การสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของกระบวนการแยกสลายด้วยไฟฟ้าที่ใช้ไอออนเอกเชนจ์เมมเบรนในอุตสาหกรรมคลอร์-อัลคาไล

Abstract

กระบวนการอิเล็คโตรไลซิสโดยใช้เมมเบรน แยกโซเดียมคลอไรด์ให้เป็นโซเดียมไฮดรอกไซด์ และแก๊สคลอรีน เซลล์ที่ใช้เป็น AZEC อิเล็คโตรไลเซอร์ จากบริษัท อาซาฮีกลาส จำกัด ประเทศญี่ปุ่น เมมเบรนที่ใช้เป็นแบบพอลิเมอร์ผสม ซึ่งมีคุณสมบัติในการถ่ายเทโซเดียมไอออน จากการศึกษาหาความสัมพันธ์ของประสิทธิภาพกระแสจากกระบวนการผลิต โดยการเปรียบเทียบกับการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของโซเดียมไฮดรอกไซด์ในด้านแอโนด และความเข้มข้นของโซเดียมคลอไรด์ในด้านคาโธด ที่อุณหภูมิหนึ่งๆ สามารถเขียนสมการความสัมพันธ์ระหว่างค่าการถ่ายเทผ่านเมมเบรนของโซเดียมไอออน กับความเข้มข้นของสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ โดยความสัมพันธ์ดังกล่าวอยู่ใต้สภาวะที่ความเข้มข้นของสารละลายโซเดียมคลอไรด์ขาออกด้านแอโนด มากกว่า 220 กรัมต่อลิตร และอุณหภูมิของการอิเล็คโตรไลซิสคงที่ ที่ 90 องศาเซลเซียส พบว่าเมมเบรนมีการเลือกจำเพาะต่อโซเดียมไอออน ซึ่งจะให้ประสิทธิภาพกระแสไฟฟ้าสูงมากกว่า 90 เปอร์เซ็นต์ นอกจากนี้การวิเคราะห์ผลจากอิเล็คโตรออสโมซิสที่จะทำให้เกิดการถ่ายเทของน้ำผ่านเมมเบรน จากด้านแอโนดไปด้านคาโธด ทราบว่าถ่ายเทของน้ำผ่านเมมเบรนจะเป็น 3.5 โมล ต่อโซเดียมไอออน ซึ่งได้จากการทดลองการหาอัตราการไหลของน้ำผ่านเมมเบรน การสร้างสมการทางคณิตศาสตร์ในกระบวนการผลิตแบบต่อเนื่องภายใต้สภาวะทรงตัวที่อุณหภูมิคงที่ ที่ 90 องศาเซลเซียส ได้มาจากการทำสมดุลมวลของระบบ ข้อมูลประสิทธิภาพกระแสเมื่อความเข้มข้นของโซเดียมไฮดรอกไซด์ขาออกด้านคาโธดเปลี่ยนไป และข้อมูลการถ่ายเทของน้ำผ่านเมมเบรน ที่ได้จากข้อมูลการผลิต สมการทางคณิตศาสตร์ได้ทำนายผลด้านขาออก ได้ใกล้เคียงเมื่อทำการเปรียบเทียบกับผลจากการเดินการผลิตจริง โดยมีค่าความผิดพลาดไม่เกิน 3.7 เปอร์เซ็นต์ การนำแบบจำลองทางคณิตศาสตร์มาศึกษาการอิเล็คโตรไลซิส ที่ต่อแบบอนุกรม พบว่าช่วงที่ทำการศึกษานั้นไม่สามารถช่วยลดพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ เมื่อเทียบกับการต่อแบบขั้นตอนเดียว