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

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

อ่าน: 5203
ความเห็น: 0

PSU ไบโอดีเซล 25: การปรับปรุงสภาพน้ำมันก่อนทำปฏิกิริยา

การปรับปรุงสภาพน้ำมันก่อนทำปฏิกิริยา (Pre-Treatment)

         ก่อนที่จะทำปฏิกิริยาทรานส์เอสเตอริฟิเคชัน โดยปกติน้ำมันจะต้องผ่านขั้นตอนการรีไฟน์หลายขั้นตอนเพื่อแยกสิ่งปนเปื้อนหลายชนิด เช่น ฟอสฟาไทด์ (phosphatides)  กรดไขมันอิสระ ขี้ผึ้ง โทโคเฟอรอล (tocopherols) หรือสารให้สี  ซึ่งอาจไปรบกวนการเกิดปฏิกิริยา การทำให้บริสุทธิ์ในขั้นตอนแรก คือการแยก phosphatides ซึ่งรู้จักกันในชื่อ”การกำจัดยางเหนียว” (degumming) ฟอสฟาไทด์ทำให้น้ำมันขุ่นในระหว่างการเก็บรักษาและยังช่วยให้เกิดการรวมตัวของน้ำในผลิตภัณฑ์เอสเตอร์เพราะมีสมบัติเป็นอิมัลซิฟายเออร์ นอกจากนี้ยังมีรายงานว่า ต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาปริมาณมากขึ้นในระหว่างกระบวนการทรานส์เอสเตอริฟิเคชันที่ใช้ด่างเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา โดยเราสามารถกำจัดฟอสฟาไทด์ที่ละลายได้ (soluble) ด้วยการเติมน้ำลงในน้ำมันที่อุณหภูมิ 60-90 C กวนผสมแล้วแยกออกด้วยการหมุนเหวี่ยง (centrifuge) เฟสน้ำออกจากเฟสน้ำมัน วิธีการนี้เรียกว่าการลดยางเหนียวด้วยน้ำ (water degumming)  อย่างไรก็ตาม สำหรับฟอสฟาไทด์ที่ไม่ละลายน้ำ จำเป็นต้องเพิ่มขั้นตอนการรีไฟน์โดยการเติมสารละลายกรด (เช่น กรดซิตริก หรือกรดฟอสฟอริก ) เพื่อเพิ่มความเป็นขั้ว (polar) ให้แก่ฟอลฟาไทด์ทำให้สามารถถูกดูดซับบนสารประเภทเดียวกัน(มีขั้ว) ได้ง่ายหรือสามารถละลายน้ำได้ดีขึ้น วิธีการนี้เรียกว่า การลดยางเหนียวด้วยกรด (acid degumming) ในขั้นตอนนี้การเติมเมทานอลปริมาณเล็กน้อยอาจมีประโยชน์ ซึ่งจะทำให้ฟอสฟาไทด์พองตัว (swell) และตกตะกอน  การพัฒนาใหม่ๆ ในการรีไฟน์น้ำมันก็ดำเนินการอยู่ เช่น การไฮโดรไลซิสโดยใช้เอนไซม์ (enzymatic hydrolysis) เพื่อแยกฟอสฟาไทด์ทั้งประเภทที่ละลายน้ำได้และไม่ละลายน้ำออกจากน้ำมันได้อย่างมีประสิทธิภาพ

          การฟอกสี (bleaching) เป็นการแยกสารให้สีและสารให้กลิ่นบางส่วนออกจากน้ำมัน การฟอกสีกระทำโดยการดูดซับ (adsorption) ผ่านดินฟอก (bleaching earth) ดินเคลย์ ซิลิกาเจล (siliga gel) หรือถ่านกัมมันต์ (activated carbon) ซึ่งจะดูดซับโลหะปนเปื้อนจำนวนน้อย สารไม่ละลาย (insoluble) ผลผลิตจากปฏิกิริยาออกซิเดชัน (เช่น เปอร์ออกไซด์) ฟอสโฟไลปิดที่เป็นตะกอนระหว่างกระบวนการกำจัดยางเหนียว และกรดที่ใช้ในกระบวนการกำจัดยางเหนียว ซึ่งโดยทั่วไปการกำจัดยางเหนียวและการฟอกสีจะดำเนินการต่อเนื่องกันไป

          การกำจัดกลิ่น (deodorization) มีความสำคัญสำหรับการผลิตน้ำมันพืชเพื่อใช้ในการบริโภค โดยในการผลิตไบโอดีเซลจะไม่สำคัญมากนัก ปกติการกำจัดกลิ่นใช้ไอน้ำและกลั่นภายใต้สุญญากาศ อุณหภูมิ 240-270 °C เป็นกระบวนการใช้พลังงานสูง ซึ่งจะช่วยกำจัดสารปนเปื้อนในสารป้อนได้ เช่น แอลดีไฮด์ คีโตน ทำลายสี ลด พอลิไซคลิกไฮโดรคาร์บอน และพอลิคลอริเนตไซคลิกไฮโดรคาร์บอน กำจัดโลหะจำนวนน้อย กำจัดยาฆ่าแมลง ยาฆ่าหญ้า และอื่น ๆ

          การลดกรด (deacidification) เป็นขั้นตอนรีไฟน์ที่สำคัญสำหรับน้ำมันบริโภค เพื่อป้องกันกลิ่นหืน (rancid flavor) ของกรดไขมันอิสระในผลิตภัณฑ์ ในกระบวนการผลิตไบโอดีเซลกรดไขมันอิสระเป็นอุปสรรคในการทำทรานส์เอสเตอริฟิเคชันที่ใช้ด่างเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา เพราะกรดไขมันอิสระจะทำปฏิกิริยากับเบสแก่ได้อย่างรวดเร็วเกิดเป็นสบู่ขึ้น และหากมีสบู่เป็นจำนวนมากก็จะก่อเกิดเป็นเจลในขั้นตอนต่อไป   สบู่ที่เกิดจะอยู่ในรูปอิมัลชัน จะทั้งขัดขวางการถ่ายโอนมวลในการเกิดปฏิกิริยาและการแยกเฟสกลีเซอรอลออกจากเฟสของเอสเตอร์  การแยกเฟสกลีเซอรอลออกโดยเร็วเพื่อลดผลของการอิมัลซิฟาย (emulsifying) โดยสบู่เป็นกรณีที่น่าสนใจมาก รวมพร นิคม 2011 ได้ทำการผลิตเอทิลเอสเตอร์ในถังปฏิกรณ์แบบแยกกลีเซอรอลออกอย่างต่อเนื่อง (continuous deglycerolization) ทำให้สามารถแยกสบู่จำนวนมากมาอยู่ในเฟสกลีเซอรอลออกมาได้ ก่อนที่สบู่จะก่อเกิดเป็นไมเซลล์ขนาดใหญ่ต่อไป ในปัจจุบันเราสามารถทำปฏิกิริยาทรานส์เอสเตอริฟิเคชันกับน้ำมันที่มีกรดไขมันอิสระสูงถึง 2% ได้ ด้วยการใช้ด่างเป็นตัวเร่งปฏิกิริยามากเพียงพอ  แต่จะได้รับผลได้ (yield) ของไบโอดีเซลที่ต่ำ เพราะสบู่ที่เกิดจำนวนมากจะดึงเอาเอสเตอร์และกลีเซอไรด์ (ไตร- ได- และโมโน-) ไปอยู่ในชั้นของเฟสกลีเซอรอลมากขึ้น และการแยกคืนสารอินทรีย์ไขมันเหล่านี้กลับคืนมา ต้องใช้สารเคมีและมีค่าใช้จ่ายสูง ดังนั้นในเอกสารงานวิจัยก่อนหน้านี้มักจะระบุว่าต้องลดกรดไขมันอิสระให้มีค่าต่ำกว่า 1 %โดยน้ำหนัก ก่อนที่จะเข้าสู่กระบวนการทรานส์เอสเตอริฟิเคชันที่ใช้ด่างเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาต่อไป

          การลดกรดไขมันอิสระสามารถทำได้อย่างง่าย ๆ ด้วยการทำให้เป็นกลาง (neutralization) ด้วยสารละลายด่างซึ่งอาจเรียกว่าการไล่ออกด้วยด่าง (caustic stripping) ก็ได้ ซึ่งเมื่อการทำปฏิกิริยาเกิดที่อุณหภูมิสูง สบู่จะลอยตัวขึ้นด้านบนและเอาออกได้โดยง่าย แต่กระบวนการนี้มีการสูญเสียน้ำมันออกไปกับไขสบู่ (soapstock) เป็นจำนวนมาก ดังนั้นจึงควรใช้เทคนิคนี้เมื่อมีกรดไขมันอิสระอยู่น้อยกว่า 4% นอกจากนี้ยังมีสิทธิบัตรในประเทศเยอรมนีและสหรัฐอเมริกาที่ใช้การลดกรดด้วยด่างในเฟสกลีเซอรอล โดยเฟสกลีเซอรอลก็จะมาจากผลผลิตในขั้นตอนการเกิดปฏิกิริยาทรานส์เอสเตอริฟิเคชันนั่นเอง

          โรงงานขนาดใหญ่มักเลือกใช้วิธีแยกกรดไขมันอิสระออกด้วยกระบวนการเชิงกายภาพ (physical refining)   คือ การกลั่นลำดับส่วนภายใต้สุญญากาศ ซึ่งใช้พลังงานสูงกว่า แต่กรดไขมันอิสระที่แยกได้ (fatty acid distillate) สามารถนำไปใช้ประโยชน์อย่างอื่นได้ต่อไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งการผลิตเป็นไบโอดีเซลด้วยกระบวนการเอสเตอริฟิเคชันที่ใช้กรดเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา Chongkong และคณะ 2006 ได้บุกเบิกการผลิตเมทิลเอสเตอร์จากส่วนกลั่นกรดไขมันปาล์ม (palm fatty acid distillate) ในระบบแบบต่อเนื่องไว้ส่วนหนึ่งแล้ว    

          การลดกรดอีกวิธีหนึ่งซึ่งสามารถแยกสารให้สีและสารให้กลิ่นไปด้วยพร้อมๆ กัน ก็คือ การสกัด (extraction) ด้วยตัวทำละลาย เช่น  เอทานอลสามารถลดกรดไขมันอิสระในน้ำมันมะกอก (olive oil) จากปริมาณกรดที่สูงกว่า 20% ให้เหลือน้อยกว่า 3% ได้ เมื่อใช้การสกัดด้วยเฟอร์ฟูรอล (furfurol) จะแยกกรดไขมันอิสระและสามารถแยกกลีเซอไรด์อิ่มตัวและไม่อิ่มตัวออกขากกันได้ด้วย ซึ่งจะเป็นประโยชน์ในการผลิตไบโอดีเซลชนิดที่ต้องการใช้งานที่อุณหภูมิต่ำ กรรมวิธีการลดกรดไขมันอิสระด้วยวิธีการนี้ ยังได้รับความสนใจในการทำวิจัยอยู่อย่างต่อเนื่อง

          กระบวนการกลีเซอโรไลซิส (glycerolysis) สามารถประยุกต์ใช้เป็นขั้นตอนการปรับปรุงสภาพน้ำมันก่อนทำปฏิกิริยาได้เช่นกัน โดยการเปลี่ยนกลีเซอรอลกับกรดไขมันอิสระให้เป็นโมโนกลีเซอไรด์และน้ำ ปฏิกิริยานี้อาจใช้กรดซัลฟิวริกเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา โดยเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงภายใต้สุญญากาศหรือภายใต้บรรยากาศของแก๊สเฉื่อยไนโตรเจน หลังจากทำให้เป็นกลางแล้ว ส่วนผสมทั้งหมดที่ได้จากปฏิกิริยาข้างต้น จะสามารถนำไปผ่านกระบวนการทรานส์เอสเตอริฟิเคชันที่ใช้ด่างเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาได้ต่อไป

          แต่เมื่อน้ำมันมีกรดไขมันอิสระอยู่ในปริมาณที่สูงมากขึ้น ทางเลือกในการผลิตไบโอดีเซลจะมุ่งไปยังการใช้ปฏิกิริยาเคมี 2 ขั้นตอน คือการใช้กระบวนการเอสเตอริฟิเคชันด้วยตัวเร่งปฏิกิริยากรดเพื่อเปลี่ยนกรดไขมันอิสระเป็นเอสเตอร์ก่อน จนเหลือค่ากรดไขมันอิสระต่ำกว่า 1% จากนั้นจึงใช้กระบวนการทรานส์เอสเตอริฟิเคชันด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาด่างในขั้นตอนต่อไป ซึ่งจะได้ผลได้ที่สูงที่สุด

          ทางเลือกที่น่าสนใจอีกแนวทางหนึ่ง คือการเปลี่ยนไตรกลีเซอไรด์ให้เป็นกรดไขมันอิสระให้มากที่สุดด้วยกระบวนการไฮโดรไลซิสด้วยไอน้ำ แยกน้ำออก ทำให้แห้ง แล้วทำปฏิกิริยาเอสเตอริฟิเคชันด้วยกรดแร่แบบหลายขั้นตอน (ต้องใช้ถังอุปกรณ์ที่เป็นเหล็กกล้าไร้สนิม) ซึ่งจะเป็นทางเลือกที่ดีกว่าการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยากรดทำปฏิกิริยาเอสเตอริฟิเคชันและทรานส์เอสเตอริฟิเคชันในขั้นตอนเดียวกัน เพราะการเกิดปฏิกิริยาทรานส์เอสเตอริฟิเคชันด้วยตัวเร่งปฏิกิริยากรดจะช้ากว่าปฏิกิริยาเอสเตอริฟิเคชันมาก ส่งผลให้ต้องใช้เวลาการทำปฏิกิริยานานมาก กว่าที่จะได้ผลผลิตที่ได้คุณภาพ

         การปรับสภาพขั้นสุดท้ายไขมันและน้ำมันคือ การกำจัดน้ำ (dehydration) เพราะน้ำปริมาณเล็กน้อยที่มีอยู่ในน้ำมันหรือแอลกอฮอล์ที่ผสมเพื่อทำปฏิกิริยา จะมีอิทธิพลต่อการเกิดปฏิกิริยาทรานส์เอสเตอริฟิเคชันเป็นอย่างมาก และยังมีผลต่อปฏิกิริยาเอสเตอริฟิเคชันด้วย เพราะน้ำในสารละลายที่มีด่างจะช่วยในการแตกตัวของด่างเป็นไฮดรอกซิลไอออน ทำให้เกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสของเอสเตอร์ (ไตรกลีเซอไรด์และไบโอดีเซล) เกิดเป็นสบู่ได้อย่างรวดเร็ว และน้ำยังเป็นสารเข้าทำปฏิกิริยาในปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสของเอสเตอร์ในสภาวะที่เป็นกรดและเกิดเป็นกรดไขมันอิสระอีกด้วย การกำจัดน้ำสามารถดำเนินการด้วยการระเหยภายใต้ความดันต่ำหรือความดันปกติ  การผ่านชั้นเกลือ หรือโดยผ่านกระแสไนโตรเจนเข้าไปในน้ำมันก็ได้

          หลังจากเสร็จสิ้นขั้นตอนการรีไฟน์ดังข้างบนเรียบร้อยแล้ว จะมีผลพลอยได้เกิดขึ้นในน้ำมัน 1-2% ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วย สเตอรอล (sterol) aqualene และ triterpenes สารเหล่านี้รวมเรียกว่า unsaponification matter (สารที่ไม่เกิดสบู่) สารเหล่านี้อาจมีอิทธิพลต่อคุณภาพของน้ำมันเชื้อเพลิงที่ได้ หรือ มันอาจมีคุณค่าที่จะแยกคืนสารประกอบชนิด เช่น วิตามินออกจากเอสเตอร์ โดยมีสิทธิบัตรแสดงการผลิตวิตามินจากเอสเตอร์ด้วยการใช้สารดูดซับจับวิตามินเอาไว้แล้วค่อย elute ออกในภายหลัง หรือสามารถประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมอาหารและยาที่หลากหลาย แต่ในขณะนี้สเตอรอลกลูโคไซด์ยังเป็นปัญหาใหญ่ที่ต้องทำการวิจัยต่อไป เพราะเป็นสาเหตุการเกิดตะกอนของแข็งในกระบวนการผลิตซึ่งทำให้ต้องเสียค่าใช้จ่ายในการกรองแยกออกก่อนนำไปใช้งานและมีความยุ่งยากในการดำเนินการผลิตมากขึ้น

 

ผม..เอง

 

หมวดหมู่บันทึก: เรื่องทั่วไป
สัญญาอนุญาต: ซีซี: แสดงที่มา-ไม่ใช้เพื่อการค้า-อนุญาตแบบเดียวกัน Cc-by-nc-sa
สร้าง: 29 พฤศจิกายน 2554 21:30 แก้ไข: 29 พฤศจิกายน 2554 21:30 [ แจ้งไม่เหมาะสม ]
ดอกไม้
สมาชิกที่ให้กำลังใจ: Ico24 Our Shangri-La, Ico24 ~>aRuNaN<~, และ Ico24 ใยมะพร้าวน้องใยไหม.
สมาชิกที่ให้กำลังใจ
 
Facebook
Twitter
Google

บันทึกอื่นๆ

ความเห็น

ไม่มีความเห็น

ร่วมแสดงความเห็นในหน้านี้

ชื่อ:
อีเมล:
IP แอดเดรส: 3.229.122.219
ข้อความ:  
เรียกเครื่องมือจัดการข้อความ
   
ยกเลิก หรือ