สภาวะที่เหมาะสมของการผลิตเอทิลเอสเทอร์จากกรดไขมันปาล์ม...

สภาวะทเหมาะสมของการผลตเอทลเอสเทอรจากกรดไขมนปาลมดวยกระบวนการเอสเทอรฟเคชนแบบสองขนตอน:

วธพนผวตอบสนอง Optimization of Ethyl Ester Production from Palm

Fatty Acid Distillate (PFAD) Using Double-Step Esterification Process: A Response Surface

Methodology Approach

ดลยาวชร พนธยโซะ1, กฤช สมนก1* และ ก าพล ประทปชยกร1 Dunyawat Phanyusoh1, Krit Somnuk1* and Gumpon Prateepchaikul1

1ภาควชาวศวกรรมเครองกล คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยสงขลานครนทร ถนนกาญจนวณชย ต าบลคอหงส อ าเภอหาดใหญ จงหวดสงขลา 90110

1Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Prince of Songkla University, Karnjanavanit Road, Kho Hong, Hat Yai, Songkhla, 90110, Thailand

*E-mail: [email protected]

บทคดยอ งานวจยนเปนการศกษาการผลตเอทลเอสเทอรจากกรดไขมนปาลม (palm fatty acid distillate, PFAD) ดวยปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนสองขนตอนแบบกะ ซงกรดไขมนปาลมเปนผลพลอยไดจากกระบวนการกลนน ามนปาลมบรสทธ (refined palm oil, RPO) ถกน ามาใชเปนวตถดบในการผลตไบโอดเซล การศกษาการผลตไบโอดเซลจากกรดไขมนปาลมดวยปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนสองขนตอนแบบกะ โดยออกแบบการทดลองดวยวธการออกแบบประสมกลาง (central

composite design, CCD) และว เ คราะ หผลการทดลองดวย เทคนค พนผ วตอบสนอง ( response surface

methodology, RSM) เพอหาสภาวะทเหมาะสม ไดศกษาคาความบรสทธของเอทลเอสเทอร เมอชวงของตวแปรอสระของเอสเทอรฟเคชนทงสองขนตอน คอ ปรมาณเอทานอล (4.77-55.23 wt.%) ปรมาณกรดซลฟวรก (0.95-11.05

wt.%) ใชเวลาในการท าปฏกรยา (6-74 min) ควบคมอณหภมท าปฏกรยาและความเรวรอบของใบกวน เทากบ 75˚C และ 300 rpm ตามล าดบ จากผลการทดลองพบวา สภาวะทเหมาะสมของปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนขนตอนท 1 คอ ปรมาณ เอทานอล เทากบ 29.42 wt.% กรดซลฟวรก เทากบ 5.28 wt.% และเวลาในการท าปฏกรยา เทากบ 40 min สามารถผลตน ามนลดกรดไขมนอสระไดเอทลเอสเทอร เทากบ 74.222 wt.% และเมอน าน ามนลดกรดไขมนอสระจากขนตอนท 1 ไปผลตไบโอดเซลในขนตอนท 2 ดวยปฏกรยาเอสเทอรฟเคชน พบวา สภาวะทเหมาะสมคอ ปรมาณเอทานอล เทากบ 37.96

wt.% กรดซลฟวรก เทากบ 6.91 wt.% และเวลาในการท าปฏกรยา เทากบ 55 min สามารถผลตเอทลเอสเทอรได มากทสด เทากบ 99.323 wt.% ค าส าคญ: ไบโอดเซล, กรดไขมนปาลม, เอทานอล, เอสเทอรฟเคชน, พนผวตอบสนอง

106

วารสารวศวกรรมศาสตร

ม ห า ว ท ย า ล ย เ ช ย ง ใ ห ม

107 Received 7 September 2017Revised 16 October 2017

Accepted 18 October 2017

967

ABSTRACT In this study, a batch ethyl ester production process from palm fatty acid distillate (PFAD) was studied using a double-step esterification. The by-product from the refined palm oil (RPO) production process, PFAD was used as a raw material for ethyl ester production. The central composite design (CCD) was used to design the experiments to determine the predicted models of ethyl ester purities of each step. Results of ester purities were analyzed using a response surface methodology (RSM). Three parameters of both first-step and second-step processes were ethanol (4.77-55.23 wt.%) , sulfuric acid (0.95-11.05 wt.%), and reaction time (6-74 min), were investigated to obtain the highest purity of ethyl ester under 75˚C of reaction temperature and 300 rpm of stirrer. Results showed that 74.22 wt.% ester purity was achieved under the recommended condition was 29.42 wt.% ethanol, 5.28 wt.% sulfuric acid, and 40 min reaction time for the first-step esterification. In the second-step esterification, 99.323 wt.% highest purity of ethyl ester was achieved under the optimal condition was 37.96 wt.% ethanol, 6.91 wt.% sulfuric acid, and 55.7 min reaction time. Keywords: biodiesel; palm fatty acid distillate; ethanol; esterification; response surface methodology 1. บทน า

การใชพลงงานในสถานการณโลกทกวนนก าลงเปลยนจากการใชพลงงานเชอเพลงฟอสซลไปเปนการใชพลงงานหมนเวยนมากยง ขน จงไดมการคนควาวจยเกยวกบพลงงานทดแทนเชอเพลงฟอสซล ไบโอดเซลจงเปนทางเลอกหนงทผลตจากทรพยากรหมนเวยน ทมอยภายในประเทศไทย ซงไบโอดเซลมคณสมบตการเผาไหมใกลเคยงกบน ามนดเซล สามารถใชทดแทนกนไดโดยไมตองปรบแตงเครองยนต [1] และลดการปลอยกาซทเปนพษตอสงแวดลอม [2,3] ในกระบวนการผลตไบโอดเซลในประเทศไทยนยมใชน ามนปาลมดบเปนวตถดบหลก ซงปรมาณการผลตน ามนปาลมดบในประเทศไทย ดงแสดงในตารางท 1 ดงนนการน าน ามนปาลมดบมาผลตเปนไบ-

โอดเซลมากเกนไป จะท าใหปรมาณน ามนปาลมในตลาดการคามปรมาณลดลงจนถงขาดแคลนดง ท เคย เ กดเหตการณดงกลาว จงไดมการศกษาผลตภณฑผลพลอยไดจากกระบวนการกลนน ามนปาลมบรสทธ (refined palm

oil, RPO) คอ กรดไขมนปาลม (palm fatty acid

distillate, PFAD) ซงเปนวตถดบทไมสามารถน ามาบรโภคได นยมน าไปใชเปนวตถดบในอตสาหกรรมโอล-

โอเคม [4,5] ผลตสบและจารบ เปนตน จากขอมลของปรมาณ PFAD จะมปรมาณ 4 wt.% ของปรมาณน ามนปาลมดบ [6] โดยไดแสดงปรมาณ PFAD ดงแสดงในตารางท 1 เมอพจารณาดานราคาวตถดบ กรดไขมนปาลมเปนวตถดบทมราคาถกกวาน ามนปาลมดบทสามารถผลต

เปนไบโอดเซลได แตกรดไขมนปาลมมกรดไขมนอสระ (free fatty acid, FFA) ซงเปนองคประกอบหลก [5] จงจ าเปนตองเปลยนกรดไขมนอสระใหเปนเอสเทอรดวยกระบวนการเอสเทอรฟเคชนโดยใชแอลกอฮอลในการท าปฏกรยาและใชกรดเปนตวเรงปฏกรยา [3,7] ดงแสดงในสมการท 1 ตารางท 1 การผลตน ามนปาลมดบและการผลตกรดไขมนปาลมภายในประเทศไทย [8]

ป พ.ศ. น ามนปาลมดบ (tonnes)

ปรมาณกรดไขมนปาลมโดยประมาณ

(tonnes) 2554 1,892,000 75,680 2555 2,135,000 85,400 2556 2,000,000 80,000 2557 2,068,000 82,720 2558 2,100,000 84,000 2559 2,300,000 92,000

หมายเหต: กรดไขมนปาลมมปรมาณ 4 wt.% เมอเทยบกบปรมาณน ามนปาลมดบ [6]

WaterEsterAlcoholFFA catalystacid (1)

งานวจยนไดเลอกใชเอทานอลในการผลตไบโอดเซลจากกรดไขมนปาลม ถงแมปจ จบนราคาเอทานอลภายในประ เทศจะ มราคาแพงกวา เมทานอล และความสามารถในการท าปฏกรยาของเอทานอลดอยกวา

เมทานอล [9,10] ท าใหเมอใชเอทานอลในการท าปฏกรยาเพอผลตไบโอดเซลท าไดยากกวาเมทานอล แตเอทานอลเปนทรพยากรหมนเวยน และเปนแอลกอฮอลทไมเปนพษเ ม อ เ ป ร ยบ เ ท ยบกบ เ มท านอล สาม า รถผ ล ต ไดภายในประเทศซงในป พ.ศ. 2559 ปรมาณการผลตเอทา-นอลของประเทศไทยมปรมาณโดยเฉลย เทากบ 3.7 ลานลตรตอวน และมแนวโนมเพมมากขน [11] การใชเอทา-นอลเปนแอลกอฮอลส าหรบท าปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนเปนการเพมทางเลอกในการผลตไบโอดเซลจากทรพยากรทมภายในประเทศไทย นอกจากนในดานคณภาพการน าไปท าเปนเชอเพลง เอทลเอสเทอรมเลขซเทนสงกวาเมทลเอสเทอร [10]

ส าหรบวตถดบหรอน ามนทมกรดไขมนอสระสงสามารถผลตไบโอดเซลไดดวยกระบวนการแบบสองขนตอน ขนตอนท 1 คอ ลดกรดไขมนอสระดวยปฏกรยาเอสเทอรฟเคชน และขนตอนท 2 คอ ผลตไบโอดเซลดวยปฏกรยาทรานสเอสเทอรฟเคชน [12] โดยในขนตอนการลดกรดไขมนอสระจะตองลดกรดไขมนอสระของน ามนใหมคานอยกวา 1 wt.% เนองจากกรดไขมนอสระจะท าปฏกรยากบสารละลายเบสเกดเปนสบ สงผลให ปรมาณผลได (yield) ของเอสเทอรลดต าลง หลงจากลดกรดไขมนอสระในน ามนแลวน าน ามนมาท าปฏกรยาทรานส-

เอสเทอรฟเคชนดวยตวเรงปฏกรยาเบส เพอเปลยนกลเซอ-

ไรดในน ามนลดกรดไขมนอสระจากขนตอนท 1 คอ โม-

โนกลเซอไรด ไดกลเซอไรด และไตรกลเซอไรด ใหเปนเอสเทอร เชน จากงานวจยของ Srilatha และคณะ (2012)

[12] ไดศกษาการผลตไบโอดเซลจากน ามนใชแลว (used

cooking oil, UCO) ดวยกระบวนการแบบสองขนตอน ซงน ามน UCO มคากรดไขมนอสระ เทากบ 12 wt.% ใชเมทานอลเปนแอลกอฮอลในการท าปฏกรยา โดยกระบวนท 1 ท าปฏกรยาเอสเทอรฟเคชน และใช TPA/Nb2O5 เปนตวเรงปฏกรยากรด สวนกระบวนการท 2 ท าปฏกรยาทรานสเอสเทอรฟเคชน และใช ZnO/Na-Y zeolite เปนตวเรงปฏกรยาเบส ซงไดสรปวาสภาวะทเหมาะสมเพอใหได yield มากทสด คอ สภาวะของกระบวนท 1 คอ

TPA/Nb2O5 เทากบ 25 wt.% อตราสวนโดยโมลของ MeOH:UCO เทากบ 14:1 อณหภมในการท าปฏกรยา เทากบ 65˚C และเวลาในการปฏกรยา เทากบ 5 h สภาวะของกระบวนการท 2 คอ ZnO/Na-Y zeolite เทากบ 20

wt.% อตราสวนโดย โมลของ MeOH:oil เทากบ 24:1 อณหภมในการท าปฏกรยา เทากบ 65˚C และเวลาในการท าปฏกรยา 12 h

จากปฏกรยาเอสเทอรฟเคชน (สมการท 1) จะเหนวามน าเกดขน น าจะเกดขนระหวางกระบวนการลดกรดไขมนอสระ โดยน าทเกดขนจะไปขดขวางการเกดปฏกรยา เนองจากความเขมขนของสารเคมเจอจางลง ท าใหเปลยนจากกรดไขมนอสระไปเปนไบโอดเซลท าไดชาลง และใชสารเคมมากขนอกดวย โดยมตวอยางเชน ทมวจยของ Lucena และคณะ (2011) [9] ไดศกษาการผลตไบโอ-

ดเซลโดยปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนระหวางกรดโอเลอกกบเอทานอลภายใตสภาวะการก าจดน าออกอยางตอเนอง โดยใชระบบการดดซบในการดดซบน าออกจากเอทลเอสเทอรและน าทเกดขนจากปฏกรยาเอสเทอรฟเคชน เอทลเอส-

เทอรจะเกดจากปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนของกรดโอเลอกกบเอทานอลโดยมกรดซลฟวรกเปนตวเรงปฏกรยา ผลการทดลองพบวาเงอนสภาวะทเหมาะสม คอ กรดซลฟวรก เทากบ 1 wt.% อตราสวนของกรดโอเลอกกบเอทานอล เทากบ 1:3 ควบคมอณหภมท 110˚C จะไดเอทลเอสเทอรไดเทากบ 99.9% แสดงวาการก าจดน าออกชวยเพมผลผลตเอทลเอสเทอรมากขน [9] ดงนนในงานวจยนจงไดก าจดน าออกภายหลงกระบวนการปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนขนตอนท 1 กอนท าปฏกรยาขนตอนท 2

และนอกจากน Pisarello และคณะ (2010) [13] ไดศกษาวจยเกยวกบกระบวนการผลตไบโอดเซลจากวตถดบทมคาความเปนกรดสงดวยปฏกรยาเอสเทอรฟเค-

ชนโดยใชกรดเปนตวเรงปฏกรยา วตถดบคอ น ามนดอก-

ทานตะวน และน ามนมะพราว แอลกอฮอลทใชคอ เอทา-นอล และเมทานอล ใชกรดซลฟวรกเปนตวเรงปฏกรยา ผลการศกษาพบวา เมทานอลสามารถท าปฏกรยาลดคาความเปนกรดไดดกวาเอทานอล และอณหภมในการท าปฏกรยา

ด.พนธยโซะ ก.สมนก และ ก.ประทปชยกร

108

ABSTRACT In this study, a batch ethyl ester production process from palm fatty acid distillate (PFAD) was studied using a double-step esterification. The by-product from the refined palm oil (RPO) production process, PFAD was used as a raw material for ethyl ester production. The central composite design (CCD) was used to design the experiments to determine the predicted models of ethyl ester purities of each step. Results of ester purities were analyzed using a response surface methodology (RSM). Three parameters of both first-step and second-step processes were ethanol (4.77-55.23 wt.%) , sulfuric acid (0.95-11.05 wt.%), and reaction time (6-74 min), were investigated to obtain the highest purity of ethyl ester under 75˚C of reaction temperature and 300 rpm of stirrer. Results showed that 74.22 wt.% ester purity was achieved under the recommended condition was 29.42 wt.% ethanol, 5.28 wt.% sulfuric acid, and 40 min reaction time for the first-step esterification. In the second-step esterification, 99.323 wt.% highest purity of ethyl ester was achieved under the optimal condition was 37.96 wt.% ethanol, 6.91 wt.% sulfuric acid, and 55.7 min reaction time. Keywords: biodiesel; palm fatty acid distillate; ethanol; esterification; response surface methodology 1. บทน า

การใชพลงงานในสถานการณโลกทกวนนก าลงเปลยนจากการใชพลงงานเชอเพลงฟอสซลไปเปนการใชพลงงานหมนเวยนมากยง ขน จงไดมการคนควาวจยเกยวกบพลงงานทดแทนเชอเพลงฟอสซล ไบโอดเซลจงเปนทางเลอกหนงทผลตจากทรพยากรหมนเวยน ทมอยภายในประเทศไทย ซงไบโอดเซลมคณสมบตการเผาไหมใกลเคยงกบน ามนดเซล สามารถใชทดแทนกนไดโดยไมตองปรบแตงเครองยนต [1] และลดการปลอยกาซทเปนพษตอสงแวดลอม [2,3] ในกระบวนการผลตไบโอดเซลในประเทศไทยนยมใชน ามนปาลมดบเปนวตถดบหลก ซงปรมาณการผลตน ามนปาลมดบในประเทศไทย ดงแสดงในตารางท 1 ดงนนการน าน ามนปาลมดบมาผลตเปนไบ-

โอดเซลมากเกนไป จะท าใหปรมาณน ามนปาลมในตลาดการคามปรมาณลดลงจนถงขาดแคลนดง ท เคย เ กดเหตการณดงกลาว จงไดมการศกษาผลตภณฑผลพลอยไดจากกระบวนการกลนน ามนปาลมบรสทธ (refined palm

oil, RPO) คอ กรดไขมนปาลม (palm fatty acid

distillate, PFAD) ซงเปนวตถดบทไมสามารถน ามาบรโภคได นยมน าไปใชเปนวตถดบในอตสาหกรรมโอล-

โอเคม [4,5] ผลตสบและจารบ เปนตน จากขอมลของปรมาณ PFAD จะมปรมาณ 4 wt.% ของปรมาณน ามนปาลมดบ [6] โดยไดแสดงปรมาณ PFAD ดงแสดงในตารางท 1 เมอพจารณาดานราคาวตถดบ กรดไขมนปาลมเปนวตถดบทมราคาถกกวาน ามนปาลมดบทสามารถผลต

เปนไบโอดเซลได แตกรดไขมนปาลมมกรดไขมนอสระ (free fatty acid, FFA) ซงเปนองคประกอบหลก [5] จงจ าเปนตองเปลยนกรดไขมนอสระใหเปนเอสเทอรดวยกระบวนการเอสเทอรฟเคชนโดยใชแอลกอฮอลในการท าปฏกรยาและใชกรดเปนตวเรงปฏกรยา [3,7] ดงแสดงในสมการท 1 ตารางท 1 การผลตน ามนปาลมดบและการผลตกรดไขมนปาลมภายในประเทศไทย [8]

ป พ.ศ. น ามนปาลมดบ (tonnes)

ปรมาณกรดไขมนปาลมโดยประมาณ

(tonnes) 2554 1,892,000 75,680 2555 2,135,000 85,400 2556 2,000,000 80,000 2557 2,068,000 82,720 2558 2,100,000 84,000 2559 2,300,000 92,000

หมายเหต: กรดไขมนปาลมมปรมาณ 4 wt.% เมอเทยบกบปรมาณน ามนปาลมดบ [6]

WaterEsterAlcoholFFA catalystacid (1)

งานวจยนไดเลอกใชเอทานอลในการผลตไบโอดเซลจากกรดไขมนปาลม ถงแมปจ จบนราคาเอทานอลภายในประ เทศจะ มราคาแพงกวา เมทานอล และความสามารถในการท าปฏกรยาของเอทานอลดอยกวา

เมทานอล [9,10] ท าใหเมอใชเอทานอลในการท าปฏกรยาเพอผลตไบโอดเซลท าไดยากกวาเมทานอล แตเอทานอลเปนทรพยากรหมนเวยน และเปนแอลกอฮอลทไมเปนพษเ ม อ เ ป ร ยบ เ ท ยบกบ เ มท านอล สาม า รถผ ล ต ไดภายในประเทศซงในป พ.ศ. 2559 ปรมาณการผลตเอทา-นอลของประเทศไทยมปรมาณโดยเฉลย เทากบ 3.7 ลานลตรตอวน และมแนวโนมเพมมากขน [11] การใชเอทา-นอลเปนแอลกอฮอลส าหรบท าปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนเปนการเพมทางเลอกในการผลตไบโอดเซลจากทรพยากรทมภายในประเทศไทย นอกจากนในดานคณภาพการน าไปท าเปนเชอเพลง เอทลเอสเทอรมเลขซเทนสงกวาเมทลเอสเทอร [10]

ส าหรบวตถดบหรอน ามนทมกรดไขมนอสระสงสามารถผลตไบโอดเซลไดดวยกระบวนการแบบสองขนตอน ขนตอนท 1 คอ ลดกรดไขมนอสระดวยปฏกรยาเอสเทอรฟเคชน และขนตอนท 2 คอ ผลตไบโอดเซลดวยปฏกรยาทรานสเอสเทอรฟเคชน [12] โดยในขนตอนการลดกรดไขมนอสระจะตองลดกรดไขมนอสระของน ามนใหมคานอยกวา 1 wt.% เนองจากกรดไขมนอสระจะท าปฏกรยากบสารละลายเบสเกดเปนสบ สงผลให ปรมาณผลได (yield) ของเอสเทอรลดต าลง หลงจากลดกรดไขมนอสระในน ามนแลวน าน ามนมาท าปฏกรยาทรานส-

เอสเทอรฟเคชนดวยตวเรงปฏกรยาเบส เพอเปลยนกลเซอ-

ไรดในน ามนลดกรดไขมนอสระจากขนตอนท 1 คอ โม-

โนกลเซอไรด ไดกลเซอไรด และไตรกลเซอไรด ใหเปนเอสเทอร เชน จากงานวจยของ Srilatha และคณะ (2012)

[12] ไดศกษาการผลตไบโอดเซลจากน ามนใชแลว (used

cooking oil, UCO) ดวยกระบวนการแบบสองขนตอน ซงน ามน UCO มคากรดไขมนอสระ เทากบ 12 wt.% ใชเมทานอลเปนแอลกอฮอลในการท าปฏกรยา โดยกระบวนท 1 ท าปฏกรยาเอสเทอรฟเคชน และใช TPA/Nb2O5 เปนตวเรงปฏกรยากรด สวนกระบวนการท 2 ท าปฏกรยาทรานสเอสเทอรฟเคชน และใช ZnO/Na-Y zeolite เปนตวเรงปฏกรยาเบส ซงไดสรปวาสภาวะทเหมาะสมเพอใหได yield มากทสด คอ สภาวะของกระบวนท 1 คอ

TPA/Nb2O5 เทากบ 25 wt.% อตราสวนโดยโมลของ MeOH:UCO เทากบ 14:1 อณหภมในการท าปฏกรยา เทากบ 65˚C และเวลาในการปฏกรยา เทากบ 5 h สภาวะของกระบวนการท 2 คอ ZnO/Na-Y zeolite เทากบ 20

wt.% อตราสวนโดย โมลของ MeOH:oil เทากบ 24:1 อณหภมในการท าปฏกรยา เทากบ 65˚C และเวลาในการท าปฏกรยา 12 h

จากปฏกรยาเอสเทอรฟเคชน (สมการท 1) จะเหนวามน าเกดขน น าจะเกดขนระหวางกระบวนการลดกรดไขมนอสระ โดยน าทเกดขนจะไปขดขวางการเกดปฏกรยา เนองจากความเขมขนของสารเคมเจอจางลง ท าใหเปลยนจากกรดไขมนอสระไปเปนไบโอดเซลท าไดชาลง และใชสารเคมมากขนอกดวย โดยมตวอยางเชน ทมวจยของ Lucena และคณะ (2011) [9] ไดศกษาการผลตไบโอ-

ดเซลโดยปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนระหวางกรดโอเลอกกบเอทานอลภายใตสภาวะการก าจดน าออกอยางตอเนอง โดยใชระบบการดดซบในการดดซบน าออกจากเอทลเอสเทอรและน าทเกดขนจากปฏกรยาเอสเทอรฟเคชน เอทลเอส-

เทอรจะเกดจากปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนของกรดโอเลอกกบเอทานอลโดยมกรดซลฟวรกเปนตวเรงปฏกรยา ผลการทดลองพบวาเงอนสภาวะทเหมาะสม คอ กรดซลฟวรก เทากบ 1 wt.% อตราสวนของกรดโอเลอกกบเอทานอล เทากบ 1:3 ควบคมอณหภมท 110˚C จะไดเอทลเอสเทอรไดเทากบ 99.9% แสดงวาการก าจดน าออกชวยเพมผลผลตเอทลเอสเทอรมากขน [9] ดงนนในงานวจยนจงไดก าจดน าออกภายหลงกระบวนการปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนขนตอนท 1 กอนท าปฏกรยาขนตอนท 2

และนอกจากน Pisarello และคณะ (2010) [13] ไดศกษาวจยเกยวกบกระบวนการผลตไบโอดเซลจากวตถดบทมคาความเปนกรดสงดวยปฏกรยาเอสเทอรฟเค-

ชนโดยใชกรดเปนตวเรงปฏกรยา วตถดบคอ น ามนดอก-

ทานตะวน และน ามนมะพราว แอลกอฮอลทใชคอ เอทา-นอล และเมทานอล ใชกรดซลฟวรกเปนตวเรงปฏกรยา ผลการศกษาพบวา เมทานอลสามารถท าปฏกรยาลดคาความเปนกรดไดดกวาเอทานอล และอณหภมในการท าปฏกรยา

108 109

96

ของเอทานอลทอณหภม 70˚C ท าปฏกรยาลดคาความเปนกรดไดดกวาทอณหภม 60˚C แสดงวาอณหภมในการท าปฏกรยามผลตออตราการเกดปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนทใชเอทานอลในการท าปฏกรยา [13]

วตถประสงคของงานวจยน เพอศกษาตวแปรอสระ คอ ปรมาณเอทานอล ปรมาณกรดซลฟวรก และเวลาในการท าปฏกรยา ทสงผลตอปรมาณความบรสทธของเอทล-

เอสเทอรทไดจากกระบวนการผลตไบโอดเซลดวยปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนสองขนตอนแบบกะ เพอลดปรมาณสารเคมทใช และลดตนทนของการผลตไบโอดเซลจากกรดไขมนปาลมดวยเอทานอล 2. วสดและสารเคม

กรดไขมนปาลม (PFAD) มกรดไขมนอสระเปนองคประกอบโดยสวนใหญ ซงมองคประกอบตาง ๆ ดงแสดงในตารางท 2 กรดไขมนปาลมมลกษณะทางกายภาพเปนไขทอณหภม 30˚C และมจดหลอมเหลวทอณหภม 43˚C ส าหรบสารเคมทใชในการทดลอง คอ กรดซลฟวรก (98 wt.% commercial grade) และเอทานอล (99.9

vol.% anhydrous commercial grade) และสารเคมทใชในการวเคราะหองคประกอบในน ามนดวยเทคนค thin layer chromatography with flame ionization detector (TLC/FID) คอ เฮกเซน ไดเอทลอเทอร กรดฟอรมก และเบนซน ตารางท 2 องคประกอบของกรดไขมนปาลม [14]

องคประกอบ ปรมาณ (wt.%) Free fatty acid (FFA) 90.417 Monoglyceride (MG) 5.041 Diglyceride (DG) 2.437 Triglyceride (TG) 1.231 Ester 0.874

3. วธการทดลอง 3.1 การออกแบบและการวเคราะหผลการทดลองดวยวธพนผวตอบสนอง

ในการออกแบบการทดลองเพอหาสภาวะทเหมาะสมของการผลตไบโอดเซลจากกรดไขมนปาลม (PFAD) ดวยปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนแบบสองขนตอนดวยวธการว เ ค ร า ะ ห พ น ผ ว ต อ บ ส น อ ง ( response surface

methodology, RSM) ไดออกแบบการทดลองแบบสวนประสมกลาง (central composite design, CCD) ท 5 ระดบ และตวแปรอสระ 3 ตว คอ ปรมาณเอทานอล (ethanol, wt.%) ปรมาณกรดซลฟวรก (sulfuric acid,

wt.%) และเวลาในการท าปฏกรยา (reaction time, min) ดงแสดงในตาราง ท 3 การว เคราะหดวยว ธ พนผวตอบสนองทง 2 ขนตอน ใชวธการวเคราะหการถดถอยในรปของฟงกชนพหนามก าลงสอง ( full quadratic

regression) ท ค าสมประ สท ธความ เ ช อมน 9 5 % ผลตอบสนองหรอตวแปรตาม คอ คาความบรสทธเอทล-

เอสเทอร (purity of ethylester, wt.%) ซ งสมการท านายคาความบรสทธของเอทลเอสเทอรอยในรปแบบทวไปของสมการพหนามก าลงสอง ดงแสดงในสมการท 2 [15]

εxxβxβxββY jiij

k

ij

k

iiii

k

iii

k

i

ΣΣΣΣ

11

2

110

(2) โดยท Y คอ ผลตอบสนอง, x คอ ตวแปรอสระ, β

คอ คาสมประสทธคงท, k คอ จ านวนตวแปรอสระ และ ɛ คอ คาความผดพลาด (error)

ตารางท 3 ระดบของตวแปรอสระ

Variable Coded level

-1.682 -1 0 +1 +1.682 Ethanol (wt.%) 4.77 -115 30 45 55.23 Sulfuric acid (wt.%) 0.95 3 6 9 11.05 Reaction time (min) 6 20 40 60 74

3.2 ขนตอนการลดกรดไขมนอสระสองขนตอนดวยปฏกรยาเอสเทอรฟเคชน

ส าหรบการผลตเอทลเอสเทอรในปฏกรยาเอสเทอร-

ฟเคชนสองขนตอน ทงสองขนตอนเปนกระบวนการเอส-

เทอรฟเคชน โดยเปลยนกรดไขมนอสระของกรดไขมนปาลม (PFAD) ใหเปนเอทลเอสเทอร ซงในแตละขนตอนจะมวธการทดลอง โดยเรมจากการชงกรดไขมนปาลม 500 g ใสลงในโถแกว (neck round bottom flask) หลงจากน นอน PFAD ดวยน ารอนภายในอางน ารอน (hot water bath) ซงตดต งฮตเตอร ขนาด 1000W ใหความรอนและควบคมอณหภมของสารผสมภายในโถแกว เทากบ 75˚C ตดตงอปกรณ ดงแสดงในรปท 1 เมอกรดไขมนปาลมละลาย เตมเอทานอลลงไปในโถแกว เอทา-นอลจะถกผสมกบกรดไขมนปาลมดวยใบกวนชนด 6-

blade disk turbine ซงควบคมความเรวรอบ เทากบ 300

rpm หลงจากนนผสมกรดซลฟวรก โดยใชบวเรตในการเตมกรดซลฟวรก จบเวลาทนททเรมเตมกรดซลฟวรกลงไปผสม ปลอยใหสารท าปฏกรยากนจนครบเวลาตามสภาวะทก าหนด จากน นท าการเกบตวอยางปรมาณ 20

mL และน าไปหยดการเกดปฏกรยาดวยน าทอณหภม 0˚C จากน นน าน ามนลดกรดไขมนอสระขนตอนท 1 (first

esterified oil) ไปลางดวยน า เพอลางสารเคมทตกคางในผลตภณฑ เชน เอทานอล กรดซลฟวรก และสงเจอปนอนๆ เพอน าไปวเคราะหหาองคประกอบของน ามนลดกรดไขมนอสระขนตอนท 1 ดวยเทคนค TLC/FID โดยชวงของตวแปรอสระทแปรคา คอ ปรมาณเอทานอล คอ 4.77-

55.23 wt.% ปรมาณกรดซลฟวรก คอ 0.95-11.05 wt.% และเวลาในการท าปฏกรยา คอ 6-74 min

ภายหลงจากไดสภาวะทเหมาะสมจากขนตอนท 1 จงน ากรดไขมนปาลมมาลดกรดไขมนอสระดวยสภาวะดงกลาว และศกษาสภาวะทเหมาะสมของการผลตไบโอ-

ดเซลดวยปฏกรยาเอสเทอรฟเคชน (ขนตอนท 2) โดยเรมจากน าน ามนลดกรดไขมนอสระของขนตอนท 1 ปรมาณ 500 g ใสในโถแกว โดยตดต งอปกรณ ขนตอนการใสสารเคมและข นตอนในการท าปฏกรยา เ ชนเดยวกบขนตอนท 1 โดยขนตอนท 2 มชวงของตวแปรอสระทศกษา คอ ปรมาณเอทานอล คอ 4.77-55.23 wt.% ปรมาณกรดซลฟวรก คอ 0.95-11.05 wt.% และเวลาในการท าปฏกรยา คอ 6-74 min

รปท 1 แผนภาพชดทดลองผลตไบโอดเซลดวยวธแบบกะ [14] (HT: เครองท าความรอน, CP: เครองปมน าระบบ

หมนเวยน, CB: กลองควบคม, M: มอเตอร, TC: ทควบคมอณหภม, DT: digital temperature, C:

เครองตรวจวดอณหภม, B: บวเรตต, RB: ขวดกนกลม,

MF: ตาขายกรอง, และ T: ใบกวนแบบ 6-blade disk turbine)


110

ของเอทานอลทอณหภม 70˚C ท าปฏกรยาลดคาความเปนกรดไดดกวาทอณหภม 60˚C แสดงวาอณหภมในการท าปฏกรยามผลตออตราการเกดปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนทใชเอทานอลในการท าปฏกรยา [13]

วตถประสงคของงานวจยน เพอศกษาตวแปรอสระ คอ ปรมาณเอทานอล ปรมาณกรดซลฟวรก และเวลาในการท าปฏกรยา ทสงผลตอปรมาณความบรสทธของเอทล-

เอสเทอรทไดจากกระบวนการผลตไบโอดเซลดวยปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนสองขนตอนแบบกะ เพอลดปรมาณสารเคมทใช และลดตนทนของการผลตไบโอดเซลจากกรดไขมนปาลมดวยเอทานอล 2. วสดและสารเคม

กรดไขมนปาลม (PFAD) มกรดไขมนอสระเปนองคประกอบโดยสวนใหญ ซงมองคประกอบตาง ๆ ดงแสดงในตารางท 2 กรดไขมนปาลมมลกษณะทางกายภาพเปนไขทอณหภม 30˚C และมจดหลอมเหลวทอณหภม 43˚C ส าหรบสารเคมทใชในการทดลอง คอ กรดซลฟวรก (98 wt.% commercial grade) และเอทานอล (99.9

vol.% anhydrous commercial grade) และสารเคมทใชในการวเคราะหองคประกอบในน ามนดวยเทคนค thin layer chromatography with flame ionization detector (TLC/FID) คอ เฮกเซน ไดเอทลอเทอร กรดฟอรมก และเบนซน ตารางท 2 องคประกอบของกรดไขมนปาลม [14]

องคประกอบ ปรมาณ (wt.%) Free fatty acid (FFA) 90.417 Monoglyceride (MG) 5.041 Diglyceride (DG) 2.437 Triglyceride (TG) 1.231 Ester 0.874

3. วธการทดลอง 3.1 การออกแบบและการวเคราะหผลการทดลองดวยวธพนผวตอบสนอง

ในการออกแบบการทดลองเพอหาสภาวะทเหมาะสมของการผลตไบโอดเซลจากกรดไขมนปาลม (PFAD) ดวยปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนแบบสองขนตอนดวยวธการว เ ค ร า ะ ห พ น ผ ว ต อ บ ส น อ ง ( response surface

methodology, RSM) ไดออกแบบการทดลองแบบสวนประสมกลาง (central composite design, CCD) ท 5 ระดบ และตวแปรอสระ 3 ตว คอ ปรมาณเอทานอล (ethanol, wt.%) ปรมาณกรดซลฟวรก (sulfuric acid,

wt.%) และเวลาในการท าปฏกรยา (reaction time, min) ดงแสดงในตาราง ท 3 การว เคราะหดวยว ธ พนผวตอบสนองทง 2 ขนตอน ใชวธการวเคราะหการถดถอยในรปของฟงกชนพหนามก าลงสอง ( full quadratic

regression) ท ค าสมประ สท ธความ เ ช อมน 9 5 % ผลตอบสนองหรอตวแปรตาม คอ คาความบรสทธเอทล-

เอสเทอร (purity of ethylester, wt.%) ซ งสมการท านายคาความบรสทธของเอทลเอสเทอรอยในรปแบบทวไปของสมการพหนามก าลงสอง ดงแสดงในสมการท 2 [15]

εxxβxβxββY jiij

k

ij

k

iiii

k

iii

k

i

ΣΣΣΣ

11

2

110

(2) โดยท Y คอ ผลตอบสนอง, x คอ ตวแปรอสระ, β

คอ คาสมประสทธคงท, k คอ จ านวนตวแปรอสระ และ ɛ คอ คาความผดพลาด (error)

ตารางท 3 ระดบของตวแปรอสระ

Variable Coded level

-1.682 -1 0 +1 +1.682 Ethanol (wt.%) 4.77 -115 30 45 55.23 Sulfuric acid (wt.%) 0.95 3 6 9 11.05 Reaction time (min) 6 20 40 60 74

3.2 ขนตอนการลดกรดไขมนอสระสองขนตอนดวยปฏกรยาเอสเทอรฟเคชน

ส าหรบการผลตเอทลเอสเทอรในปฏกรยาเอสเทอร-

ฟเคชนสองขนตอน ทงสองขนตอนเปนกระบวนการเอส-

เทอรฟเคชน โดยเปลยนกรดไขมนอสระของกรดไขมนปาลม (PFAD) ใหเปนเอทลเอสเทอร ซงในแตละขนตอนจะมวธการทดลอง โดยเรมจากการชงกรดไขมนปาลม 500 g ใสลงในโถแกว (neck round bottom flask) หลงจากน นอน PFAD ดวยน ารอนภายในอางน ารอน (hot water bath) ซงตดต งฮตเตอร ขนาด 1000W ใหความรอนและควบคมอณหภมของสารผสมภายในโถแกว เทากบ 75˚C ตดตงอปกรณ ดงแสดงในรปท 1 เมอกรดไขมนปาลมละลาย เตมเอทานอลลงไปในโถแกว เอทา-นอลจะถกผสมกบกรดไขมนปาลมดวยใบกวนชนด 6-

blade disk turbine ซงควบคมความเรวรอบ เทากบ 300

rpm หลงจากนนผสมกรดซลฟวรก โดยใชบวเรตในการเตมกรดซลฟวรก จบเวลาทนททเรมเตมกรดซลฟวรกลงไปผสม ปลอยใหสารท าปฏกรยากนจนครบเวลาตามสภาวะทก าหนด จากน นท าการเกบตวอยางปรมาณ 20

mL และน าไปหยดการเกดปฏกรยาดวยน าทอณหภม 0˚C จากน นน าน ามนลดกรดไขมนอสระขนตอนท 1 (first

esterified oil) ไปลางดวยน า เพอลางสารเคมทตกคางในผลตภณฑ เชน เอทานอล กรดซลฟวรก และสงเจอปนอนๆ เพอน าไปวเคราะหหาองคประกอบของน ามนลดกรดไขมนอสระขนตอนท 1 ดวยเทคนค TLC/FID โดยชวงของตวแปรอสระทแปรคา คอ ปรมาณเอทานอล คอ 4.77-

55.23 wt.% ปรมาณกรดซลฟวรก คอ 0.95-11.05 wt.% และเวลาในการท าปฏกรยา คอ 6-74 min

ภายหลงจากไดสภาวะทเหมาะสมจากขนตอนท 1 จงน ากรดไขมนปาลมมาลดกรดไขมนอสระดวยสภาวะดงกลาว และศกษาสภาวะทเหมาะสมของการผลตไบโอ-

ดเซลดวยปฏกรยาเอสเทอรฟเคชน (ขนตอนท 2) โดยเรมจากน าน ามนลดกรดไขมนอสระของขนตอนท 1 ปรมาณ 500 g ใสในโถแกว โดยตดต งอปกรณ ขนตอนการใสสารเคมและข นตอนในการท าปฏกรยา เ ชนเดยวกบขนตอนท 1 โดยขนตอนท 2 มชวงของตวแปรอสระทศกษา คอ ปรมาณเอทานอล คอ 4.77-55.23 wt.% ปรมาณกรดซลฟวรก คอ 0.95-11.05 wt.% และเวลาในการท าปฏกรยา คอ 6-74 min

รปท 1 แผนภาพชดทดลองผลตไบโอดเซลดวยวธแบบกะ [14] (HT: เครองท าความรอน, CP: เครองปมน าระบบ

หมนเวยน, CB: กลองควบคม, M: มอเตอร, TC: ทควบคมอณหภม, DT: digital temperature, C:

เครองตรวจวดอณหภม, B: บวเรตต, RB: ขวดกนกลม,

MF: ตาขายกรอง, และ T: ใบกวนแบบ 6-blade disk turbine)

110 111

96

3.3 การวเคราะหองคประกอบของน ามน การวเคราะหองคประกอบในน ามนจะใชเทคนค

TLC/ FID โ ด ย ใ ช เ ค ร อ ง Itronscan MK- 6 แ ล ะ Chromarods type S- III quartz rod ( Mitsubishi Kagaku latron) มขนตอนการวเคราะห คอ จะตองน าน ามนตวอยางมาท าการละลายกบเฮกเซนกอนและหยดสารผสมลงบน chromarod หลงจากนนน า chromarod ไปแชในภาชนะทผสมสารเฮกเซน ไดเอทลอเทอรและกรดฟอรมกในอตราสวน 50:20:0.3 vol.% รอจนสารเคลอนทไปประมาณ 8 cm จงน า chromarod ไปแชในภาชนะท 2 ซงผสมสารเฮกเซนกบเบนซน ในอตราสวน 1:1 vol.% [14] รอจนสารเคลอนทไปประมาณ 10 cm จากนนน า chromarod ไปอบดวยเครอง rod dryer TK-

8 ทอณหภม 110 ˚C ประมาณ 10 min แลว จงน า chromarod ไปวเคราะหหาปรมาณกรดไขมนอสระ ไตร-

กลเซอไรด ไดกลเซอไรด โมโนกลเซอไรด และเอสเทอร ด ว ย ว ธ flame ionization detection โ ด ย ใ ช ก า ซไฮโดรเจนทมอตราการไหล 165 mL.min-1 และอากาศทอตราการไหล 2 L.min-1 ซงงานวจยนมขนตอนการทดลอง ดงแสดงในรปท 2

รปท 2 แผนผงขนตอนการทดลอง

4. ผลการศกษาและวจารณ 4.1 ผลการทดลองเอสเทอรฟเคชนขนตอนท 1

การทดลองปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนสองขนตอนแบบกะใชการวเคราะหหาความบรสทธของเอทลเอสเทอรโ ด ย ใ ช เ ท ค น ค TLC/ FID ไ ด ผ ล ก า ร ท ด ลอ ง ใ นกระบวนการลดกรดไขมนอสระขนตอนท 1 ดงแสดงในตารางท 4 มท งหมด 18 การทดลอง พบวาไดคาความบรสทธของเอทลเอสเทอรอยในชวง 36.797 wt.% ถง 88.007 wt.%

จากน นน าผลการทดลองทไดไปวเคราะหดวยวธ RSM ในการหาความสมพนธระหวางเอทลเอสเทอร และตวแปรอสระ 3 ตวแปร (เอทานอล, กรดซลฟวรก และเวลาการท าปฏกรยา) ในรปแบบสมการ full quadratic

polynomial จะไดสมการท านายคาความบรสทธของเอทลเอสเทอรในกระบวนการลดกรดไขมนอสระขนตอนท 1 ดงแสดงในสมการท 3 และคาสมประสทธคงทของสมการ คา p-value คาสมประสทธแสดงตดสนใจเชงซอน (R2) และคาปรบแกสมประสทธแสดงตดสนใจเชงซอน (R2

adjusted) แสดงในตารางท 5 พบวา ในการพจารณาความมนยส าคญของตวแปรในสมการ ตวแปรทมนยส าคญนอยจะไมถกน ามาพจารณา ซงตวแปรดงกลาวมคา p-value มากกวา 0.05 และเมอเปรยบเทยบคาสมประสทธคงของตวแปรอสระ คอ ปรมาณเอทานอล ปรมาณกรดซลฟวรก และเวลาในการท าปฏกรยา คาสมประสทธคงทของปรมาณเอทานอลจากสมการคอพจน มคา p-value นอยทสด แสดงวาปรมาณของเอทานอลมอทธพลตอการท าปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนเปลยนกรดไขมนอสระใหเปนเอทลเอสเทอรมากทสด

29

28

27

6543210

TβSβEβ

STβETβESβTβSβEββEE

(3) โดยท EE คอ คาความบรสทธของเอทลเอสเทอร,

(wt.%), E คอ ปรมาณของเอทานอล, (wt.%), S คอ ปรมาณของกรดซลฟวรก, (wt.%), T คอ เวลาทใชในการท าปฏกรยา, (min) และ β คอ คาสมประสทธคงท

ตารางท 4 การออกแบบและผลการทดลองในกระบวนการเอสเทอรฟเคชนแบบสองขนตอน Run Ethanol (wt.%) Sulfuric acid (wt.%) Reaction Time (min) EE1 (wt.%) EE2 (wt.%)

1 30.00 6.00 40 75.884 98.960 2 30.00 6.00 40 75.854 99.190 3 30.00 6.00 40 76.014 98.939 4 30.00 6.00 40 75.964 99.024 5 30.00 6.00 74 81.625 98.944 6 30.00 6.00 6 54.082 97.540 7 30.00 0.95 40 62.152 97.319 8 30.00 11.05 40 79.469 98.896 9 45.00 3.00 60 86.155 99.203

10 45.00 3.00 20 77.772 98.596 11 45.00 9.00 20 80.475 98.541 12 45.00 9.00 60 88.007 98.793 13 15.00 9.00 60 66.231 98.763 14 15.00 3.00 20 36.797 97.346 15 15.00 3.00 60 51.836 97.567 16 15.00 9.00 20 46.195 98.208 17 4.77 6.00 40 25.917 96.640 18 55.23 6.00 40 85.216 98.760

หมายเหต: EE1 คอ คาความบรสทธเอทลเอสเทอรจากปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนขนตอนท 1 หมายเหต: EE2 คอ คาความบรสทธเอทลเอสเทอรจากปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนขนตอนท 2 ตารางท 5 คาสมประสทธคงทของสมการท 3

Coefficient First-step esterification Second-step esterification

Value p-value Value p-value

0 -40.49000 0.000239 92.34000 0.00000

1 3.54000 0.00000 0.17700 0.00222

2 4.68000 0.00182 0.62800 0.00253

3 1.04700 0.00010 0.05176 0.02573

4 -0.05344 0.01868 -0.00701 0.02806

5 -0.00798 0.01904 - - 6 - - - - 7 -0.02954 0.00000 -0.00169 0.00305

8 -0.14000 0.09259 -0.02615 0.03670

9 -0.00566 0.00730 -0.00046 0.08187

(R2 เทากบ 0.991, R2adjusted เทากบ 0.983 และ R2 for prediction เทากบ 0.943 ของขนตอนท 1 และ R2 เทากบ 0.881,

R2adjusted เทากบ 0.797 และ R2 for prediction เทากบ 0.421 ของขนตอนท 2)


112

3.3 การวเคราะหองคประกอบของน ามน การวเคราะหองคประกอบในน ามนจะใชเทคนค

TLC/ FID โ ด ย ใ ช เ ค ร อ ง Itronscan MK- 6 แ ล ะ Chromarods type S- III quartz rod ( Mitsubishi Kagaku latron) มขนตอนการวเคราะห คอ จะตองน าน ามนตวอยางมาท าการละลายกบเฮกเซนกอนและหยดสารผสมลงบน chromarod หลงจากนนน า chromarod ไปแชในภาชนะทผสมสารเฮกเซน ไดเอทลอเทอรและกรดฟอรมกในอตราสวน 50:20:0.3 vol.% รอจนสารเคลอนทไปประมาณ 8 cm จงน า chromarod ไปแชในภาชนะท 2 ซงผสมสารเฮกเซนกบเบนซน ในอตราสวน 1:1 vol.% [14] รอจนสารเคลอนทไปประมาณ 10 cm จากนนน า chromarod ไปอบดวยเครอง rod dryer TK-

8 ทอณหภม 110 ˚C ประมาณ 10 min แลว จงน า chromarod ไปวเคราะหหาปรมาณกรดไขมนอสระ ไตร-

กลเซอไรด ไดกลเซอไรด โมโนกลเซอไรด และเอสเทอร ด ว ย ว ธ flame ionization detection โ ด ย ใ ช ก า ซไฮโดรเจนทมอตราการไหล 165 mL.min-1 และอากาศทอตราการไหล 2 L.min-1 ซงงานวจยนมขนตอนการทดลอง ดงแสดงในรปท 2

รปท 2 แผนผงขนตอนการทดลอง

4. ผลการศกษาและวจารณ 4.1 ผลการทดลองเอสเทอรฟเคชนขนตอนท 1

การทดลองปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนสองขนตอนแบบกะใชการวเคราะหหาความบรสทธของเอทลเอสเทอรโ ด ย ใ ช เ ท ค น ค TLC/ FID ไ ด ผ ล ก า ร ท ด ลอ ง ใ นกระบวนการลดกรดไขมนอสระขนตอนท 1 ดงแสดงในตารางท 4 มท งหมด 18 การทดลอง พบวาไดคาความบรสทธของเอทลเอสเทอรอยในชวง 36.797 wt.% ถง 88.007 wt.%

จากน นน าผลการทดลองทไดไปวเคราะหดวยวธ RSM ในการหาความสมพนธระหวางเอทลเอสเทอร และตวแปรอสระ 3 ตวแปร (เอทานอล, กรดซลฟวรก และเวลาการท าปฏกรยา) ในรปแบบสมการ full quadratic

polynomial จะไดสมการท านายคาความบรสทธของเอทลเอสเทอรในกระบวนการลดกรดไขมนอสระขนตอนท 1 ดงแสดงในสมการท 3 และคาสมประสทธคงทของสมการ คา p-value คาสมประสทธแสดงตดสนใจเชงซอน (R2) และคาปรบแกสมประสทธแสดงตดสนใจเชงซอน (R2

adjusted) แสดงในตารางท 5 พบวา ในการพจารณาความมนยส าคญของตวแปรในสมการ ตวแปรทมนยส าคญนอยจะไมถกน ามาพจารณา ซงตวแปรดงกลาวมคา p-value มากกวา 0.05 และเมอเปรยบเทยบคาสมประสทธคงของตวแปรอสระ คอ ปรมาณเอทานอล ปรมาณกรดซลฟวรก และเวลาในการท าปฏกรยา คาสมประสทธคงทของปรมาณเอทานอลจากสมการคอพจน มคา p-value นอยทสด แสดงวาปรมาณของเอทานอลมอทธพลตอการท าปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนเปลยนกรดไขมนอสระใหเปนเอทลเอสเทอรมากทสด

29

28

27

6543210

TβSβEβ

STβETβESβTβSβEββEE

(3) โดยท EE คอ คาความบรสทธของเอทลเอสเทอร,

(wt.%), E คอ ปรมาณของเอทานอล, (wt.%), S คอ ปรมาณของกรดซลฟวรก, (wt.%), T คอ เวลาทใชในการท าปฏกรยา, (min) และ β คอ คาสมประสทธคงท

ตารางท 4 การออกแบบและผลการทดลองในกระบวนการเอสเทอรฟเคชนแบบสองขนตอน Run Ethanol (wt.%) Sulfuric acid (wt.%) Reaction Time (min) EE1 (wt.%) EE2 (wt.%)

1 30.00 6.00 40 75.884 98.960 2 30.00 6.00 40 75.854 99.190 3 30.00 6.00 40 76.014 98.939 4 30.00 6.00 40 75.964 99.024 5 30.00 6.00 74 81.625 98.944 6 30.00 6.00 6 54.082 97.540 7 30.00 0.95 40 62.152 97.319 8 30.00 11.05 40 79.469 98.896 9 45.00 3.00 60 86.155 99.203 10 45.00 3.00 20 77.772 98.596 11 45.00 9.00 20 80.475 98.541 12 45.00 9.00 60 88.007 98.793 13 15.00 9.00 60 66.231 98.763 14 15.00 3.00 20 36.797 97.346 15 15.00 3.00 60 51.836 97.567 16 15.00 9.00 20 46.195 98.208 17 4.77 6.00 40 25.917 96.640 18 55.23 6.00 40 85.216 98.760

หมายเหต: EE1 คอ คาความบรสทธเอทลเอสเทอรจากปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนขนตอนท 1 หมายเหต: EE2 คอ คาความบรสทธเอทลเอสเทอรจากปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนขนตอนท 2 ตารางท 5 คาสมประสทธคงทของสมการท 3

Coefficient First-step esterification Second-step esterification

Value p-value Value p-value

0 -40.49000 0.000239 92.34000 0.00000

1 3.54000 0.00000 0.17700 0.00222

2 4.68000 0.00182 0.62800 0.00253

3 1.04700 0.00010 0.05176 0.02573

4 -0.05344 0.01868 -0.00701 0.02806

5 -0.00798 0.01904 - - 6 - - - - 7 -0.02954 0.00000 -0.00169 0.00305

8 -0.14000 0.09259 -0.02615 0.03670

9 -0.00566 0.00730 -0.00046 0.08187

(R2 เทากบ 0.991, R2adjusted เทากบ 0.983 และ R2 for prediction เทากบ 0.943 ของขนตอนท 1 และ R2 เทากบ 0.881,

R2adjusted เทากบ 0.797 และ R2 for prediction เทากบ 0.421 ของขนตอนท 2)

112 113

96

ไดแสดง contour plot ของขนตอนท 1 และขนตอนท 2 ดงแสดงในรปท 3 และรปท 4 โดยไดจากการทดลองหาความสมพนธระหวางความบรสทธของเอทล-เอสเทอร

กบตวแปรอสระ คอ ปรมาณเอทานอล ปรมาณกรดซลฟวรก และเวลาในการท าปฏกรยา

(ก) (ข)

(ค)

รปท 3 กราฟ contour plot ของเอทลเอสเทอรทคาตวแปรอสระตาง ๆ ในกระบวนการเอสเทอรฟเคชนขนตอนท 1 (ก) ปรมาณเอทานอลและกรดซลฟวรก (ข) ปรมาณเอทานอลและเวลาในการท าปฏกรยา

(ค) ปรมาณกรดซลฟวรกและเวลาในการท าปฏกรยา

(ก) (ข)

(ค)



สภาวะทเหมาะสมส าหรบปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนในกระบวนการลดกรดไขมนอสระขนตอนท 1 จะใชความสมพนธของตวแปรอสระ (รปท 3) ในการวเคราะห จากน นใชฟงกชน solver ของ Microsoft Excel และสมการท านายคาความบรสทธเอทลเอสเทอร (สมการท 3)

และไดหาสภาวะทเหมาะสม ผลทไดคอคาความบรสทธของเอทลเอสเทอรสงสด เทากบ 89.201 wt.% ทสภาวะ คอ ปรมาณเอทานอล เทากบ 44.10 wt.% ปรมาณกรดซลฟวรก เทากบ 8.32 wt.% และเวลาการท าปฏกรยา เทากบ 61 min ทอณหภม 75˚C หลงจากนนน าสภาวะ


114

ไดแสดง contour plot ของขนตอนท 1 และขนตอนท 2 ดงแสดงในรปท 3 และรปท 4 โดยไดจากการทดลองหาความสมพนธระหวางความบรสทธของเอทล-เอสเทอร

กบตวแปรอสระ คอ ปรมาณเอทานอล ปรมาณกรดซลฟวรก และเวลาในการท าปฏกรยา

(ก) (ข)

(ค)



(ก) (ข)

(ค)



สภาวะทเหมาะสมส าหรบปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนในกระบวนการลดกรดไขมนอสระขนตอนท 1 จะใชความสมพนธของตวแปรอสระ (รปท 3) ในการวเคราะห จากน นใชฟงกชน solver ของ Microsoft Excel และสมการท านายคาความบรสทธเอทลเอสเทอร (สมการท 3)

และไดหาสภาวะทเหมาะสม ผลทไดคอคาความบรสทธของเอทลเอสเทอรสงสด เทากบ 89.201 wt.% ทสภาวะ คอ ปรมาณเอทานอล เทากบ 44.10 wt.% ปรมาณกรดซลฟวรก เทากบ 8.32 wt.% และเวลาการท าปฏกรยา เทากบ 61 min ทอณหภม 75˚C หลงจากนนน าสภาวะ

114 115

96

ดงกลาวมาทดสอบดวยการทดลองเพอตรวจสอบและยนยนผลจากการท านายคาความบรสทธของเอทลเอสเทอรทสภาวะเหมาะสม พบวาไดคาความบรสทธของเอทลเอส-

เทอร เทากบ 89.753 wt.% และมคาความผดพลาด เทากบ 0.615% ดงนนสมการท านายคาเอทลเอสเทอรสามารถน ามาใชเพอท านายคาความบรสทธของเอทลเอส-

เทอร ในชวงการแปรคาของตวแปรอสระทไดจากการทดลอง จากการศกษาและสงเกตลกษณะน ามนลดกรดไขมนอสระ พบวาทปรมาณคาความบรสทธของเอทลเอส-

เทอรทสงกวา 74 wt.% มลกษณะเปนของเหลว เนองจากเมอตองน าไปใชงานจรง เชน กวนผสมในถงปฏกรณ หากเอทลเอสเทอรจากกรดไขมนปาลมมลกษณะเปนไข (wax) อาจท าใหอดตนในระบบของขนตอนท 1 ได ดงนนจงไดแทนคาความบรสทธของเอทลเอสเทอร เทากบ 74 wt.% ในสมการความสมพนธ (สมการท 3) เพอท านายหาสภาวะทเหมาะสมของตวแปรอสระ พบวา ปรมาณเอทานอล เทากบ 29.42 wt.% ปรมาณกรดซลฟวรก เทากบ 5.28 wt.% และเวลาในการท าปฏกรยา เทากบ 40 min สามารถผลตเอทลเอสเทอรไดความบรสทธ เทากบ 74.222 wt.% โดยน ามนลดกรดไขมนอสระทไดจากขนตอนท 1 น าไปใชเปนสารเรมตนในกระบวนการลดกรดไขมนอสระขนตอนท 2 ตอไป 4.2 ผลการทดลองเอสเทอรฟเคชนขนตอนท 2

การทดลองปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนแบบกะในกระบวนการลดกรดไขมนอสระข นตอนท 2 ใชการวเคราะหหาความบรสทธของเอทลเอสเทอรโดยใชเทคนค TLC/FID ไดผลการทดลอง ดงแสดงในตารางท 4 มท งหมด 18 การทดลอง พบวา ไดคาความบรสทธของเอทลเอสเทอรอยในชวง 96.640 wt.% และ 99.203

wt.% จากนนน าผลการทดลองทไดไปวเคราะหดวยวธ RSM ในการหาความสมพนธระหวางเอทลเอสเทอร และตวแปรอสระ 3 ตวแปร (เอทานอล, กรดซลฟวรก และเวลาการท าปฏกรยา) มรปแบบสมการ คอ full quadratic

polynomial ดงแสดงในสมการท 3 เชนเดยวกบขนตอนท 1 และคาสมประสทธคงทของสมการ คา p-value คา

สมประสทธแสดงตดสนใจเชงซอน (R2) และคาปรบแกสมประสทธแสดงตดสนใจเชงซอน (R2

adjusted) ดงแสดงในตาราง (ตารางท 5) พบวา เมอพจารณาตวแปรทมนยส าคญนอยออกจากสมการ และเป รยบเทยบคาสมประสทธคงของตวแปรอสระ คอ ปรมาณเอทานอล ปรมาณกรดซลฟวรก และเวลาในการท าปฏกรยา คาสมประสทธคงทของปรมาณเอทานอลจากสมการคอพจนทมคา p-value นอยทสด แสดงวาปรมาณของเอทานอลมอทธพลตอการท าปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนในกระบวนการลดกรดไขมนอสระขนตอนท 2 มากทสด

สภาวะทเหมาะสมส าหรบปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนในกระบวนการลดกรดไขมนอสระขนตอนท 2 จะใชความสมพนธของตวแปรอสระ ดงแสดงในรป (รปท 4) ในการว เ ค ร า ะ ห จ ากน น ใช ฟ ง ก ชน solver ของ Microsoft Excel และสมการท านายคาความบรสทธเอทลเอสเทอร (สมการท 3) และไดหาสภาวะทเหมาะสม ผลทไดคอคาความบรสทธของเอทลเอสเทอรสงสด เทากบ 99.305 wt.% ทสภาวะ คอ ปรมาณเอทานอล เทากบ 37.96 wt.% ปรมาณกรดซลฟวรก เทากบ 6.91 wt.% และเวลาการท าปฏกรยา เทากบ 55 min เมอน าสภาวะดงกลาวมาท าการตรวจสอบ พบวา ไดคาความบรสทธเอทลเอสเทอร เทากบ 99.323 wt.% คาความคาดเคลอนของสมการท านายเทยบกบผลการทดลอง เทากบ 0.695% ซงวตถดบและผลตภณฑทไดจากกระบวนการเอสเทอรฟ-

เคชนแบบสองขนตอน ดงแสดงในรปท 5 รปท 6 คอ การผลตเอทลเอสเทอรดวยกระบวนการ

เอสเทอรฟเคชนแบบสองขนตอน แสดงใหเหนถงการเปลยนแปลงของคาความบรสทธของเอทลเอสเทอรในระหวางกระบวนการขนตอนท 1 และขนตอนท 2 โดยทกระบวนขนตอนท 1 และขนตอนท 2 มการเปลยนเปนเอทลเอสเทอรอยางรวดเรวทชวงเวลา 5 min และในกระบวนการขนตอนท 2 ใชเวลาในการท าปฏกรยา เทากบ 35 min ก เ พยงพอส าห รบผลต เอทลเอสเทอรแลว เนองจากระยะเวลาในการท าปฏกรยา 35 min ถง 55 min คาความบรสทธเอทลเอสเทอรเพมขนนอยกวา 0.1 wt.%


116

ดงกลาวมาทดสอบดวยการทดลองเพอตรวจสอบและยนยนผลจากการท านายคาความบรสทธของเอทลเอสเทอรทสภาวะเหมาะสม พบวาไดคาความบรสทธของเอทลเอส-

เทอร เทากบ 89.753 wt.% และมคาความผดพลาด เทากบ 0.615% ดงนนสมการท านายคาเอทลเอสเทอรสามารถน ามาใชเพอท านายคาความบรสทธของเอทลเอส-

เทอร ในชวงการแปรคาของตวแปรอสระทไดจากการทดลอง จากการศกษาและสงเกตลกษณะน ามนลดกรดไขมนอสระ พบวาทปรมาณคาความบรสทธของเอทลเอส-

เทอรทสงกวา 74 wt.% มลกษณะเปนของเหลว เนองจากเมอตองน าไปใชงานจรง เชน กวนผสมในถงปฏกรณ หากเอทลเอสเทอรจากกรดไขมนปาลมมลกษณะเปนไข (wax) อาจท าใหอดตนในระบบของขนตอนท 1 ได ดงนนจงไดแทนคาความบรสทธของเอทลเอสเทอร เทากบ 74 wt.% ในสมการความสมพนธ (สมการท 3) เพอท านายหาสภาวะทเหมาะสมของตวแปรอสระ พบวา ปรมาณเอทานอล เทากบ 29.42 wt.% ปรมาณกรดซลฟวรก เทากบ 5.28 wt.% และเวลาในการท าปฏกรยา เทากบ 40 min สามารถผลตเอทลเอสเทอรไดความบรสทธ เทากบ 74.222 wt.% โดยน ามนลดกรดไขมนอสระทไดจากขนตอนท 1 น าไปใชเปนสารเรมตนในกระบวนการลดกรดไขมนอสระขนตอนท 2 ตอไป 4.2 ผลการทดลองเอสเทอรฟเคชนขนตอนท 2

การทดลองปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนแบบกะในกระบวนการลดกรดไขมนอสระข นตอนท 2 ใชการวเคราะหหาความบรสทธของเอทลเอสเทอรโดยใชเทคนค TLC/FID ไดผลการทดลอง ดงแสดงในตารางท 4 มท งหมด 18 การทดลอง พบวา ไดคาความบรสทธของเอทลเอสเทอรอยในชวง 96.640 wt.% และ 99.203

wt.% จากนนน าผลการทดลองทไดไปวเคราะหดวยวธ RSM ในการหาความสมพนธระหวางเอทลเอสเทอร และตวแปรอสระ 3 ตวแปร (เอทานอล, กรดซลฟวรก และเวลาการท าปฏกรยา) มรปแบบสมการ คอ full quadratic

polynomial ดงแสดงในสมการท 3 เชนเดยวกบขนตอนท 1 และคาสมประสทธคงทของสมการ คา p-value คา

สมประสทธแสดงตดสนใจเชงซอน (R2) และคาปรบแกสมประสทธแสดงตดสนใจเชงซอน (R2

adjusted) ดงแสดงในตาราง (ตารางท 5) พบวา เมอพจารณาตวแปรทมนยส าคญนอยออกจากสมการ และเป รยบเทยบคาสมประสทธคงของตวแปรอสระ คอ ปรมาณเอทานอล ปรมาณกรดซลฟวรก และเวลาในการท าปฏกรยา คาสมประสทธคงทของปรมาณเอทานอลจากสมการคอพจนทมคา p-value นอยทสด แสดงวาปรมาณของเอทานอลมอทธพลตอการท าปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนในกระบวนการลดกรดไขมนอสระขนตอนท 2 มากทสด

สภาวะทเหมาะสมส าหรบปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนในกระบวนการลดกรดไขมนอสระขนตอนท 2 จะใชความสมพนธของตวแปรอสระ ดงแสดงในรป (รปท 4) ในการว เ ค ร า ะ ห จ ากน น ใช ฟ ง ก ชน solver ของ Microsoft Excel และสมการท านายคาความบรสทธเอทลเอสเทอร (สมการท 3) และไดหาสภาวะทเหมาะสม ผลทไดคอคาความบรสทธของเอทลเอสเทอรสงสด เทากบ 99.305 wt.% ทสภาวะ คอ ปรมาณเอทานอล เทากบ 37.96 wt.% ปรมาณกรดซลฟวรก เทากบ 6.91 wt.% และเวลาการท าปฏกรยา เทากบ 55 min เมอน าสภาวะดงกลาวมาท าการตรวจสอบ พบวา ไดคาความบรสทธเอทลเอสเทอร เทากบ 99.323 wt.% คาความคาดเคลอนของสมการท านายเทยบกบผลการทดลอง เทากบ 0.695% ซงวตถดบและผลตภณฑทไดจากกระบวนการเอสเทอรฟ-

เคชนแบบสองขนตอน ดงแสดงในรปท 5 รปท 6 คอ การผลตเอทลเอสเทอรดวยกระบวนการ

เอสเทอรฟเคชนแบบสองขนตอน แสดงใหเหนถงการเปลยนแปลงของคาความบรสทธของเอทลเอสเทอรในระหวางกระบวนการขนตอนท 1 และขนตอนท 2 โดยทกระบวนขนตอนท 1 และขนตอนท 2 มการเปลยนเปนเอทลเอสเทอรอยางรวดเรวทชวงเวลา 5 min และในกระบวนการขนตอนท 2 ใชเวลาในการท าปฏกรยา เทากบ 35 min ก เ พยงพอส าห รบผลต เอทลเอสเทอรแลว เนองจากระยะเวลาในการท าปฏกรยา 35 min ถง 55 min คาความบรสทธเอทลเอสเทอรเพมขนนอยกวา 0.1 wt.%

(ก) (ข) (ค) (ง) รปท 5 แสดงวตถดบและผลตภณฑของกระบวนการผลตเอทลเอสเทอรดวยปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนแบบสอง

ขนตอน (ก) กรดไขมนปาลมทอณหภม 30˚C (ข) น ามนลดกรดไขมนอสระขนตอนท 1 [ชนบน คอ น ามนลดกรดไขมนอสระขนตอนท 1, ชนลาง คอ น า]

(ค) ไบโอดเซลดบ [ชนบน คอ เอทลเอสเทอร, ชนลาง คอ น า] และ (ง) ไบโอดเซลบรสทธจากกรดไขปาลม

เมอเปรยบเทยบปรมาณสารเคมทใชและเวลาทใชใน

การท าปฏกรยาระหวางกระบวนการเอสเทอรฟเคชนแบบขนตอนเดยวกบกระบวนการเอสเทอรฟเคชนแบบสองขนตอน ดงแสดงในตารางท 6 พบวา การผลตเอทลเอส-

เทอรดวยกระบวนการเอสเทอรฟเคชนแบบสองขนตอนสามารถลดปรมารเอทานอลลง เทากบ 39.44% เมอเทยบกบกระบวนเอสเทอรฟเคชนแบบขนตอนเดยว เนองจาก

ในกระบวนเอสเทอรฟเคชนแบบสองขนตอนไดก าจดน าทเ กด ขนในระหวางกระบวนออกหลงจาก เสรจ สนกระบวนการของขนตอนท 1 ปรมาณสารเคมทใชจงลดลง นอกจากนสามารถผลตเอทลเอสเทอรไดความบรสทธมากกวากระบวนเอสเทอรฟเคชนแบบขนตอนเดยว คอ สามารถผลตไดคาความบรสทธของเอทลเอสเทอร เทากบ 98.380 wt.% และ 99.323 wt.% เมอใชกระบวนการแบบ single- step esterification และ double- step

esterification ตามล าดบ เมอค านวณตนทนการผลต โดยราคาเอทานอล เทากบ 25.04 THB/L [11] และราคากรดซลฟวรก เทากบ 1.06 THB/kg [16] พบวา ราคาตนทนสารเคมเทยบกบกรดไขมนปาลม 1 kg เทากบ 21.51

THB/kg เพอผลตเปนไบโอดเซลจาก PFAD ใหไดปรมาณเทากบ 1.24 kg ดงแสดงในตารางท 7 และไดน าไบโอดเซลจาก PFAD ซงผลตดวยกระบวนการเอส- เทอรฟเคชนแบบสองข นตอน ไปวเคราะหคา high

heating value (HHV) พบวา มค า เ ท ากบ 35 .359

MJ/kg ซง มค ามากกวามาตรฐานของไบโอด เซลทก าหนดใหมคา HHV ไมนอยกวา 35 MJ/kg [18]

รปท 6 กราฟแสดงความสมพนธของเอทลเอสเทอรกบเวลาในการท าปฏกรยา

ในกระบวนการเอสเทอรฟเคชนแบบสองขนตอน

116 117

96

ตารางท 6 เปรยบเทยบปรมาณสารเคม เวลาในการท าปฏกรยาและคณสมบตของไบโอดเซลของกระบวนการ single-step

esterification กบ double-step esterification เงอนไข Single-step esterification(1) Double-step esterification

ขนตอนท 1: Esterification

เอทานอล (wt.%) 111.26 29.42

กรดซลฟวรก (wt.%) 11.06 5.28

เวลาในการท าปฏกรยา (min) 147 40


เอทานอล (wt.%) - 37.96

กรดซลฟวรก (wt.%) - 6.91

เวลาในการท าปฏกรยา (min) - 55

รวมปรมาณสารเคมและเวลาในการท าปฏกรยา

เอทานอล (wt.%) 111.26 67.38

กรดซลฟวรก (wt.%) 11.06 12.19


คณสมบตของของไบโอดเซล

เอทลเอสเทอร (wt.%) 98.380 99.323

กรดไขมนอสระ (wt.%) 1.426 0.000

ไตรกลเซอไรด (wt.%) 0.000 0.000

ไดกลเซอไรด (wt.%) 0.132 0.246

โมโนกลเซอไรด (wt.%) 0.062 0.431 (1) อางอง [17] ตารางท 7 ราคาสารเคมส าหรบการผลตไบโอดเซลจากกรดไขมนปาลม

รายการ ราคาตอหนวย (THB/kg) ปรมาณการใช(3) (kg/PFAD) ราคาสารเคม (THB/PFAD) เอทานอล 31.73(1) 0.6738 21.38

กรดซลฟวรก 1.06(2) 0.1219 0.13

รวม 21.51 (1)อางอง [11] และ (2)อางอง [16] และ (3)ปรมาณการใชสารเคมรวมทงสองขนตอน 5. สรป

การผลตไบโอดเซลจากกรดไขมนปาลมดวยปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนสองขนตอนแบบกะ โดยแปรคาปรมาณ เอทานอล ปรมาณกรดซลฟวรก และเวลาในการท าปฏกรยา ควบคมอณหภมท 75˚C และใชความเรวรอบในการกวน

ผสม เทากบ 300 rpm พบวา สามารถผลตใหไดเอทลเอสเทอรมคาความบรสทธสงสด เทากบ 99.323 wt.% เมอใชสภาวะทเหมาะสมในการท าปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนขนตอนท 1 คอ ปรมาณเอทานอล เทากบ 29.42 wt.% ปรมาณกรดซลฟวรก เทากบ 5.28 wt.% และเวลาในการ


118

ตารางท 6 เปรยบเทยบปรมาณสารเคม เวลาในการท าปฏกรยาและคณสมบตของไบโอดเซลของกระบวนการ single-step

esterification กบ double-step esterification เงอนไข Single-step esterification(1) Double-step esterification


เอทานอล (wt.%) 111.26 29.42

กรดซลฟวรก (wt.%) 11.06 5.28



เอทานอล (wt.%) - 37.96

กรดซลฟวรก (wt.%) - 6.91

เวลาในการท าปฏกรยา (min) - 55

รวมปรมาณสารเคมและเวลาในการท าปฏกรยา

เอทานอล (wt.%) 111.26 67.38

กรดซลฟวรก (wt.%) 11.06 12.19


คณสมบตของของไบโอดเซล

เอทลเอสเทอร (wt.%) 98.380 99.323

กรดไขมนอสระ (wt.%) 1.426 0.000

ไตรกลเซอไรด (wt.%) 0.000 0.000

ไดกลเซอไรด (wt.%) 0.132 0.246

โมโนกลเซอไรด (wt.%) 0.062 0.431 (1) อางอง [17] ตารางท 7 ราคาสารเคมส าหรบการผลตไบโอดเซลจากกรดไขมนปาลม

รายการ ราคาตอหนวย (THB/kg) ปรมาณการใช(3) (kg/PFAD) ราคาสารเคม (THB/PFAD) เอทานอล 31.73(1) 0.6738 21.38

กรดซลฟวรก 1.06(2) 0.1219 0.13

รวม 21.51 (1)อางอง [11] และ (2)อางอง [16] และ (3)ปรมาณการใชสารเคมรวมทงสองขนตอน 5. สรป

การผลตไบโอดเซลจากกรดไขมนปาลมดวยปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนสองขนตอนแบบกะ โดยแปรคาปรมาณ เอทานอล ปรมาณกรดซลฟวรก และเวลาในการท าปฏกรยา ควบคมอณหภมท 75˚C และใชความเรวรอบในการกวน

ผสม เทากบ 300 rpm พบวา สามารถผลตใหไดเอทลเอสเทอรมคาความบรสทธสงสด เทากบ 99.323 wt.% เมอใชสภาวะทเหมาะสมในการท าปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนขนตอนท 1 คอ ปรมาณเอทานอล เทากบ 29.42 wt.% ปรมาณกรดซลฟวรก เทากบ 5.28 wt.% และเวลาในการ

ท าปฏกรยา เทากบ 40 min ไดคาความบรสทธเอทลเอสเทอร เทากบ 74.222 wt.% ในปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนขนตอนท 2 คอ ปรมาณเอทานอล เทากบ 37.96 wt.% ปรมาณกรดซลฟวรก เทากบ 6.91 wt.% และเวลาในการท าปฏกรยา เทากบ 55 min และการผลตเอทลเอสเทอรดวยกระบวนเอสเทอรฟเคชนแบบสองขนตอนสามารถลดปรมาณเอทานอลทใชในการท าปฏกรยาได เ ทากบ 39.44% และไดความบรสทธเอทล-เอสเทอรเพมขน อกท งราคาตนทนของการผลตไบโอดเซลจากกรดไขมนปาลมดวยวธเอสเทอรฟเคชนแบบสองขนตอนจะลดลงประมาณ 39.27% เมอเทยบกบการท าปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนขนตอนเดยว

6. กตตกรรมประกาศ ขอขอบคณ ส านกนโยบายและแผนพลง งาน

กระทรวงพลงงาน และส านกงานคณะกรรมการวจยแหงชาต (วช.) ภายใตโครงการการพฒนาพลงงานทดแทนและการประยกตใช ในชมชนสเขยว ทไดสนบสนนทนวจย และขอขอบคณภาควชาวศ วกรรม เค ร องกล คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยสงขลานครนทร ทสนบสนนสถานทในการท าวจย

เอกสารอางอง

[1] Boffito, D.C., Mansi, S., Leveque, J.M., Pirola, C., Bianchi, C.L. and Patience, G.S. Ultrafast Biodiesel Production Using Ultrasound in Batch and Continuous Reactors. ACS Sustainable Chemistry Engineering, 2013; 1: 1432−1439.

[2] Liu, W., Yin, P., Liu, X., Zhang, S., Qu, R. Biodiesel production from the esterification of fatty acid over organophosphonic acid. Journal of Industrial an Engineering Chemistry, 2015; 21: 893-899.

[3] Andrade-Tacca, C.A., Chang, C.C., Chen, Y.H., Ji, D.R., Wang, Y.Y., Yen, Y.Q. and Chang, C.Y. Reduction of FFA in jatropha curcas oil via sequential direct-ultrasonic irradiation and dosage of methanol/sulfuric acid catalyst mixture on esterification process. Energy Conversion and Management, 2014; 88: 1078–1085.

[4] Kantama, A., Narataruksa, P., Hunpinyo, P., Prapainainar, C. Techno-economic assessment of a heat-integrated process for hydrogenated renewable diesel production from palm fatty acid distillate. Biomass and Bioenergy, 2015; 83: 448-459.

[5] Lokman, I.M., Rashid, U. and Taufiq-Yap, Y.H. Production of biodiesel from palm fatty acid distillate using sulfonated-glucose solid acid catalyst: Characterization and optimization. Chinese Journal of Chemical Engineering, 2015; 23: 1857–1864.

[6] Top, A.G.M. Production and utilization of palm fatty acid distillate (PFAD). Lipid Technology, 2010; 22(1): 11–13.

[7] Hykkerud, A. and Marchetti, J. M. Esterification of oleic acid with ethanol in the presence of Amberlyst 15. Biomass and Bioenergy, 2016; 95: 340-343.

[8] United States Department of Agriculture. Crop Explorer, [online] available: https://www.pecad.fas.usda.gov, 2017.

[9] Lucena, I.L.,Saboya, R.M.A., Oliveira, J.F.G., Rodrigues, M.L., Torres, A.E.B., Cavalcante Jr., C.L., Parente Jr., E.J.S., Silva, G.F. and Fernandes, F.A.N. Oleic acid esterification with ethanol under continuous water removal conditions. Fuel, 2011; 90: 902–904.

[10] Zanuttini, M.S., Pisarello, M.L., Querini, C.A. Butia Yatay coconut oil: Process development for biodiesel production and kinetics of esterification with ethanol. Energy Conversion and Management, 2014; 85: 407–416.

118 119

96

[11] ธนาคารแหงประเทศไทย. รายงานสถานการณราคาเอทานอลของไทยไตรมาส 2/2560, [ระบบออนไลน], แหลงทมา:https://www.bot.or.th/Thai/MonetaryPolicy/NorthEastern/Doclib_Commodity

Quater/Q1_60_Ethanal.pdf., 2560. [12] Srilatha, K., Devi, P.B.L.A., Lingaiah, N., Prasad, R.B.N., Prasad, S.P.S. Biodiesel production from

used cooking oil by two-step heterogeneous catalyzed process. Bioresource Technology, 2012; 119: 306–311.

[13] Pisarello, M.L., Dalla Costa, B., Mendow, G., & Querini, C.A. Esterification with ethanol to produce biodiesel from high acidity raw materials Kinetic studies and analysis of secondary reactions. Fuel Processing Technology, 2010; 91: 1005–1014.

[14] Soysuwan, N. and Somnuk K. Optimization of methyl ester production from palm fatty acid distillate using single-step esterification: a response surface methodology approach. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 2015; 10: 16.

[15] Montoro, S.R., Medeiros, S.D.F., Santos, A.M., Silva, M.B., Tebaldi, M.L. Application of 2K Experimental Design and Response Surface Methodology in the Optimization of the Molar Mass Reduction of Poly. Design of Experiments - Applications, 2013.

[16] ICIS. ราคาของกรดซลฟวรก, 2560. [ระบบออนไลน] แหลงทมา: http://www.icis.com/fertilizerssul/phuric-acid/ [17] ดลยาวชร พนธยโซะ และ กฤช สมนก. สภาวะทเหมาะสมของการผลตเอทลเอสเทอรจากกรดไขมนปาลมดวย

กระบวนการเอสเทอรฟเคชนขนตอนเดยว: วธพนผวตอบสนอง. การประชมวชาการเครอขายพลงงานแหงประเทศไทยครงท 13, โรงแรมดเอมเพลส เชยงใหม, จงหวดเชยงใหม, 2560.

[18] Montero, G. and Stoytcheva, M. Biodiesel - Quality, Emissions and By-Products. InTech. Croatia, 2011.


120

สภาวะที่เหมาะสมของการผลิตเอทิลเอสเทอร์จากกรดไขมันปาล์ม...

Documents