การเปรียบเทียบการถ่ายเทมวลสารและพลังงานที่ใช้ในการดำเนินระบบของคอลัมน์แบบฟองอากาศและคอลัมน์แบบบรรจุตัวกลาง

A comparative study of bubble and packed column in terms ofmass transfer coefficient and power consumption

Name: นวพัฒน์ เตชะธางกูร

ThaSH: การถ่ายเทมวล

ThaSH: สารประกอบอินทรีย์ระเหย

Abstract: งานวิจัยนี้เป็นการศึกษาการถ่ายเทมวลสารของแก๊สออกซิเจนจากวัฏภาคแก๊สไปสู่น้ำประปาที่เป็นวัฏภาคของเหลวด้วยคอลัมน์สามประเภท คือ คอลัมน์แบบฟองอากาศ คอลัมน์แบบฟองอากาศชนิดเติมตัวกลาง และคอลัมน์แบบบรรจุตัวกลาง โดยทุกคอลัมน์มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 ซม. และความสูง 80 ซม. ทั้งนี้ การทดลองจะแบ่งเป็น 4 ส่วน โดยในส่วนแรกเป็นการทดลองในคอลัมน์แบบฟองอากาศที่ใช้อัตราการไหลของแก๊สและของเหลวที่แตกต่างกันในหัวจ่ายอากาศขนาด 0.4, 0.8, และ 1.2 มม. ที่มีจำนวน 19 และ 38 รู ซึ่งพบว่า การเพิ่มขึ้นของอัตราการไหลของแก๊สส่งผลให้การถ่ายเทมวลสารเพิ่มขึ้น โดยที่หัวจ่ายอากาศขนาด 0.4 มม. มีค่าการถ่ายเทมวลสารสูงที่สุด นอกจากนี้ การเพิ่มจำนวนรูของหัวจ่ายอากาศส่งผลให้ฟองอากาศมีขนาดเล็กและมีความเร็วในการลอยตัวช้าลง เป็นผลให้มีสัดส่วนของแก๊สและพื้นที่ผิวจำเพาะในการถ่ายเทมวลสารเพิ่มขึ้น ส่งผลให้มีการถ่ายเทมวลสารมากขึ้น แต่อย่างไรก็ตาม การใช้พลังงานของหัวจ่ายขนาดเล็กจะสิ้นเปลืองมากที่สุดในการเดินระบบ การทดลองในส่วนที่ 2 เป็นการทดลองในคอลัมน์แบบฟองอากาศชนิดตัวตัวกลาง โดยเติมตัวกลางทั้งหมด 4 ชนิด คือ พอลล์ริง แคสเคดมินิริง อานม้าและแรสชิกริง ที่มีขนาดและเติมในปริมาตรที่แตกต่างกัน โดยพบว่า ตัวกลางพอล์ลริงขนาด 25 มม. ในปริมาตร 2.5% จะสามารถช่วยเพิ่มประสิทธิภาพให้เกิดการถ่ายเทมวลสาร เมื่อใช้ตัวกลางกับหัวจ่ายอากาศขนาดใหญ่ แต่เมื่อใช้ตัวกลางกับหัวจ่ายอากาศขนาดเล็กจะทำให้มีค่าการถ่ายเทมวลสารลดลง ในการทดลองส่วนที่ 3 ได้ทำการทดลองการถ่ายเทมวลสารในคอลัมน์แบบบรรจุตัวกลาง โดยพบว่า การเพิ่มอัตราการไหลของเหลวมีผลทำให้มีการถ่ายเทมวลสารดีขึ้น และตัวกลางพอลล์ริงขนาด 50 มม. สามารถทำให้เกิดการถ่ายเทมวลสารดีที่สุด นอกจากนี้เมื่อทำการเปรียบเทียบกันแล้วนั้น คอลัมน์แบบบรรจุตัวกลางมีความสามารถในการถ่ายเทมวลสารน้อยกว่าแบบเป่าฟองอากาศ แต่มีการใช้พลังงานน้อยกว่า โดยเมื่อนำสภาวะการดำเนินการที่ดีที่สุดของแต่ละคอลัมน์ไปทำการทดสอบการดูดซึมสารเบนซีนในการทดลองที่ 4 พบว่าคอลัมน์แบบฟองอากาศสามารถบำบัดสารอินทรีย์ระเหยง่ายได้ดีที่สุด ประมาณ 43– 75% แต่มีการใช้พลังงานที่ใช้ในระบบที่มากที่สุดเช่นเดียวกัน

Abstract: The purpose of this work is to study the mass transfer of oxygen from a gas phase to water in three types of columns: a bubble column, a bubble column with movable solid media, and a packed column. Every column has the same diameter and height of 20 and 80 cm, respectively. The experiment consisted of four parts; the first experiment was performed in a bubble column with different flow rates of water and gas. The orifice size and the number of the sparger were also varied in the range of 0.4-1.2 mm and 19-38 holes. The result indicated that the mass transfer of the orifice size of 0.4 mm was the highest among other orifice sizes. Besides, the higher number of holes also produced smaller bubbles having lower velocities of bubbles, leading to higher gas hold up and a larger specific interfacial area. However, when the small orifice size was used, higher power consumption was required. The second experiment was performed in a bubble column with the addition of plastic media. There were 4 types of media used in the column; pall ring, cascade mini ring, intralox saddle, and raschig ring. All of the packings were varied in sizes and concentrations at 25, 38, and 50 mm as well as 1 and 2.5 % by total liquid volume, respectively. The results indicated that the 25 mm pall ring with 2.5% by volume yield a higher mass transfer coefficient when used with large orifice size. However, when used with the small orifice size, the mass transfer coefficient decreased and a high power consumption was achieved. The third experiment was performed in a packed column where it was found that the increase of the liquid flow rate increased the mass transfer when 25 mm pall ring was used. In addition, it was also found that the packed column spent less power consumption than those of the bubble columns. Lastly, the experiment was performed using the optimal conditions of every column to treat benzene contaminated air at 1000 ppm where water was used as the liquid phase. The result indicated that the bubble column could remove VOCs at 43 -75%, which was larger than the packed column but the higher power consumption was also required.

จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. สำนักงานวิทยทรัพยากร

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: cuir@car.chula.ac.th

Name: พิสุทธิ์ เพียรมนกุล

Role: ที่ปรึกษา

Name: กริชชาติ ว่องไวลิขิต

Role: ที่ปรึกษา

Created: 2563

Modified: 2567-11-11

Issued: 2567-11-11

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

tha

DegreeName: วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต

Level: ปริญญาโท

Descipline: วิศวกรรมสิ่งแวดล้อม

Grantor: จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

©copyrights จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	6170422421[1].pdf	9.98 MB

ใช้เวลา

0.036833 วินาที