ตอนที่ 13
3.4 กระบวนการกลั่นแบบอาซีโอโทรปิค (Azeotroic Distillation Process)
3.4.1 ทฤษฏีเบื้องต้นของการกลั่น
ตามที่ได้กล่าวมาแล้วว่า ในกระบวนการกลั่นเพื่อแยกสารผสมออกจากกันนั้น ต้องอาศัยกฎของการการแยกสารออกจากกัน ด้วยการระเหยของสารที่มีจุดเดือดต่างกัน อาศัยหลักเบื้องต้นของ ดาลตัน ราอูล์ท และเฮนรี ( Dalton's law , Raoult's law, Henry's law ) มาใช้ในการกลั่นแบบ อาซีโอโทรปิค
PR = XR P
Raoult's law : กฎของราอูลท์ กล่าวถึงสารที่ผสมกันไว้ว่า
..ตามกฎของก๊าซในอุดมคติ (ideal gas) ในภาชนะหนึ่งๆ ความดันย่อยของสารองค์ประกอบ R (PR) แปรผันโดยตรงกับสัดส่วนโมลของเหลวองค์ประกอบ R (XR เป็นค่าสัดส่วนโมลของเหลว) และสารผสมก๊าซที่กำลังพิจารณา ( PR1) ในขณะที่สารผสมอยู่ในสถานะของเหลวและก๊าซ
แสดงเป็นเส้นกราฟของความชัน ระหว่างความดันกับสัดส่วนโมลของสารองค์ประกอบ R บริสุทธิ์นั้นๆที่ อุณหภูมิเดียวกัน ตามที่แสดงในสมการด้านล่างนี้
PR = XR PR1
Henry's law : หลักของเฮนรี ได้กล่าวไปในแนวเดียวกันกับกฎของราอูลท์
..โดยยังยึดถือความสัมพันธ์ระหว่างเส้นกราฟของความดัน PR แปรผันโดยตรงกับสัดส่วนโมลของเหลวองค์ประกอบ R ( (vapour mol fraction, XR กับค่าคงที่ค่าหนึ่งหรือ H (Henry's constant) ซึ่งสะดวกกับการใช้งาน เช่น เมื่อเราต้องการที่จะรู้ส่วนผสมของแอลกอฮอล์ที่ผสมกับน้ำในภาชนะหนึ่ง เราก็สามารถวัดได้จากความเข้มข้นของไอแอล กอฮอล์ที่ระเหยออกมาในภาชะเหนือส่วนผสม ในขณะที่เมื่อเราเติมแอลกอฮอล์ลงไปในส่วนผสมเดิมเราก็สามารวัดความเข้มข้นของไอแอลกอฮอล์ที่ระเหยได้มากขึ้น
..ซึ่งทำให้เราสามารถหาค่าปริมาณของแอลกอฮอล์ในส่วนผสมได้โดยใช้ค่าคงที่ๆ ค่าหนึ่ง (H) ดังแสดงในสมการด้านล่างนี้
PR = XR H
สรุปกฎทั้ง 3 ข้อของ ดาลตัน ราอูลท์ และเฮนรี เป็นไปตาม ideal gas law :
- เมื่อกำหนดค่าคงที่
..kR = PR1/ P , H / P
- เมื่อนำกฎทั้ง 3 ข้อ มารวมกันและพิจารณา
..จากกราฟรูปที่17 จะได้ YR = kR XR
- จากรูปที่ 17 เป็น equilibrium graph แสดงในสภาวะความเป็นจริง ของสารที่ผสมกันจะมีการแยกกันระหว่างจุดเดือดและจุดอิ่มตัวของส่วนผสมและจะเปลี่ยนไปตามอัตราส่วนผสมนั้นๆ ระยะOT มีค่า XR ที่สามารถกำหนดค่าคงที่ Hได้ ก็จะเป็นไปตามกฎของเฮนรี ส่วนระยะที่มีค่า XR มากในช่วง SR ก็เป็นไปตามกฎของราอูลท์ ในขณะที่ความไม่แน่นอนของส่วนผสมจะเป็นไปตามกราฟช่วง TS ซึ่งยากต่อการหาค่าในสถานะนั้นๆ
การแยกสารออกจากกันด้วยกระบวนการกลั่น เช่นการกลั่นเอทานอลกับน้ำ เพื่อแยกเอทานอล ออกจากน้ำ ให้ได้ความบริสุทธิ์มากที่สุดนั้น ตามหลักในทางปฏิบัตินั้นจะพบว่า
เมื่อกลั่นมาถึงจุดๆหนึ่งซึ่งเป็นจุดที่ไม่สามารถแยกเอทานอล ออกจากน้ำได้เราเรียกจุดนี้ว่า
. จุดอะซีโอโทรป(Azeotrope)
. และในกระบวนการกลั่นเอทานอล จุดนี้จะอยู่ในช่วง 95-96%ETHANOL( at P1 and T1) ที่ความดันและอุณหภูมิค่าหนึ่งๆ ขึ้นอยู่กับการออกแบบ หอกลั่น การให้ความร้อน (steam) และที่สำคัญคืออัตราการสิ้นเปลืองพลังงานของระบบการกลั่นนั้นๆ ตามหลักการอาจจะออกแบบหอกลั่นให้กลั่นในสภาวะเป็นสุญญากาศ(vacuum) หรือให้มีการกลั่นซ้ำหลายๆครั้ง หรือการเติมสารประกอบเร่งการกลั่นเพื่อแยกสารผสมออกจากกัน เราเรียกสารเหล่านี้ว่าสารช่วยกลั่น (entrainer) ซึ่งส่วนใหญ่เป็นอันตรายต่อร่างกายมนุษย์ เช่น ketone , toluene , ether , benzene และ cyclohexane เราควรหลีกเลียงผลผลิตที่ใช้สารเหล่านี้กลั่นในการนำไปใช้เพื่อบริโภค และจะเป็นการสิ้นเปลืองพลังงานมากในการกลั่นให้บริสุทธิ์อีกด้วย
บทความนี้เกิดจากการเขียนและส่งขึ้นมาสู่ระบบแบบอัตโนมัติ สมาคมฯไม่รับผิดชอบต่อบทความหรือข้อความใดๆ ทั้งสิ้น เพราะไม่สามารถระบุได้ว่าเป็นความจริงหรือไม่ ผู้อ่านจึงควรใช้วิจารณญาณในการกลั่นกรอง และหากท่านพบเห็นข้อความใดที่ขัดต่อกฎหมายและศีลธรรม หรือทำให้เกิดความเสียหาย หรือละเมิดสิทธิใดๆ กรุณาแจ้งมาที่ ht.ro.apt@ecivres-bew เพื่อทีมงานจะได้ดำเนินการลบออกจากระบบในทันที
