อุทกพลศาสตร์ และการถ่ายเทมวลสาร ของกระบวนการดูดซึมเมทานอลและเบนซีนในรูปฟองอากาศ

Abstract

วัตถุประสงค์ของงานวิจัยนี้คือศึกษากระบวนการดูดซึมสารอินทรีย์ระเหยชนิดที่ละลายน้ำได้มากและน้อยในตัวแปรการถ่ายเทมวลสารและอุทกศาสตร์ของฟองอากาศที่สัมพันธ์กับประสิทธิภาพการบำบัด ทำการทดลองในถังปฏิกิริยาแบบฟองอากาศขนาดเล็ก โดยมีเมทานอลและเบนซีนเป็นตัวแทนของสารอินทรีย์ระเหยที่ละลายน้ำได้มากและน้อย ตามลำดับ น้ำประปาและสารลดแรงตึงผิวชนิดประจุลบที่ความเข้มข้น 0.2 0.6 และ 1 ซีเอ็มซี เป็นของเหลวที่ใช้เป็นสารดูดซึมภายในถังปฏิกิริยา ใช้อุปกรณ์เติมอากาศประเภทรูเติมอากาศแบบแข็งช่องเปิดเดี่ยวที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางแตกต่างกัน 4 ค่าคือ 0.65 1.25 2.50 และ 4.50 มิลลิเมตรในการสร้างฟองก๊าซ ในการนี้ อุปกรณ์ก๊าซโครมาโทกราฟี และระบบวิเคราะห์ถ่ายภาพความเร็วสูงได้ถูกประยุกต์ใช้เพื่อวิเคราะห์ความเข้มข้นของเฟสก๊าซที่เข้าและออกจากระบบ รวมไปถึงตัวแปรด้านอุทกพลศาสตร์ ตามลำดับ จากผลการทดลองพบว่า ประสิทธิภาพในการบำบัดก๊าซเมทานอลมีค่าสูง (ร้อยละ 86.53 - 97.96) ในกรณีของเบนซีนมีค่าต่ำ (ร้อยละ 5.57 – 8.50) และขนาดของรูเติมอากาศไม่ได้มีผลกระทบต่อประสิทธิภาพในการบำบัดสารอินทรีย์ระเหยทั้งสองชนิด จากการวิเคราะห์ตัวแปรด้านอุทกพลศาสตร์ของฟองก๊าซทำให้สามารถเลือกอัตราการไหลของก๊าซที่เหมาะสมเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพในการบำบัดที่สูงและไม่เกิดผลเสียจากความปั่นป่วนซึ่งทำให้เกิดการหลุดออกของก๊าซซึ่งส่งผลให้ประสิทธิภาพในการบำบัดสารอินทรีย์ระเหยลดลง จากการวิเคราะห์ตัวแปรด้านการถ่ายเทมวลสารพบว่าค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทมวลสารโดยรวม (K[subscript L]a และ K[subscript G]a) สัมพันธ์กับค่าพื้นที่ผิวสัมผัสจำเพาะ (a) และค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทมวลสารย่อยในเฟสก๊าซและของเหลว (K[subscript G] และ K[subscript L]) ซึ่งสอดคล้องกับเฟสที่ควบคุมการถ่ายเทมวลสารสำหรับกรณีเมทานอลและเบนซีน ตามลำดับ โดยในกรณีที่มีสารลดแรงตึงผิวในสารดูดซึมพบว่าค่าสัมประสิทธิ์ K[subscript G]a ค่าเพิ่มขึ้นในกรณีเมทานอล ในขณะที่ค่า K[subscript L]a ลดลงในกรณีเบนซีนเมื่อความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิวสูงขึ้น โดยประสิทธิภาพการบำบัดสารเบนซีนที่เพิ่มสูงขึ้นในการทดลองนี้กล่าวได้ว่าผลดีจากการเพิ่มสูงขึ้นของค่าความแตกต่างความเข้มข้น (∆C) ในสมการการถ่ายเทมวลสาร (dC[subscript L]/dt = k[subscript L]a(C[subscript L][superscript s] - C[subscript L]) มีสัดส่วนที่สูงกว่าผลเสียจากการลดลงของค่า K[subscript L]a ทั้งนี้ค่า K[subscript G แปรผันตรงกับค่า a สำหรับเมทานอล แต่ค่า K[subscript L] และค่า a มีลักษณะหักล้างซึ่งกันและกันสำหรับเบนซีน