Study of liquid-liquid extraction using spining disc reactor

โดย จตุพล เย็นฉ่ำ

ปี 2564

บทคัดย่อ

งานวิจัยนี้เป็นการศึกษากระบวนการสกัดกรดเบนโซอิก ออกจากเฮปเทน ด้วยน้ำ ซึ่งเป็นของเหลวที่ไม่ละลายเข้าหากัน โดยใช้เครื่องปฏิกรณ์แบบจานหมุน (spinning disc reactor; SDR) การศึกษาในครั้งนี้แบ่งออกเป็นสองส่วน คือ การทดลองการสกัด และการจำลองรูปแบบการผสมของน้ำ และเฮปเทนในเครื่อง SDR ด้วยโปรแกรม ANSYS Fluent เพื่อช่วยอธิบายประสิทธิภาพการถ่ายโอนมวลที่เกิดขึ้นในเครื่อง SDR โดยประสิทธิภาพการถ่ายโอนมวลภายในเครื่อง SDR จะนำเสนอด้วยค่าความสูงของชั้นฟิล์ม พื้นที่ผิวสัมผัสระหว่างเฟส รูปแบบการไหลของเฮปเทน เวลาคงอยู่ และโปรไฟล์ความเร็ว ตัวแปรที่ใช้ในการศึกษา คือ อัตราการไหลรวม (Q) ความเร็วการหมุน (R) และพื้นผิวของจานหมุน สภาวะที่ใช้ในการทดลอง คือ อัตราการไหลรวม 5 ถึง 15 ml/s ความเร็วการหมุน 200 ถึง 1500 rpm อัตราส่วนการป้อนน้ำต่อเฮปเทน (θ) 1:1 ถึง 5:1 และผิวจานหมุนแบบผิวเรียบ ผิวหยาบ A (36-grit sandpaper) และ ผิวหยาบ B (24-grit sandpaper)

จากผลการศึกษาพบว่าค่าประสิทธิภาพการถ่ายโอนมวลจะถูกปรับปรุงให้สูงขึ้นเมื่อเพิ่มค่า R และค่าθ โดยค่าประสิทธิภาพการสกัด และค่าสัมประสิทธิการถ่ายโอนมวลสูงสุด คือ 69.97% และ 11.41 s-1 ตามลำดับที่สภาวะ คือ ค่า Q เท่ากับ 5 ml/s ค่า R เท่ากับ1000 rpm ค่า θ เท่ากับ 1:1 และพื้นผิวหยาบ B ดังนั้น ประสิทธิภาพการถ่ายโอนมวลของเครื่อง SDR สามารถปรับปรุงได้ด้วยการเพิ่มความขรุขระของผิวจานหมุนอย่างมีนัยสำคัญ

Abstract

This research aimed to study the benzoic acid extraction from n-heptane with water in a spinning disc reactor (SDR). Benzoic acid and n-heptane are immiscible liquids. The study was divided into two parts: the experiment of the extraction process and the simulation of mixing pattern between water and heptane in SDR by ANSYS Fluent software in order to explain mass transfer efficiency in SDR

The mass transfer efficiency in SDR was presented by film thickness, interfacial area (aint), flow pattern of heptane, residence time, velocity profile. The variables of the study were total volumetric flow rate, rotational speed, and disc surface. The conditions in the research were the total volumetric flowrates (Q) of 5 to 15 ml/s, rotational disc speed (R) of 200 to 1500 rpm, water to heptane feeding ratios (θ) of 1: 1 to 5: 1, and disc with smooth surface, roughness sample A (36-grit sandpaper), and roughness sample B (24-grit sandpaper).

The research result showed that the mass transfer efficiency was enhanced when both R and θ were increased. The highest value of extraction efficiency (%E) and volumetric mass transfer coefficient (kLa) were achieved at 69.97% and 11.41 s-1, respectively under the total volumetric flow rate of 5 ml/s, rotational disc speed of 1000 rpm and water to heptane flow ratios (θ) = 1:1 by using the roughness sample disc B surface. Therefore, the mass transfer efficiency of SDR could be improved by increasing the roughness of the disc surface significantly.

Download : การศึกษาการสกัดในระบบของเหลว-ของเหลวด้วยเครื่องปฏิกรณ์แบบจานหมุน