Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
การวิเคราะห์เชิงเทคนิคและเศรษฐศาสตร์ของการผลิตโมโนกลีเซอไรด์และไดกลีเซอไรด์ จากน้ำมันประกอบอาหารเหลือทิ้ง
Year (A.D.)
2021
Document Type
Thesis
First Advisor
Merika Chanthanumataporn
Second Advisor
Suttichai Assabumrungrat
Third Advisor
Kanokwan Ngaosuwan
Faculty/College
Faculty of Engineering (คณะวิศวกรรมศาสตร์)
Department (if any)
Department of Chemical Engineering (ภาควิชาวิศวกรรมเคมี)
Degree Name
Master of Engineering
Degree Level
Master's Degree
Degree Discipline
Chemical Engineering
DOI
10.58837/CHULA.THE.2021.1213
Abstract
Monoglycerides (MGs) and their derivatives are widely used and considered the most important group of emulsifiers. These emulsifiers can be produced from waste cooking oils (WCOs) via two-step transesterification-glycerolysis or hydrolysis-glycerolysis processes. The transesterification-glycerolysis process has the advantages in terms of a high reaction rate and a high process yield. For hydrolysis, triglycerides are converted to free fatty acids (FFA) at higher reaction temperature, but water is used as a reactant. Therefore, the separation process is not complicated. This study simulated the techno-economic comparison of four different scenarios of MG and DG production using ASPEN Plus V11 simulation software. In both scenarios I and IV, MG and DG are synthesized from WCO via transesterification and glycerolysis. Scenario I used a homogenous catalyst and scenario IV used a heterogenous catalyst. In scenarios II and III, MG and DG are synthesized from WCO via hydrolysis and glycerolysis. Scenario III, the make-up glycerol was added to achieve the glycerol to FFA molar ratio of 1:1 for improvement from scenario II. From the simulation results, transesterification-glycerolysis processes provided higher MG production than that of hydrolysis-glycerolysis process. The maximum MG productivity was obtained from the scenario I while the scenario IV can reduce one distillation for separation and recycle of unreacted glycerol to reduced energy consumption in the glycerolysis and purification sections as compared with scenario I. Moreover, the make-up glycerol for glycerolysis in scenario III increased overall energy consumption as well as productivity of MG compared with scenario II. The scenario IV presented the lowest COMd and the minimum MG production cost. The MG production cost per ton of MG was lower than the current MG price for scenarios I, III, and IV, indicating that these processes can be feasible economically. Moreover, by-product price was the most sensitive parameter for scenarios I, III, and IV.
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
โมโนกลีเซอไรด์ (MGs) และอนุพันธ์ของโมโนกลีเซอไรด์มีการใช้กันอย่างแพร่หลายและถือเป็นกลุ่มอิมัลซิไฟเออร์ที่สำคัญที่สุด ซึ่งอิมัลซิไฟเออร์เหล่านี้สามารถผลิตได้จากน้ำมันประกอบอาหารเหลือทิ้ง (WCO) ผ่านกระบวนการสองขั้นตอน คือ ทรานส์เอสเทอริฟิเคชัน-กลีเซอโรไลซิส หรือ กระบวนการไฮโดรไลซิส-กลีเซอโรไลซิส กระบวนการทรานส์เอสเทอริฟิเคชัน-กลีเซอโรไลซิสมีข้อดีในแง่ของอัตราการเกิดปฏิกิริยาสูงและให้ผลผลิตสูง สำหรับปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส ไตรกลีเซอไรด์จะถูกเปลี่ยนเป็นกรดไขมันอิสระ (FFA) ซึ่งต้องใช้อุณหภูมิในการเกิดปฏิกิริยาที่สูงขึ้น แต่การใช้น้ำเป็นสารตั้งต้น จะทำให้กระบวนการแยกไม่ซับซ้อน ในการศึกษานี้จะทำการวิเคราะห์เชิงเทคนิคและเศรษฐศาสตร์ของ 4 กรณีที่แตกต่างกันของการผลิตโมโนกลีเซอไรด์ โดยใช้โปรแกรม ASPEN Plus V11 ในกรณีที่ I และ IV โมโนกลีเซอไรด์จะถูกสังเคราะห์จากน้ำมันประกอบอาหารเหลือทิ้งผ่านการทรานส์เอสเทอริฟิเคชันและไกลเซโรไลซิส ซึ่งกรณีที่ I ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเอกพันธุ์ และกรณีที่ IV ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาวิวิธพันธุ์ และในกรณีที่ II และ III โมโนกลีเซอไรด์จะถูกสังเคราะห์จากน้ำมันประกอบอาหารเหลือทิ้งผ่านปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสและกลีเซอรอไลซิส โดยกรณีที่ III จะมีการเติมกลีเซอรอลจะเพิ่มเพื่อให้ได้อัตราส่วนโมลของกลีเซอรอลต่อกรดไขมันอิสระ ที่ 1:1 ซึ่งเป็นการปรับปรุงกระบวนการจากกรณีที่ II ให้ดีขึ้น ผลการจำลองพบว่า กระบวนการทรานส์เอสเทอริฟิเคชัน-กลีเซอโรไลซิสจะให้การผลิตโมโนกลีเซอไรด์ที่สูงกว่ากระบวนการไฮโดรไลซิส-กลีเซอโรไลซิส ซึ่งถึงแม้ว่ากรณีที่ I จะให้ผลผลิตโมโนกลีเซอไรด์สูงสุด แต่กรณีที่ IV สามารถลดหอกลั่นหนึ่งหอในการแยกและรีไซเคิลกลีเซอรอลที่ไม่ทำปฏิกิริยา ซึ่งส่งผลให้สามารถลดการใช้พลังงานเมื่อเปรียบเทียบกับกรณีที่ I นอกจากนี้การเติมกลีเซอรอลเพิ่มในกรณีที่ III ทำให้การใช้พลังงานและผลผลิตของโมโนกลีเซอไรด์เพิ่มขึ้นด้วยเมื่อเปรียบเทียบกับกรณีที่ II ซึ่งกรณีที่ IV จะมีต้นทุนการผลิตและราคาขายของโมโนกลีเซอไรด์ที่ต่ำที่สุด ส่วนกรณีที่ I III และ IV จะมีต้นทุนการผลิตโมโนกลีเซอไรด์ต่อตันของโมโนกลีเซอไรด์ที่ผลิตได้ยังคงต่ำกว่าราคาของโมโนกลีเซอไรด์ในปัจจุบัน ซึ่งบ่งชี้ว่ากระบวนการเหล่านี้สามารถมีความคุ้มค่าเชิงเศรษฐศาสตร์ นอกจากนี้ ราคาผลิตภัณฑ์พลอยได้ยังเป็นตัวแปรที่ส่งผลมากที่สุดสำหรับกรณีที่ I III และ IV
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
Olarachin, Napat, "Techno-economic analysis of monoglyceride and diglyceride production from waste cooking oil" (2021). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 10202.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/10202