Hydrodynamic and mass transfer of benzene absorption process in bubble column

อุทกพลศาสตร์และการถ่ายเทมวลสารของกระบวนการดูดซึมเบนซีนในถังปฏิกรณ์แบบฟองอากาศ

Name: Sirikarn Laoraddecha

LCSH: Benzene

LCSH: Absorption

LCSH: Hydrodynamics

LCSH: Mass transfer

LCSH: Volatile organic compounds

Abstract: The objective of this work is to study the hydrophobic VOCs absorption process in terms of bubble hydrodynamic and mass transfer parameters in bubble column (4.4 cm in diameter and 30 cm in height). The absorbate used in this work were benzene and the absorbent used in this work were the aqueous solution of non-ionic surfactant and oil-in-water emulsion with non-ionic surfactant, respectively. Moreover, the ranges of surfactant concentrations (0.1, 0.5, 1, 3, 5 CMC), oil-in-water concentrations (50 and 300 mg/L) were analyzed with the gas flow rates applied 0.5, 1.3, 2.2, 3.0 ml/s. The analytical parameters were the VOCs removal efficiency, bubble hydrodynamic parameters, and also the mass transfer parameters. This result has shown that the VOCs removal efficiency obtained in liquid phase containing with oil-in-water emulsion absorbent (47.67%) were greater than those obtained with surfactant absorbent (27.56) and tap water (8.97%). These results relate with the augmentation of benzene solubility in liquid phase due to the lubricant oil and surfactants presence in liquid phase. Moreover, the VOCs removal efficiency obtained experimentally correspond with the overall mass transfer coefficient (K[subscript L]a) that is the product between the interfacial area (a) and the liquid-film mass transfer coefficient (K[subscript L]). It can be stated that, not only the influence of high gas flow rates can caused the increasing of K[subscript L]a and a, but also the decreasing of VOCs removal efficiency due to the desorption or stripping process that related to the power mixing in liquid phase. This desorption phenomena obtained with oil-in-water emulsion was more pronounces than those obtained with other liquid phases. Furthermore, it can be noted that the values of a and K[subscript L] are compensated to each other that can be effected to the K[subscript L]a coefficient in case of liquid phase containing of oil-in-water emulsion and aqueous solution of surfactant. Moreover, small effect of surfactants and oil-in water emulsion on the K[subscript L] coefficients was observed at high concentrations injected in liquid phase. Therefore, the appropriate gas flow rates providing the suitable bubble hydrodynamic condition and also concentrations of surfactant and oil-in-water emulsion as absorbents were essential to provide the high removal efficiency of benzene absorption process. By considering the preparation of absorbent, wastewater treatment, and removal efficiency, it can be concluded that the additional of surfactant at 5 CMC was suggested for absorbent used in this study.

Abstract: งานวิจัยนี้ได้ทำการศึกษากระบวนการดูดซึมสารอินทรีย์ระเหยง่ายชนิดไม่ชอบน้ำ (ชนิดเบนซีน) ในตัวแปรด้านอุทกพลศาสตร์และการถ่ายเทมวลสารของฟองอากาศภายในคอลัมน์แบบฟองอากาศขนาดเล็ก (เส้นผ่านศูนย์กลาง 4.4 เซนติเมตรและความสูง 30 เซนติเมตร) ทำการประยุกต์ใช้น้ำประปา สารละลายของสารลดแรงตึงผิวชนิดไม่มีประจุ (Tween80) และอิมัลชันของน้ำมันเครื่องร่วมกับสารลดแรงตึงผิวชนิดไม่มีประจุเป็นสารดูดซึม โดยความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิวชนิดต่าง ๆ ในสารดูดซึมเท่ากับ 0.1, 0.5, 1, 3, และ 5 ซีเอ็มซี และความเข้มข้นของน้ำมันเท่ากับ 50 และ 300 มิลลิกรัมต่อลิตร ทำการเดินระบบภายใต้อุณหภูมิห้องที่อัตราการไหลของก๊าซเท่ากับ 0.5, 1.3, 2.2, และ 3.0 มิลลิลิตรต่อวินาที ในงานนี้ ปัจจัยที่ศึกษา ได้แก่ ประสิทธิภาพในการดูดซึม ตัวแปรด้านอุทกพลศาสตร์ของฟองก๊าซ และตัวแปรด้านการถ่ายเทมวลสารของฟองก๊าซภายในคอลัมน์แบบฟองอากาศ จากผลการทดลองพบว่าประสิทธิภาพในการดูดซึมฟองก๊าซเบนซีนในสารดูดซึมประเภทอิมัลชันน้ำมันร่วมกับสารลดแรงตึงผิว (47.67%) มีค่าสูงกว่าที่ได้จากสารละลายร่วมกับสารลดแรงตึงผิว (27.56%) และน้ำประปา (8.97%) โดยความเข้มข้นของน้ำมันและสารลดแรงตึงผิวที่สูงขึ้นในเฟสของเหลวส่งผลต่อการเพิ่มขึ้นของความสามารถในการละลายของเบนซีนในสารดูดซึม นอกจากนี้ ประสิทธิภาพในการดูดซึมก๊าซเบนซีนมีความสัมพันธ์กับค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทมวลสารโดยรวม (K[subscript L]a) ซึ่งรวมค่าพื้นที่ผิวสัมผัสจำเพาะ (a) และค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทมวลสารของฟิล์มของเหลว (K[subscript L]) เข้าด้วยกัน โดยพบว่าที่อัตราการไหลของก๊าซที่สูงขึ้นส่งผลให้ค่า K[subscript L]a และ a เพิ่มสูงขึ้น แต่กลับให้ประสิทธิภาพการบำบัดที่ลดลงเป็นผลมาจากกลไกการไล่ก๊าซ (Desorption or Stripping process) ที่สัมพันธ์กับการเพิ่มขึ้นของพลังงานกวนผสมภายในเฟสของเหลว โดยผลเสียดังกล่าวเกิดกับสารดูดซึมประเภทอิมัลชันน้ำมันในสัดส่วนที่สูงกว่าสารดูดซึมประเภทอื่น นอกจากนี้ พบว่าค่าสัมประสิทธิ์ K[subscript L] และค่าพื้นที่ผิวสัมผัสจำเพาะ (a) หักล้างซึ่งกันและกัน ทำให้ส่งผลเสียโดยรวมต่อการลดลงของค่าสัมประสิทธิ์ K[subscript L]a ในกรณีสารดูดซึมประเภทสารลดแรงตึงผิวที่ความเข้มข้นมากกว่า 1 ซีเอ็มซี และอิมัลชันของน้ำมัน ที่ความเข้มข้นของน้ำมันเครื่องเพิ่มสูงขึ้น พบว่าส่งผลกระทบค่อนข้างน้อยต่อค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทมวลสารของฟิล์มของเหลว (K[subscript L]) โดยสรุป การเลือกใช้อัตราการไหลของก๊าซซึ่งให้ลักษณะทางอุทกพลศาสตร์ของฟองก๊าซที่เหมาะสม รวมไปถึงการประยุกต์ใช้สารลดแรงตึงผิว และอิมัลชันของน้ำมันเป็นสารดูดซึมนั้น สามารถช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการดูดซึมเบนซีนในถังปฏิกิริยาฟองอากาศ โดยเมื่อพิจารณาในด้านการเตรียมสารดูดซึม ด้านการบำบัดน้ำเสียจากสารดูดซึม และประสิทธิภาพบำบัด กล่าวได้ว่าการเติมสารลดแรงตึงผิวชนิดที่ความเข้มข้นสูง (5 ซีเอ็มซี) มีความเหมาะสมในการประยุกต์ใช้งาน

Chulalongkorn University. Center of Academic Resources

Address: BANGKOK

Email: cuir@car.chula.ac.th

Name: Pisut Painmanakul

Role: advisor

Created: 2008

Modified: 2013-06-30

Issued: 2011-03-01

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

eng

DegreeName: Master of Science

Level: Master's Degree

Descipline: Environmental Management

Grantor: Chulalongkorn University

©copyrights Chulalongkorn University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	sirikarn_la.pdf	1.99 MB	22	2020-01-27 21:14:23

ใช้เวลา

0.03309 วินาที