Fuel Processing Technology. 91(11): 1409-1415.

Omar, W.N.N.W., Amin, N.A.S. (2011). Biodiesel production from waste cooking oil over alkaline modified zirconia catalyst. Fuel Processing Technology. 92:2397-2405.

Pang, H., Ning, G., Gong, W., Ye, J. and Lin, Y. (2011). Direct synthesis of hexagonal Mg (OH) 2 nanoplates from natural brucite without dissolution procedure. Chemical Communications. 47(22):6317-6319.

Perry, R.H. (1984). Chemical Engineering Handbook. (6th ed.). New York: McGraw –Hill. Petitjean, H., Chizallet, C., Krafft, J.M., Che, M., Lauron-Pernot, H. and Costentin, G. (2010).

Basic reactivity of CaO: investigating active sites under operating conditions. Physical Chemistry Chemical Physics. 12(44): 14740-14748.

Petric, B. and Petric,N. (1980). Investigations of the rate of sedimentation of magnesium hydroxide obtained from sea water. Industrial & Engineering Chemistry Process Design and Development.19(3): 329-335.

Prapasawat, T., Hronec, M., Stolcova, M., Lothongkum, A.W., Pancharoen, U. and Phantanasri, S. (2014).Thermodynamic models for determination of the solubility of 2,5-

bis(2 furylmethylidene)cyclopentan-1-one in different solvents at temperatures ranging from 308.15 to 403.15 K. Fluid Phase Equilibria. 367: 57-62.

Prnewswire. (2012). China Drives Global Growth for Calcium Carbonate Demand. [On-line]. Available: http://www.prnewswire.com/news-releases/china-drives-global-growth-for- calcium-carbonate-demand-150938735.html

PubChem. (n.d.). Calcium carbonate. [On-line]. Available: https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/calcium_carbonate

PubChem. (n.d.). Magnesium hydroxide. [On-line]. Available: https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/73981

PubChem. (n.d.). Sodium Chloride. [On-line]. Available: https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/sodium_chloride#section=Top

Samant, K.D., and L. O'Young. (2006) Understanding crystallization and crystallizers. CEP magazine. [On-line].

146

Same Company limited. (n.d). Slanting pipe. [On-line]. Available: http://www.similar.com.tw/eng-product.htm

Song, X., Tong, K., Sun, S., Sun, Z., and Yu, J. (2013). Preparation and crystallization kinetics of micron-sized Mg(OH)2 in a mixed suspension mixed product removal crystallizer. Frontiers of Chemical Science and Engineering 7(2): 130-138.

Sorai, M. (2004). Comprehensive handbook of calorimetry and thermal analysis.West Sussex: John Wiley & Sons

Surfguppy. (n.d.). The Process of Solvation. [On-line]. Available: http://surfguppy.com/solutions/process-solvation/

Tan, Y.H., Abdullah, M.O., Nolasco-Hipolito, C. and Taufiq-Yap, Y.H. (2015). Waste ostrich- and chicken-eggshells as heterogeneous base catalyst for biodiesel production from used cooking oil: Catalyst characterization and biodiesel yield performance. Applied Energy. 160: 58-70.

Tarleton, S., and Wakeman, R. (2007). Solid liquid separation: equipment selection and peocess design. (1st ed.). Oxford: Butterworth-Heinemann.

Terziev, G.J. (1935). Purification of brines. United States Patent. US 1,999,709. The Editors of Encyclopædia Britannica. (n.d.). Polyacrylamide. [On-line].

Available: https://global.britannica.com/science/polyacrylamide The Salt Industry Center of Japan. (n.d.). Salt production method. [On-line].

Available: http://www.jsia.gr.jp/english/process.html Bott, T.R. (1995). [On-line] Fouling of heat exchangers.Amsterdam: Elsevier. Tung, H.-H., Paul, E.L., Midler, M. and McCauley, J.A. Crystallization of organic compounds:

an industrial perspective. New Jersey: John Wiley & Sons. Turek, M. and Gnot, W. (1995). Precipitation of Magnesium Hydroxide from Brine. Industrial &

Engineering Chemistry Research. 34(1): 244-250. Turton, R., Bailie, R.C., Whiting, W.B., Shaeiwitz, J.A. (2008). Analysis, synthesis and design

of chemical processes. USA: Pearson Education TutorVista. (n.d.). Flocculation. [On-line].

Available: http://chemistry.tutorvista.com/physical-chemistry/flocculation.html

147

Viriya-empikul, N., Krasae, P., Nualpaeng, W., Yoosuk, B. and Faungnawakij, K. (2012). Biodiesel production over Ca-based solid catalysts derived from industrial wastes. Fuel. 92(1): 239-244.

Wikipedia. (n.d.). Lamella clarifier. [On-line]. Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Lamella_clarifier

Wikipedia. (n.d.). Solvay Process. [On-line]. Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Solvay_process

Willey, J.D., (2004). The effect of ionic strength on the solubility of an electrolyte. Journal of Chemical Education. 81: 1644-1646. Xie, W. and Zhao, L. (2013). Production of biodiesel by transesterification of soybean oil using

calcium supported tin oxides as heterogeneous catalysts. Energy Conversion and Management. 76: 55-62.

Yan, L., Zhuang, J., Sun, X., Deng, Z. and Li, Y. (2002). Formation of rod-like Mg (OH)2 nanocrystallites under hydrothermal conditions and the conversion to MgO nanorods by. thermal dehydration. Materials Chemistry and Physics. 76(2): 119-122.

Zeppenfeld, K. (2011). Electrochemical removal of calcium and magnesium ions from aqueous solutions.Desalination. 277(1): 99-105.

Zhang, Y., Wang, L., Zhou, R. and Liu, X. (2011). Measurement and Correlation for the of Solubilities Dihydrocapsaicin in n-Heptane, n-Hexane, n-Pentane, Ethyl Acetate, Acetone, Ethanol, and Water. Journal of Chemical & Engineering Data. 56(5): 2090-2094.

Zhi, W., Hu, Y., Yang, W., Kai, Y. and Cao, Z. (2013). Measurement and correlation of solubility of d-sorbitol in different solvents. Journal of Molecular Liquids. 187: 201-205.

ภาคผนวก ก.

โปรแกรมค านวณตนทนในการผลตเกลอเมอมการปรบปรงกระบวนการ

ท าบรสทธน าเกลอ (การเพมปรมาณสารเคมทใชในการก าจดไอออน)

149

ค าน า โปรแกรมค านวณตนทนในการผลตเกลอทสรางขนในแผนงานค านวณ (Worksheet) ของ

โปรแกรม Microsoft excel เปนโปรแกรมทเหมาะส าหรบค านวณหาตนทนในการผลตเกลอเมอมการปรบปรงกระบวนการท าบรสทธน าเกลอ (การใชสารเคมในการก าจดไอออนดวยสภาวะ SC-SH) โดยโปรแกรมทสรางขนจะประกอบไปดวย การเขยนค าสงใน VBA การเรยกใช Macro และการใชค าสง Solver ของโปรแกรม Microsoft excel โดยเนอหาในภาคผนวก ก. จะแบงเปน 3 สวน คอ สวนท 1 ขอมลเบองตนทใชในการค านวณ สวนท 2 จะแสดงสมการทใชในโปรแกรมค านวณตนทน สวนท 3 จะแสดงค าสงทเขยนใน VBA และ Macro

สวนท 1 ขอมลเบองตนทใชในการค านวณ

ในการแสดงสมการทใชในโปรแกรมค านวณตนทนการผลตเกลอ จะใชขอมลทน าเสนอไปแลวในบทท 4 มาใชในการค านวณ โดยขอมลจากบทท 4 มรายละเอยด ดงน ถงตกตะกอน (Clarifier) : ขนาดของถง 35 m3, อตราการไหลของน า เกลอเขาถง 25 m3/h, ระยะเวลาในการปลอยตะกอน 1 ชวโมง เครองรดตะกอน (Decanter) : น าเกลอในกากตะกอน 5% ก าลงการผลตเกลอ : ก าลงการผลตเกลอของบรษทสยามทรพยมณเทากบ 40,000 ตนตอป รายละเอยดของน าเกลอและสารเคมทใช :

1) น าเกลอดบจากแหลงน าใตดน มคาปรมาณของไอออนแคลเซยม (Ca2+) 1,682.62 mg/L ไอออนแมกนเซยม (Mg2+) 2,491.77 mg/L และไอออนซลเฟต (SO4

2-) 3,702.75 mg/L 2) สารละลายโซเดยมไฮดรอกไซด (NaOH) ความเขมขน 50 wt.% ความหนาแนน

1.52 g/mL ราคา 7.25 บาทตอกโลกรม 3) สารโซเดยมคารบอเนต (Na2CO3) เกรดอตสาหกรรม ราคา 8.80 บาทตอกโลกรม

กระบวนการท าบรสทธน าเกลอ : น าเกลอดบจะถกสบเขาบอ 400 m3 ตอการท าบรสทธน าเกลอ 1 ครง

150

อตราการปอนน าเกลอเขาสกระบวนการผลตเกลอ : น าเกลอขาเขาถงอนรอนมอตราการไหลเทากบ 25 m3/h

ตนทนตาง ๆ : ตนทนไอน าเทากบ 573 บาทตอตนเกลอ ตนทนอน ๆ เทากบ 1,000 บาทตอตนเกลอ สภาวะในการท าบรสทธน าเกลอ : สภาวะทเลอกใชในการท าบรสทธน าเกลอคอสภาวะ SC-SH (การใชสารเคมในปรมาณทเทากบสดสวนของไอออน Ca2+ และไอออน Mg2+) โดยสภาวะ นสามารถก าจดไอออนทงสองได 80%

สวนท 2 สมการทเกยวของในโปรแกรมส าหรบค านวณตนทนในการผลตเกลอ

1) สมการทใชค านวณในแผนผงท 1 กระบวนการท าบรสทธน าเกลอ ส าหรบการค านวณคาตาง ๆ ในแผนผงท 1 กระบวนการท าบรสทธน าเกลอของโปรแกรมค านวณตนทนมสมการหลก ๆ ทส าคญและตวอยางการค านวณ ดงน

(1) ปรมาณสาร Na2CO3 (kg) = 2 3

2+

2+in Na CO

Ca

V × Ca × MW

1000 × MW (1ก)

โดยท inV คอ ปรมาตรน าเกลอทเขาบอบ าบด (m3)

2+Ca คอ ปรมาณของไอออน 2+Ca ในน าเกลอดบ (mg/L)

2 3Na COMW คอ มวลโมเลกลของ Na2CO3

2+CaMW คอ มวลโมเลกลของ 2+Ca

ก าหนดให inV = 400 m3 2+Ca = 1,682.62 mg/L

2 3Na COMW = 106 2+CaMW = 40.08

จะได ปรมาณสาร Na2CO3 (kg) = 400 × 1,682.62 × 106

1000 × 40.08

= 1,780.02 kg

151

(2) ปรมาณ NaOH (kg) =

2+

2+in NaOH

Mg

2 × V × Mg × MW1000 × MW

(2ก)

แตเนองจาก NaOH ทใชอยในรปสารละลายมความเขมขน 50 wt.% สมการทใชคอ

ปรมาณ NaOH (L) =

2+

2+in NaOH

Mg

2 × V × Mg × MW × 65.791000 × MW × 50

(3ก)

โดยท 2+Mg คอ ปรมาณของไอออน 2+Mg ในน าเกลอดบ (mg/L) NaOHMW คอ มวลโมเลกลของ NaOH

2+MgMW คอ มวลโมเลกลของ 2+Mg

ก าหนดให 2+Mg = 2,491.77 mg/L NaOHMW = 40 2+MgMW = 24.3

จะได ปรมาณ NaOH (kg) =

2 × 400 × 2,491.77 × 40 1000 × 24.3

= 3,281.34 kg หรอจะได ปรมาณ NaOH (L)

=

2 × 400 × 2,491.77 × 40 × 65.791000 × 24.3 × 50

= 4,837.41 L

(3) ความหนาแนนของน าเกลอ ( brine , kg/m3) = 145 × 1,000

145 - Be° (4ก)

โดยท Be° คอ คาความถวงจ าเพาะของน าเกลอทวดโดยใชไฮโดรมเตอร (Hydrometer) ก าหนดให Be° = 19

152

จะได ความหนาแนนของน าเกลอ ( brine , kg/m3) = 145 × 1,000

145 - 19 = 1,150.79 kg/m3

(4) สดสวนมวลของเกลอ =

Be° 100

(5ก)

จะได สดสวนมวลของเกลอ =

19 100

= 0.19

(5) ปรมาณของน าเกลอ (M0, kg) = in brineV × (6ก) จะได ปรมาณของน าเกลอ (M0, kg) =

400 × 1,150.79

= 460,316 kg

(6) ปรมาณตะกอน CaCO3 ทเกดขนจากการท าปฏกรยา (kg)

= 3

2+

2+in CaCO

Ca

V × Ca × 0.8 × MW

1000 × MW (7ก)

โดยท 3CaCOMW คอ มวลโมเลกลของ CaCO3

ก าหนดให 3CaCOMW = 100.09

จะได ปรมาณตะกอน CaCO3 ทเกดขนจากการท าปฏกรยา (kg)

= 400 × 1,682.62× 0.8 × 100.09

1000 × 40.08

= 1,344.62 kg

153

(7) ปรมาณตะกอน Mg(OH)2 ทเกดขนจากการท าปฏกรยา (kg)

= 2

2+

2+in Mg(OH)

Mg

V × Mg × 0.8 × MW

1000 × MW (8ก)

โดยท 2Mg(OH)MW คอ มวลโมเลกลของ Mg(OH)2

ก าหนดให 2Mg(OH)MW = 58.32

จะได ปรมาณตะกอน Mg(OH)2 ทเกดขนจากการท าปฏกรยา (kg)

= 400 × 2,491.72 × 0.8 × 58.32

1000 × 24.3

= 1,913.64 kg

(8) ปรมาณของ Na2SO4 ทเกดขนจากการท าปฏกรยา (kg)

=

2 4

2-4

2-in 4 Na SO

SO

V × SO × MW

1000 × MW (9ก)

โดยท 2-4SO คอ ปรมาณของไอออน 2-

4SO ในน าเกลอดบ (mg/L)

2 4Na SOMW คอ มวลโมเลกลของ Na2SO4

2-4SOMW คอ มวลโมเลกลของ 2-

4SO

ก าหนดให 2-4SO = 3,702.75 mg/L

2 4Na SOMW = 142.04 2-4SOMW = 96.06

จะได ปรมาณของ Na2SO4 ทเกดขนจากการท าปฏกรยา (kg)

= 400 × 3,702.75 × 142.04

1000 × 96.06

= 2,190.04 kg

154

(9) ปรมาณของผสมรวมทงหมดในบอผสม (kg)

= NaOH2 3 2 in 2

NaOH × + Na CO + M0 + (H O × H O)

1000

(10ก)

โดยท 2H O คอ ความหนาแนนของน า (kg/m3)

NaOH คอ ความหนาแนนของ NaOH (kg/m3)

2 inH O คอ ปรมาตรของน าทใชในการละลายสารเคม (m3) ก าหนดให

2H O = 1,000 kg/m3 NaOH = 1,522 kg/m3 2 inH O = 6 m3

จะได ปรมาณของผสมรวมทงหมดในบอผสม (kg)

= 4,317.50 × 1,522

+ 1,780 + 464,000 + (6 × 1,000)1000

= 478,351.23 kg

(10) ปรมาณน าเกลอทตดไปกบตะกอนเมอผานถงตกตะกอน (kg/h)

= Out,3 2 out,3 2 4out,30.1 × (Msalt + H O + Na SO ) (11ก)

โดยท Out,3Msalt คอ ปรมาณเกลอทออกจากบอผสม (kg/h) 2 out,3 H O คอ ปรมาณน าทออกจากบอผสม (kg/h)

2 4out,3Na SO คอ ปรมาณของ Na2SO4 ทออกจากบอผสม (kg/h)

ก าหนดให Out,3Msalt = 3,702.75 mg/L 2 out,3 H O = 142.04 จะได ปรมาณน าเกลอทตดไปกบตะกอนเมอผานถงตกตะกอน (kg/h)

= 0.1 × (5,644.52 + 23,119.59 + 133.21) = 2,889.73 kg/h

155

(11) ปรมาณน าเกลอทตดไปกบตะกอนเมอผานเครองรดตะกอน (kg/h)

= Out,3 2 out,3 2 4out,30.05 × 0.1 × (Msalt + H O + Na SO ) (12ก)

จะได ปรมาณน าเกลอทตดไปกบตะกอนเมอผานเครองรดตะกอน (kg/h)

= 0.05 × 0.1 × (5,644.52 + 23,119.59 + 133.21) = 144.49 kg/h

12) ปรมาณน าเกลอทแยกออกจากตะกอนเมอผานเครองรดตะกอน (kg/h)

= Out,3 2 out,3 2 4out,30.95 × 0.1 × (Msalt + H O + Na SO ) (13ก)

จะได ปรมาณน าเกลอทแยกออกจากตะกอนเมอผานเครองรดตะกอน (kg/h)

= 0.95 × 0.1 × (5,644.52 + 23,119.59 + 133.21) = 2,745.24 kg/h

2) สมการทใชค านวณในแผนผงท 2 กระบวนการผลตเมดเกลอ ส าหรบการค านวณของแผนผงท 2 กระบวนการผลตเมดเกลอ จะใชสมการทเกยวของกบการค านวณชดหมอ เคยวเปนหลก ซงประกอบดวยสมการสมดลมวลและสมดลพลงงานของชดหมอเคยวสญญากาศ และในการหาค าตอบเพอหาคาตวแปรตาง ๆ จากสมการสมดลมวลและสมดลพลงงาน จะใชการหาคาทเหมาะสม (Optimization) จงมสมการทใชในการเดาคาตวแปรเรมตน กอนจะใชโปรแกรม Solver ในการหาค าตอบ ซงสมการทใชในแผนผงกระบวนการผลตเมดเกลอ มดงน

156

(1) สมการสมดลมวลและสมดลพลงงาน

V1, H1 V3, H3 V4, H4V2, H2

Ps, V0, λ0

Mf,hfM2, X2

h2M1, X1

h1 M3, X3 Msalt3

h3, hslat3

M4, X4, h4Msalt, hsalt

รปท 1ก แผนผงชดหมอเคยวสญญากาศส าหรบการท าสมดลมวลและสมดลพลงงาน

Evaporator 1 :

M0 = M1 + V1 (ข-1)

M0 × X0 = M1 × X1 (ข-2)

V0 × 0 + M0 × h0 = V1 × H1 + M1 × h1 (ข-3)

S 1V0 × 0 + M0 × h0 = U1 × A1 × (T - T ) (ข-4)

Evaporator 2 :

M1 = M2 + V2 (ข-5)

M1 × X1 = M2 × X2 (ข-6)

V1 × 1 + M1 × h1 = V2 × H2 + M2 × h2 (ข-7)

1 2V1 × 1 = U2 × A2 × (T - T ) (ข-8)

157

Evaporator 3 :

M2 = M3 + V3 + Msalt3 (ข-9)

M2 × X2 = M3 × X3 + Msalt3 (ข-10)

V2 × 2 + M2 × h2 = V3 × H3 + M3 × h3 + Msalt3 × hsalt3 (ข-11)

2 3V2 × 2 = U3 × A3 × (T - T ) (ข-12)

Evaporator 4 :

M3 + Msalt3 = M4+ V4 + Msalt4 (ข-13)

M3 × X3 + Msalt3 = M4 × X4 + Msalt4 (ข-14)

V3 × 3 + M3 × h3 + Msalt3 × hsalt3 = V4 × H4 + M4 × h4 + Msalt4 × hsalt4 (ข-15)

3 4V3 × 3 = U4 × A4 × (T - T ) (ข-16)

(2) การก าหนดคาพารามเตอร ส าหรบพารามเตอรทใหมคาคงทไดแก (2.1) อณหภมขาออกของหมอเคยวแตละตว 1 4(T - T ) โดย T1 =127.5 ºC T2 =107.5 ºC

T3 =87.5 ºC T4 =66.5 ºC (2.2) ปรมาณเกลอทผลตไดเทากบ 5,000 kg/h (2.3) สมประสทธการถายโอนความรอนในหมอเคยวสญญากาศแตละหมอ (U1-U4) มคา

เทากบ 1,738 W/m2 ºC (2.4) สดสวนของปรมาณเกลอ (X3-X4) ก าหนดใหมคา 0.27

(3) สมการส าหรบการค านวณคาเรมตน (Initial guess) (3.1) การเดาคา Vi (ปรมาณไอน าทออกจากหมอเคยว)

สมมตให totali

effect

VV =

N

โดย totalV จะค านวณจากสมดลมวลรวมดงน : totalV = M0 - M4 - Msalt4

158

(3.2) การเดาคา V0 (ปรมาณไอน าทตองปอนใหกบหมอเคยว) จะใชสมการสมดลพลงงานในการเดาคา V0 ดงน

V4 × H4 + M4 × h4 + Msalt4 × hsalt4 - M0 × h0

V0 = 0

(3.3) การเดาคา M1, M2, M3 จะเดาจากสมการสมดลมวล ดงน

M1 = M0 - V1 M2 = M1 - V2

M2 × X2 - M2 + V3M3 =

X3 - 1

Msalt3 = M2 - V2 - M3 M4 = M3 + Msalt3 - V4 - Msalt4

(3.4) การเดาคา X1, X2, X3 จะก าหนดจากชวงคาทเปนไปได คอ 0.18-0.27 X1 = 0.20 X2 = 0.22

(5) ขอจ ากดของการรนโปรแกรมส าหรบค านวณชดหมอเคยว

X2X1 X2 =0.2699

M0 ≥ M1 + V1

M1 ≥ M2 + V2

M2 ≥ M3 + V3 + Msalt3

M3 ≥ M4 + V4 + Msalt4 - Msalt3

สมการ (ข-1) ถงสมการ (ข-16) ≤ (0.02)

159

สวนท 3

ค าสงทเขยนใน VBA และ Macro การท างานของโปรแกรมค านวณตนทนในการผลตเกลอ จะอาศยค าสงทเขยนไวใน VBA และ Macro ซงค าสงทอยในโปรแกรมทสรางขนมดงน 1) ค าสงส าหรบค านวณของแผนผงท 1 กระบวนการท าบรสทธน าเกลอ

Private Sub Cal_Button_Click()

Dim Vol_in As Single, Ca_in As Single, Mg_in As Single, SO4_in As Single

Dim CO3_in As Single, OH_in As Single, Baume As Single

Dim Rho_in As Single, Xsalt_in As Single, Vol_in_mass As Single

'Calculation of Na2CO3 and NaOH require

Vol_in = Sheets("Production").Range("H18").Value

Ca_in = Sheets("Production").Range("H21").Value

CO3_in = (Ca_in * Vol_in * 106) / (40.08 * 1000)

Mg_in = Sheets("Production").Range("H22").Value

OH_in = (2 * Mg_in * Vol_in * 40 * 65.79) / (24.3 * 50 * 1000)

SO4_in = Sheets("Production").Range("H23").Value

Baume = Sheets("Production").Range("H24").Value

Rho_in = 1000 * (145 / (145 - Baume))

Xsalt_in = Baume / 100

Vol_in_mass = Vol_in * Rho_in

'Show the calculation value on diagram

Range("L10") = CO3_in

Range("L11") = OH_in

Range("H19") = Vol_in_mass

Range("H25") = Xsalt_in

Range("H26") = Rho_in

160

Dim P_Mix As Single, CO3_P As Single, OH_P As Single, Rho_OH As Single, SO4_P As

Single

Dim Rho_H2O As Single, H2O_in As Single, Total_Pmix_Vol As Single

'Show the calculation value of mixing pond

Rho_OH = Sheets("Production").Range("P11").Value

Rho_H2O = Sheets("Production").Range("P12").Value

H2O_in = Sheets("Production").Range("L12").Value

CO3_P = Vol_in * (Ca_in * 0.8 * 100.09) / (40.08 * 1000)

OH_P = Vol_in * (Mg_in * 0.8 * 58.32) / (24.3 * 1000)

SO4_P = Vol_in * 142.04 * (SO4_in / (1000 * 96.06))

Total_Pmix = (OH_in * Rho_OH / 1000) + CO3_in + Vol_in_mass + (H2O_in * Rho_H2O)

'Total_Pmix is total volume (kg)

Range("L24") = CO3_P

Range("L25") = OH_P

Range("L23") = Total_Pmix

Range("L27") = SO4_P

Dim Rho_Pout3 As Single, Rho_CO3 As Single, Flow_out3 As Single, CO3_out3 As Single

Dim OH_out3 As Single, Xsalt_out3 As Single, Msalt_out3 As Single, Mass_flow_out3 As

Single

Dim H2O_out3 As Single, SO4_out3 As Single, Xsalt_P As Single, H2O_P As Single, Msalt_P

As Single

'Show the calculation value of mixing pond outlet

Rho_CO3 = Sheets("Production").Range("P10").Value

Rho_Pout3 = Total_Pmix / (Vol_in + (CO3_in / Rho_CO3) + H2O_in + (OH_in / 1000))

Range("P22") = Rho_Pout3

161

Total_Pmix_Vol = Vol_in + (CO3_in / Rho_CO3) + (OH_in / 1000) + H2O_in 'Total_Pmix_Vol

is total volume (m3)

Range("L26") = Total_Pmix_Vol

'Range("AV17") = Total_Pmix_Vol

Xsalt_P = Vol_in_mass * Xsalt_in / Total_Pmix

Range("L28") = Xsalt_P

Msalt_P = Total_Pmix * Xsalt_P

Range("L29") = Msalt_P

H2O_P = Total_Pmix - CO3_P - OH_P - SO4_P - Msalt_P

Range("L30") = H2O_P

Flow_out3 = Sheets("Production").Range("P21").Value

Mass_flow_out3 = Flow_out3 * Rho_Pout3

Range("P23") = Mass_flow_out3

CO3_out3 = (CO3_P * Mass_flow_out3) / Total_Pmix

Range("P24") = CO3_out3 'out stream 3

Range("U25") = CO3_out3 'out stream 4

Range("U37") = CO3_out3 'out stream 5

OH_out3 = (OH_P * Mass_flow_out3) / Total_Pmix

Range("P25") = OH_out3 'out stream 3

Range("U26") = OH_out3 'out stream 4

Range("U38") = OH_out3 'out stream 5

Xsalt_out3 = Xsalt_P

Range("P26") = Xsalt_out3

Msalt_out3 = Xsalt_out3 * Mass_flow_out3

Range("P27") = Msalt_out3

SO4_out3 = (SO4_P * Mass_flow_out3) / Total_Pmix

162

Range("P29") = SO4_out3

H2O_out3 = Mass_flow_out3 - CO3_out3 - OH_out3 - Msalt_out3 - SO4_out3

Range("P28") = H2O_out3

Dim Slurry_out4 As Single, brine_out4 As Single

Dim FilterCake_out5 As Single, Solution_out5 As Single

Dim Flow_out6 As Single, Mass_flow_out6 As Single, Rho_out6 As Single

Dim Flow_out7 As Single, Mass_brine_out7 As Single, Flow_out8 As Single

Dim Flow_out9 As Single, Mass_flow_out9 As Single, Msalt_out9 As Single, H2O_out9 As

Single

'Calculation of stream 4-9

brine_out4 = (Msalt_out3 + H2O_out3 + SO4_out3) * (0.1)

Range("U27") = brine_out4

Slurry_out4 = (CO3_out3 + OH_out3 + brine_out4)

Range("U24") = Slurry_out4

Mass_flow_out6 = Mass_flow_out3 - Slurry_out4

Range("V21") = Mass_flow_out6

Rho_out6 = 1000 * (145 / (145 - (100 * Xsalt_out3)))

Range("V22") = Rho_out6

Flow_out6 = Mass_flow_out6 / Rho_out6

Range("V20") = Flow_out6

Solution_out5 = 0.05 * brine_out4

Range("U39") = Solution_out5

FilterCake_out5 = CO3_out3 + OH_out3 + Solution_out5

Range("U36") = FilterCake_out5

Mass_brine_out7 = 0.95 * brine_out4

163

Range("AB30") = Mass_brine_out7

Flow_out7 = Mass_brine_out7 / Rho_out6

Range("AB31") = Flow_out7

Flow_out8 = Flow_out6 + Flow_out7

Range("AB22") = Flow_out8

Flow_out9 = Sheets("Production").Range("AH22").Value

Mass_flow_out9 = Flow_out9 * Rho_out6

Range("AH23") = Mass_flow_out9

Msalt_out9 = Mass_flow_out9 * Xsalt_out3

Range("AH24") = Msalt_out9

Range("AH26") = SO4_out3

H2O_out9 = Mass_flow_out9 - Msalt_out9 - SO4_out3

Range("AH25") = H2O_out9

Range("H72") = Mass_flow_out9

Range("K61") = Mass_flow_out9

Range("K62") = Xsalt_out3

Range("H73") = SO4_out3

Range("K65") = SO4_out3

End Sub

164

2) ค าสงส าหรบตารางไอน า ใชค าสง VBA ของตารางไอน าจาก If-97 Steam tables โดย Magnus Holmgren โดย ดาวนโหลดจาก http://www.mycheme.com/steam-tables-in-excel/(Holmgren, www, 2013) 3) ค าสงส าหรบค านวณคาเอนทาลปของน าเกลอ โดยใชสมการของ Driesner (2007) Public Function hbrine(T As Double, P As Double, XNaCl As Double) As Double Dim q1, q2, q10, q11, q12, q20, q21, q22, q23 As Double Dim Th As Double 'given q10 = 47.9048 - 9.36994 * 10 ^ -3 * P + 6.51059 * 10 ^ -6 * P ^ 2 q11 = -32.1724 + 0.0621255 * P q12 = -15.7324 - 0.05276 * P - 6.51059 * 10 ^ -6 * P ^ 2 q20 = 1 - ((-1.69513 - 4.52781 * 10 ^ -4 * P - 6.04279 * 10 ^ -8 * P ^ 2) * (Sqr(0.0612567 + 1.88082 * 10 ^ -5 * P))) q21 = -1.69513 - 4.52781 * 10 ^ -4 * P - 6.04279 * 10 ^ -8 * P ^ 2 q22 = 0.0612567 + 1.88082 * 10 ^ -5 * P q23 = (0.241022 + 3.45087 * 10 ^ -5 * P - 4.28356 * 10 ^ -9 * P ^ 2) - ((1 - (-1.69513 - 4.52781 * 10 ^ -4 * P - 6.04279 * 10 ^ -8 * P ^ 2) * (Sqr(0.0612567 + 1.88082 * 10 ^ -5 * P)))) - (-1.69513 - 4.52781 * 10 ^ -4 * P - 6.04279 * 10 ^ -8 * P ^ 2) * Sqr(1 + (0.0612567 + 1.88082 * 10 ^ -5 * P)) q1 = q10 + q11 * (1 - XNaCl) + q12 * (1 - XNaCl) ^ 2 q2 = q20 + q21 * Sqr(XNaCl + q22) + q23 * XNaCl Th = q1 + q2 * T 'degree C Call hL_T(Th) hbrine = hL_T(Th) End Function

165

4) ค าสงส าหรบค านวณคาเอนทาลปของเกลอ โดยใชสมการของ Driesner (2007) Function hsalt1(ByVal T1 As Double, P As Double) As Double Dim r0, r1, r2, r3, r4 As Double Dim T_twa, T_tNa, hsalt As Double T = T1 + 273.15 ' K T_twa = 273.16 'K, 0.01 degree C for T triple point of water 'P = 0.006 ' bar T_tNa = 1074.15 'K, 801 degree C for T triple point of NaCl r0 = 1148.81 r1 = 0.275774 r2 = 8.8103 * 10 ^ -5 'r3 = -1.7099 * 10 ^ -3 - 3.82734 * 10 ^ -6 * T - 8.65455 * 10 ^ -9 * T ^ 2 r4 = 5.29063 * 10 ^ -8 - 9.63084 * 10 ^ -11 + 6.50745 * 10 ^ -13 'Cp,halit = r0T + 2r1(T-T_tNa)+3r2(T-T_tNa)^2+r3P+r4P^2 'after integrate 'h , halite = r0 * T + 2 * r1 * ((T ^ 2) / 2 - T_tNa * T) + 3 * r2 * ((T - T_tNa) ^ 2 )/2 + P * (-1.7099 * 10 ^ -3 * T - 3.82734 * 10 ^ -6 * (T ^ 2 ) / 2- 8.65455 * 10 ^ -9 * (T ^ 3) / 3) + r4 * T * P ^ 2 'substitute T and T_twa hsalt = r0 * (T - T_twa) + 2 * r1 * (((T ^ 2) / 2 - T_tNa * T) - ((T_twa ^ 2) / 2 - T_tNa * T_twa)) + 3 * r2 * ((T - T_tNa) ^ 2 - (T_twa - T_tNa) ^ 2) / 2 + P * (-1.7099 * 10 ^ -3 * (T - T_twa) - 3.82734 * 10 ^ -6 * ((T ^ 2 - T_twa ^ 2) / 2) - 8.65455 * 10 ^ -9 * ((T ^ 3 - T_twa ^ 3) / 3)) + r4 * (T - T_twa) * P ^ 2 'unit of hsalt is J/kg hsalt1 = hsalt / 1000 'unit hsalt1 is kJ/kg End Function

166

5) ค าสงส าหรบค านวณคาตวแปรตาง ๆ ของชดหมอเคยว Sub delete_value() ' ' delete_value Macro ' ' Range("P4:P19").Select Selection.ClearContents End Sub ****************************************************************************** Sub Copy_value() ' ' Copy_value Macro ' ' Range("P23:P38").Select Selection.Copy Range("P4").Select Selection.PasteSpecial Paste:=xlPasteValues, Operation:=xlNone, SkipBlanks _ :=False, Transpose:=False End Sub ****************************************************************************** Sub Cal_Value() ' ' Cal_Value Macro ' ' SolverOk SetCell:="$U$20", MaxMinVal:=2, ValueOf:=0, ByChange:="$P$4:$P$19", _ Engine:=1, EngineDesc:="GRG Nonlinear"

167

SolverOk SetCell:="$U$20", MaxMinVal:=2, ValueOf:=0, ByChange:="$P$4:$P$19", _ Engine:=1, EngineDesc:="GRG Nonlinear" SolverSolve End Sub ****************************************************************************** Private Sub CommandButton1_Click() Call Copy_value End Sub ****************************************************************************** Private Sub CommandButton2_Click() Call Cal_Value End Sub ****************************************************************************** Private Sub CommandButton3_Click() Call delete_value End Sub

ภาคผนวก ข.

บทความทางวชาการทไดรบการตพมพเผยแพรในทระหวางศกษา

169

บทความทางวชาการทไดรบการตพมพเผยแพรในระหวางทศกษา วารณ ศรสจนทร ธระสต สขก าเนด และสพรรณ จนทรภรมณ, ความสามารถในการละลายของ

แมกนเซยมไฮดรอกไซดในน าและน าเกลอ : ผลการทดลองและแบบจ าลองทางเทอรโมไดนามกส, ประชมวชาการวศวกรรมเคมและเคมประยกตแหงประเทศไทย ครงท 24 (น าเสนอผลงานดวยโปสเตอร), 18-19 ธนวาคม 2557, เชยงใหม, ประเทศไทย.

170

171

172

173

174

ประวตผเขยน

นางสาววารณ ศรสจนทร เกดเมอวนท 5 กนยายน พ.ศ. 2532 เรมการศกษาในระดบชนประถมศกษาปท 1 - 6 ทโรงเรยนบานกลมพฒนา และเขาศกษาในระดบชนมธยมศกษาปท 1 - 6 ทโรงเรยนกดบงพทยาคาร แผนการเรยนวทย-คณต จงหวดหนองคาย ตอมาในปการศกษา 2551 ไดเขาศกษาตอในระดบปรญญาตร สาขาวชาวศวกรรมเคม มหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร จงหวดนครราชสมา โดยระหวางทศกษาในระดบปรญญาตรมโอกาสไดรบทนส าหรบนกศกษาทมผลการเรยนดของมหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร และส าเรจการศกษาเมอป พ.ศ. 2554 หลงจากส าเรจการศกษาในระดบปรญญาตร ไดเขาศกษาตอในระดบปรญญาโท สาขาวชาวศวกรรมเคม มหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร ในปการศกษา 3/2555 โดยไดรบทนการศกษาส าหรบผมศกยภาพเขาศกษาระดบบณฑตศกษาและทนส าหรบการวจยจากส านกงานกองทนสนบสนนการวจย (สกว.)

ส าหรบประสบการณการเรยนรทผานมา ในระดบปรญญาตรไดจดท าโครงงานวศวกรรมเคมในหวขอ “กระบวนการดดซบเมธลลนบลดวยถานก ามนตจากเมดล าไยในเครองเบดนง” โดยม ศาสตราจารย ดร.ชยยศ ตงสถตยกลชย เปนอาจารยทปรกษาโครงงาน และเมอปการศกษา 2/2554ไดมโอกาสออกสหกจศกษาทบรษท ไทยพาราไซลน จ ากด จงหวดชลบรเปนระยะเวลา 4 เดอน โดยงานทไดรบมอบหมายคอการแปลและเรยบเรยงคมออปกรณทใชในโรงกลน เมอเขาศกษาตอในระดบปรญญาโทไดศกษาและวจยในหวขอ “การปองกนการเกดตะกรนในกระบวนการผลตเกลอดวยหมอเคยวระบบสญญากาศ (Scale Prevention in Salt Production Process using Vacuum Pan)” โดยในระหวางทศกษาในระดบปรญญาโท ไดมโอกาสเขารวมน าเสนอบทความในการประชมวชาการวศวกรรมเคมและเคมประยกตแหงประเทศไทย ครงท 24 ประจ าป พ.ศ. 2557 เรองความสามารถในการละลายของแมกนเซยมไฮดรอกไซดในน าและน าเกลอ : ผลการทดลองและแบบจ าลองทางเทอรโมไดนามกส