Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

การสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของกระบวนการแยกสลายด้วยไฟฟ้าที่ใช้ไอออนเอกเชนจ์เมมเบรนในอุตสาหกรรมคลอร์-อัลคาไล

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

Mathematical modeling of an electrolysis process using ion exchange membrane in the chlor-alkali industry

Year (A.D.)

2001

Document Type

Thesis

First Advisor

สุทธิชัย อัสสะบำรุงรัตน์

Second Advisor

ภานุ พรรณรักษ์

Faculty/College

Faculty of Engineering (คณะวิศวกรรมศาสตร์)

Degree Name

วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต

Degree Level

ปริญญาโท

Degree Discipline

วิศวกรรมเคมี

DOI

10.58837/CHULA.THE.2001.1158

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

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

A two-compartment membrane electrolysis cell is used to convert sodium chloride into sodium hydroxide and chlorine gas. The cells are equipped with AZEC membranes from Asahi Glass Co., Ltd. (Japan). Due to the transfer of sodium ion through the membrane, this transfer decreases current efficiency. The study of current efficiency varies either sodium hydroxide concentration or sodium chloride at each temperature. Correlation of sodium transport can relate with sodium hydroxide concentration under sodium chloride concentration above 220-g/lit and constant temperature at 90 ํC. Water transfer through membrane is due to electroosmosis. It appears that sodium transport ion migrates through the membrane with about 3.5 moles of water per mole of sodium ion. Using material balance, current efficiency data and water transfer data obtained in process develops modeling of a continuous feed process in the steady state mode at 90 ํC. The model predictions agree well with operation results with error less than 3.70%. In cascade operation, it was found that the cascade operation does not reduce the electric power consumption within the range of study.

Link to Full Text

Share

COinS