Issuu on Google+

INDUSTRIAL PROCESS CHEMISTRY

ดรรชนี พัทธวรากร ภาควิชาเคมีอตุ สาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่


เคมีกระบวนการผลิต (Industrial Process Chemistry) 209301

คานา เอกสารประกอบการเรียนฉบับนีไ้ ด๎จัดทาขึ้นเพื่อใช๎ประกอบการเรียนการสอนในกระบวนวิชา 209301 เคมีกระบวนผลิต (Industrial Process Chemistry) สาหรับนักศึกษาระดับปริญญาตรี ใน หลั ก สู ต รวิ ท ยาศาสตรบั ณ ฑิ ต สาขาวิ ช าเคมี อุ ต สาหกรรม ของภาควิ ช าเคมี อุ ต สาหกรรม คณะวิท ยาศาสตร์ มหาวิทยาลั ยเชีย งใหมํ โดยเนื้อหาของเอกสารประกอบการสอนนี้แบํงออกเป็น 6 บท ได๎ แ กํ กระบวนการผลิ ต โซเดี ย มคลอไรด์ กระบวนการผลิ ต น้ า ตาล กระบวนการผลิ ต ปุ๋ ย กระบวนการผลิตเยื่อกระดาษและกระดาษ กระบวนการผลิตน้ามันเพื่อการบริโภค และกระบวนการ ผลิตสารสีและสีทา ซึ่งครอบคลุมการเรีย นการสอนทั้งสิ้น 18 ชั่วโมงตามรายละเอีย ดกระบวนวิชา นอกจากนี้ยังมีการเรียนการสอนในบางหัวข๎อที่ผู๎จัดทามิได๎ เรียบเรียงไว๎ในเอกสารประกอบการสอน ฉบับนี้ ได๎แกํ กระบวนการผลิตแอลกอฮอล์และกระบวนการในอุตสาหกรรมอาหาร ทั้งนี้เพื่อกาหนดให๎ หัว ข๎อดั งกลําวเป็นหัว ข๎อที่นักศึก ษาได๎ท าการเรีย นรู๎ด๎วยตนเอง โดยมีก ารเผยแพรํและแลกเปลี่ย น ความรู๎ซึ่งกันและกันผํานเทคโนโลยีสารสนเทศและเครือขํายสังคมตํางๆ ที่เหมาะสมตามความสนใจ และความถนัดของนักศึกษา ผูจ๎ ัดทาหวังวําเอกสารประกอบการเรียนฉบับนีส้ ามารถใช๎เป็นคูํมอื ประกอบการเรียนการสอน ซึ่งจะสํงผลให๎ผู๎เรียนในกระบวนวิชาสามารถเรีย นรู๎เป็นระบบและมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น และใน โอกาสนีใ้ ครํขอขอบคุณเจ๎าของตาราทางวิชาการและเอกสารตํางๆ ที่ผู๎จัดทาได๎นามาใช๎ประกอบในการ เรียบเรียงและอ๎างอิงไว๎เป็นอยํางสูง ดร. ดรรชนี พัทธวรากร

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่


เคมีกระบวนการผลิต (Industrial Process Chemistry)

209301

สารบัญ

คานา สารบัญ ประมวลรายวิชา แผนการสอน ประจาปีการศึกษา 2556 บทที่ 1 กระบวนการผลิตโซเดียมคลอไรด์ บทที่ 2 กระบวนการผลิตปุ๋ย บทที่ 3 กระบวนการผลิตน้าตาล บทที่ 4 กระบวนการผลิตเยื่อกระดาษและกระดาษ บทที่ 5 กระบวนการผลิตน้ามันเพื่อการบริโภค บทที่ 6 กระบวนการผลิตสารสีและสีทา

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

หน้า ก ข ค ง 1 15 33 49 55 73


เคมีกระบวนการผลิต (Industrial Process Chemistry) 209301

ประมวลรายวิชา ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ รหัสกระบวนวิชา 209301 ชื่อกระบวนวิชา เคมีกระบวนการผลิต จานวนหน่วยกิต 3(3-0-6) โปรดระบุลักษณะกระบวนวิชา  บรรยาย  ปฏิบัติการ  ฝึกปฏิบัติ  สหกิจศึกษา การวัดและประเมินผล  A-F  S/U P กรณีของกระบวนวิชา Selected Topic  นับจานวนหน่วยกิตสะสมเพื่อการสาเร็จการศึกษาทุกครั้ง  นับจานวนหน่วยกิตสะสมเพื่อการสาเร็จการศึกษาเพียงครั้งเดียว เงื่อนไขที่ต้องผ่านก่อน : 203113 และ 203117 คาอธิบายลักษณะกระบวนวิชา กระบวนการปรับสภาพน้าเพื่อใช๎ในโรงงานและการบาบัดสภาพน้าเสีย กระบวนการผลิตกรดอินทรีย์และ กรดอนินทรีย์ แอลคาไลน์ โซเดียมคลอไรด์ สบูํและสารซักฟอก ปุ๋ย น้าตาล ซีเมนต์ เยื่อกระดาษและกระดาษ สารสี และสีทา นา้ มันเพื่อการบริโภค แอลกอฮอล์ และกระบวนการในอุตสาหกรรมอาหาร วัตถุประสงค์กระบวนวิชา : นักศึกษาสามารถเข๎าใจกระบวนการพืน้ ฐานของอุตสาหกรรมเคมี เนื้อหากระบวนวิชา 1. บทนา 2. การปรับสภาพนา้ เพื่อใช๎ในโรงงานและการบาบัดนา้ เสีย 3. กระบวนการผลิตกรดอินทรีย์และกรดอนินทรีย์ 4. กระบวนการผลิตแอลคาไลน์ 5. กระบวนการผลิตโซเดียมคลอไรด์ 6. กระบวนการผลิตสบูํและสารซักฟอก 7. กระบวนการผลิตปุ๋ย 8. กระบวนการผลิตนา้ ตาล 9. กระบวนการผลิตซีเมนต์ 10. กระบวนการผลิตเยื่อกระดาษและกระดาษ 11. กระบวนการผลิตสารสีและสีทา 12. กระบวนการผลิตนา้ มันเพื่อการบริโภค 13. กระบวนการผลิตแอลกอฮอล์ 14. กระบวนการในอุตสาหกรรมอาหาร รวม

จานวนชัว่ โมงบรรยาย 2 5 3 3 3 3 3 3 4 3 3 3 4 3 45

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่


เคมีกระบวนการผลิต (Industrial Process Chemistry)

209301

แผนการสอน (ปีการศึกษา 2556) สัปดาห์ ที่

หัวข้อ/รายละเอียด

จานวน ชั่วโมง

กิจกรรม/ สื่อที่ใช้

ผู้สอน

- ชีแ้ จงวัตถุประสํงค์ - แบํงกลุมํ เพื่อเลือกหัวเรื่องที่ น ศ.ต๎องการเรียนรูด๎ ว๎ ยตัวเอง และเผยแพรํการเรียนรู๎ผําน Social network เชํน facebook, blog - สื่อที่ใช๎ Power point, E-book บรรยาย สไลด์ วิดีทัศน์ และ Social network

ดรรชนี

1

บทนา หัวข๎อที่กาหนด - กระบวนการในอุตสาหกรรมอาหาร - กระบวนการผลิตแอลกอฮอล์

3

2-6

 บรรยาย - กระบวนการผลิตเยื่อกระดาษและกระดาษ - กระบวนการผลิตโซเดียมคลอไรด์ - กระบวนการผลิตสารสีและสีทา - กระบวนการผลิตน้าตาล - กระบวนการผลิตน้ามันเพื่อการบริโภค - กระบวนการผลิตปุ๋ย

15

7-8

9 10 11

12 13 14 15 16

 นศ.เรียนรู้ด้วยตัวเองและเผยแพร่การ เรียนรู้ผ่าน Social network ภายใต้ หัวข้อที่กาหนด นาเสนอผลการเรียนรู้ตามหัวข้อที่กาหนด - กระบวนการในอุตสาหกรรมอาหาร - กระบวนการผลิตแอลกอฮอล์ กระบวนการผลิตซีเมนต์ กระบวนการผลิตซีเมนต์ การปรับสภาพน้าเพื่อใช๎ในโรงงานและ การบาบัดน้าเสีย การปรับสภาพน้าเพื่อใช๎ในโรงงานและ การบาบัดน้าเสีย กระบวนการผลิตกรดอินทรีย์และกรดอนินทรีย์ กระบวนการผลิตแอลคาไลน์ กระบวนการผลิตสบูํและสารซักฟอก

ดรรชนี

- ระบบสารสนเทศ - Search engine - Social network 6

การนาเสนอหน๎าชั้นเรียน

สอบกลางภาค บรรยาย สไลด์ 3 บรรยาย สไลด์ 3

ดรรชนี

เกศรินทร์ เกศรินทร์ ศันศนีย์

บรรยาย สไลด์

ศันศนีย์

บรรยาย สไลด์ 3 บรรยาย สไลด์ 3 บรรยาย สไลด์ 3 สอบปลายภาค

ศันศนีย์ ศันศนีย์ ศันศนีย์

3

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่


กระบวนการผลิตโซเดียมคลอไรด์ 209301

บทที่ 1

กระบวนการผลิตโซเดียมคลอไรด์

Salt | Mystery of the Iniquity [1]

“เรื่องราวของเกลือที่ไมํใชํแคํ เครื่องปรุงธรรมดาบนโต๏ะอาหาร แตํ เป็ น วั ต ถุ ดิ บ ส าคั ญ ที่ เ ปลี่ ย นแปลง ประวั ติ ศ าสตร์ ม นุ ษ ย์ ม าตั้ ง แตํ ยุ ค เริ่มแรกจนถึงปัจจุบัน เกลือเคยมีคํา เทีย บเทําสกุ ลเงินตราในบางยุ คสมั ย ท าให๎ เ กิ ด เส๎ น ทางการค๎ า ส าคั ญ ของ โลก จุ ด ประเด็ น สงคราม กํ อ ให๎ เ กิ ด การลําอาณานิคม และยังสํงผลให๎เกิด การปฏิวัติอกี ด๎วย” Salt: A World History – Mark Kurlansky [2]

โซเดียมคลอไรด์ มีชื่อที่เรียกทั่วไปหลากหลาย เชํน เกลือแกง เกลือโต๏ะ หรือฮาไลต์ เป็นต๎น มีสูตรทางเคมีเป็น NaCl เป็นสารประกอบที่ประกอบด๎วยธาตุ Na และ Cl ลักษณะเป็นผลึกสีขาว รสเค็ม รูปผลึกเป็นแบบทรงลูกบาศก์ จุดหลอมเหลว 801 องศาเซลเซียส และละลายน้าได๎ดี มนุษย์ได๎มีการใช๎ เกลือจากธรรมชาติมาตั้งแตํสมัยดึกดาบรรพ์ โดยมีหลักฐานทางโบราณคดีที่แสดงวํามนุษย์รู๎จักแหลํง เกลือสินเธาว์ โดยการสังเกตจุดดินโปุงที่สัตว์ชอบเลียเอาความเค็ม ตํอมามนุษย์รู๎จักทาเกลือแกงมา ตั้งแตํสมัยนิโอลิทิค (Neolithic) หรือสมัยตั้งถิ่นฐานทาเกษตรกรรมอยูํกับที่เมื่อประมาณ 10,000 ปีกํอน คริสต์ศักราช ในอดีตเกลือเป็นสิ่งที่มีคํามากเพราะเป็นสิ่งหายากในสังคมมนุษย์ เนื่ องจากแหลํงผลิต เกลือมีนอ๎ ยและปริมาณการผลิตไมํมากนัก เกลือจึงกลายเป็นสิ่งที่ผู๎คนนาไปแลกเปลี่ยนเป็นสินค๎าอยําง อื่น จนอาจกลําวได๎วําเกลือเป็นสินค๎า ชนิดแรกที่มนุษย์มีการซื้อขายแลกเปลี่ยนกัน นอ���จากนี้ยังมีการ ใช๎เกลือเป็นสื่อกลางการแลกเปลี่ยน เชํน การใช๎ก๎อนเกลื อเป็นเงินตราสื่อกลางแลกเปลี่ยนของชาว ทิเ บตโบราณ หรือการใช๎เ กลื อเป็นคํา ตอบแทนทหารในสมั ย โรมัน ซึ่งตํอมาได๎ก ลายเป็ นรากศัพ ท์ ภาษาอังกฤษ “Salary” ที่แปลวํา เงินเดือน ซึ่งมาจากคาภาษาละตินวํา “Salarium” อันมีความหมายถึง การแลกเปลี่ยนโดยใช๎เกลือเป็นสื่อกลาง

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

1


กระบวนการผลิตโซเดียมคลอไรด์

209301

การที่เกลือมีบทบาทอยํางมาก Droitwich, Greenwich และ Sandwich ล๎วนเป็นเมืองที่มี ในอดี ต เมื อ งส าคั ญ หลายๆ เมื อ งที่ แหลํงทาเกลือมากํอน ผลิตเกลือหรือเป็นศูนย์ก ลางการค๎า เกลือจึงมักมีชื่อขึ้นต๎นหรือลงท๎ายด๎วย ค ากรี ก โบราณที่ มี ค วามหมายวํ า เกลือ คือ “Hal” หรือ “Sal” เชํน Halle, Hallein, Reichenhall, Salies, La Salle และ Salcott นอกจากนั้นชื่อ เมืองที่ลงท๎ายด๎วยคาวํา wich ซึ่งเป็น ภาษาแองโกลแซกซัน แปลวํา “ถิ่นที่มี เกลือ” เชํน Norwich, Middlewich, Salt: An Amazing History [3] เกลือแกงได๎เข๎ามามีบทบาทสาคัญในชีวิตประจาวันของมนุษ ย์มาช๎านาน โดยเฉพาะด๎านการ ถนอมอาหาร ซึ่งมนุษย์รู๎จักการนาเกลือแกงมาใสํในอาหารหลายประเภทเพื่อถนอมอาหารให๎สามารถ รับประทานได๎แม๎จะเก็บไว๎นานนับปี และยังเป็นสํวนสาคัญที่ทาให๎เกิดอุตสาหกรรมอาหารแห๎ง อาหาร หมักดอง เนื้อสัตว์เค็ม และเครื่องปรุงรสเค็มตามแตํวัฒนธรรมและวัตถุดิบของแตํละท๎องถิ่น เชํน การ ดองเค็มปลาคอด (Cod) ในแถบทะเลนิวฟาวด์แลนด์ทางยุโรปตอนเหนือ และการทาเครื่องปรุงรสของ คนในเอเซี ย ตะวั น ออกเฉี ย งใต๎ แ ละเอเชี ย ตะวั น ออก เครื่ อ งปรุ ง รสที่ รู๎ จั ก กั น ดี คื อ น้ าปลา ซี อิ้ ว นอกจากนี้ยังมีเครื่องปรุงรสตามท๎องถิ่น เชํน ปลาร๎า กะปิ น้าบูดู น้าปู๋ เป็นต๎น นอกจากนี้เกลือแกงยัง เข๎ามามีบทบาทตํอวิถีชีวิต วัฒนธรรม และความเชื่อของมนุษย์ เชํน พระเยซูเปรียบสาวกของพระองค์ เป็น “เกลือของโลก” หรือ “The salt of the earth” อันมีนัยวําคนเหลํานี้แม๎จะน๎อยแตํจาเป็นมาก สาหรับการประกาศศาสนา ชาวญี่ปุนมีความเชื่อวําเกลือเป็นสิ่งบริสุทธิ์ จึงนาเกลือไปขับไลํสิ่งอัปมงคล โดยการโรยเกลือลงไปในที่ตาํ งๆ เชํน นักกีฬาซูโมํจะโรยเกลือลงบนสนามแขํงเพื่อขับไลํสิ่งไมํเป็นมงคล กํอนการแขํงขัน ฝรั่งมีความเชื่อวําหากใครทาเกลือหกบนโต๏ะอาหารถือวําเป็นโชคร๎ายต๎องแก๎เคล็ดโดย โรยเกลือที่ไหลํซ๎ายของผู๎นั้น สาหรับคนไทยก็ มีความเชื่อเกี่ยวกั บเกลือมากมายจนเกิดสานวนและ สุภาษิตตํางๆ ในภาษาไทยที่เกี่ยวข๎องกับเกลือ เชํน ใกล๎เกลือกินดําง กัดก๎อนเกลือกิน อยําเอาพิมเสน แลกกับเกลือ และจงรักษาความดีดุจเกลือรักษาความเค็ม เป็นต๎น

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

2


กระบวนการผลิตโซเดียมคลอไรด์

209301

Salt: An Amazing History [3] ประเภทของโซเดียมคลอไรด์ การแบํงประเภทของโซเดียมคลอไรด์หรือ เกลือแกงสามารถแบํงได๎หลายแบบ ได๎แกํ การ แบํงประเภทตามแหลํงที่มาหรือวิธีการผลิตจะ แบํงเกลือแกงเป็นสองประเภท คือ เกลือสมุทร (Sea salt) เป็นเกลือแกงที่ผลิตได๎ จากน้าทะเล เหมาะสาหรั บ ใช๎บริโ ภค เพราะมี ไอโอดี น อยูํ โ ดยรํ า งกายต๎ อ งการไอโอดี น ประมาณ 75 มิลลิกรัมตํอปี เมื่อได๎รับไอโอดีน รํางกายจะนาไปเก็ บ ไว๎ใ นตํอ มไทรอยด์ ซึ่ งท า หน๎าที่ควบคุมสมอง ประสาท และเนื้อเยื่อตํางๆ ถ๎ า ขาดจะท าให๎ เ ป็ น โรคคอพอก หรื อ ถ๎ า ขาด ไอโอดี น ตั้ ง แตํ ยั ง เด็ ก รํ า งกายจะแคระแกร็ น สติ ปั ญ ญาต่ า หู ห นวก เป็ น ใบ๎ ตาเหลํ และ อัมพาต เกลื อ สิ นเธาว์ ห รือ เกลือ หิ น เป็ นเกลื อแกงที่ ผลิตได๎จากเกลือหิน ซึ่งพบใต๎เปลือกโลกในชั้น หินทรายหรือในผิวดินหรือน้าใต๎ดิน เป็นเกลือที่

เหมาะกับการใช๎ในโรงงานอุตสาหกรรม เพราะมี ความชืน้ และมีปริมาณ Ca2+ และ Mg2+ ต่า หากแบํงประเภทของเกลือแกงตามการใช๎ งานแล๎ ว จะสามารถแบํ ง เกลื อ ออกเป็ น สอง ประเภท คือ เกลือบริโภค (Table salt) เป็นเกลือที่ใช๎ ประกอบอาหาร มีความบริสุทธิ์มากกวําร๎อยละ 99.9 มีความชื้นไมํเกินร๎อยละ 0.15 โดยน้าหนัก และหากเป็ น เกลื อ บริ โ ภคที่ ผ ลิ ต จากเกลื อ สิ น เธาว์ จ ะมี ก ารเติ ม สารไอโอดี น โดยความ เข๎ ม ข๎ น ของไอโอดี น เทํ า กั บ 50 พี พี เ อ็ ม ตาม มาตรฐานสากล ซึ่งสามารถปูองกันโรคคอพอก และปัญญาอํอนได๎ด๎วย เกลืออุตสาหกรรม (Industrial salt) เกลือ ประเภทนี้จะมีความบริสุทธิ์ร๎อยละ 99.9 และมี ความชื้นไมํเกินร๎อยละ 2.5 โดยน้าหนัก นาไปใช๎ เป็นวัตถุดิบในการผลิตโซเดียมไฮดรอกไซด์หรือ โซดาไฟ และคลอรีน ซึ่งเป็นวัตถุดิบหลักในการ ผลิตผลิตภัณฑ์ตํางๆ มากมาย เชํน อาหารหมัก ดอง เยื่อกระดาษ ผงซักฟอก สิ่งทอ ปิโตรเลียม

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

3


กระบวนการผลิตโซเดียมคลอไรด์ น้ ามั น ปรุ ง อาหาร ยา และกระจก เป็ น ต๎ น นอกจากนี้ยั งมีก ารนาไปใช๎ใ นกระบวนการชุ บ เคลือบโลหะ กระบวนการทาน้าสะอาด การลบ รอยคราบตํางๆ และอื่นๆ อีกมากมาย นอกจากนี้หากแบํงประเภทตามลักษณะ ภายนอกของเกลือแกง ก็จะสามารถแบํงได๎เป็น สองประเภทเชํนกัน ได๎แกํ

209301

เกลือเม็ด เป็นเกลือที่ผลิตจากเกลือสมุทรและ เกลื อ สิ น เธาว์ ที่ ผ ลิ ต ด๎ ว ยวิ ธี ต าก นิ ย มใช๎ ใ น อุต สาหกรรมอาหาร เชํ น การหมัก ดองผลไม๎ และไอศกรีม เป็นต๎น เกลือป่น เป็นเกลือที่ผลิตจากการนาเกลือเม็ด มาแปรรู ป และเกลื อ สิ น เธาว์ ที่ ผ ลิ ต ด๎ ว ยวิ ธี ต๎ ม นิยมใช๎บริโภคในครัวเรือน

ประโยชน์ของโซเดียมคลอไรด์ โซเดียมคลอไรด์หรือเกลือแกงถือวําเป็นหนึ่งในความจาเป็นขั้นพื้นฐานของชีวิตทุกชีวิต ทุก ครัวเรือนมีการใช๎ เกลือในชีวิตประจาวันอยํางกว๎างขวางไมํวําจะเป็นการปรุงแตํงอาหาร การถนอม อาหาร หรือแม๎แตํการฆําเชื้อโรค นอกจากนี้เกลือแกงยังเป็นวัตถุดิบที่สาคัญในอุตสาหกรรมตํางๆ เชํน อุตสาหกรรมเคมี อุตสาหกรรมปุ๋ย อุตสาหกรรมกระดาษ และอุตสาหกรรมอาหาร เป็นต๎น การใช๎ ประโยชน์ของเกลือแกงสามารถสรุปได๎ครําวๆ ดังนี้  เพื่อการบริโภคในครัวเรือน เชํน การปรุงอาหาร การถนอมอาหาร และการรักษาโรค เป็นต๎น  เพื่อการผลิตในภาคอุตสาหกรรม โดยสารละลายโซเดียมคลอไรด์จะถูกแยกด๎วยกระแสไฟฟูา เพื่อผลิตสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์หรือโซดาไฟ ก๏าซไฮโดรเจน และก๏าซคลอรีน 2NaCl + 2H2O

2NaOH + H2 + Cl2

ซึ่งผลผลิตที่ได๎จากกระบวนการแยกสารละลายเกลือแกงด๎วยกระแสไฟฟูานี้ สามารถนาไปใช๎ประโยชน์ ในอุตสาหกรรมตํางๆ ดังนี้  โซเดียมไฮดรอกไซด์ ใช๎เป็นสารตั้งต๎นในอุตสาหกรรมเคมี เชํน การทาสบูํ การทากระดาษ การผลิ ต โซเดี ย มไฮโดรเจนคาร์ บ อเนต (NaHCO3 ) หรื อ โซดาท าขนม การผลิ ต โซเดี ย ม คาร์บอเนต (NaCO3) หรือโซดาแอช ใช๎ในการปรับสภาพความเป็นกรดดํางในอุตสาหกรรม หรือใช๎ในการเตรียมอะลูมิเนียมให๎บริสุทธิ์ เป็นต๎น  ก๊าซไฮโดรเจน ใช๎เป็นสารตั้งต๎นในการเตรียมกรดเกลือ แอมโมเนีย และใช๎ในปฏิกิริยาไฮโดร จิเนชันในการผลิตน้ามันพืช เป็นต๎น ก๊ าซคลอรี น ใช๎ ฆํา เชื้ อโรคในกระบวนการท าน้ าประปา ใช๎เ ป็น สารตั้ง ต๎น ในอุต สาหกรรม พลาสติก ยาฆําแมลง และตัวทาละลาย เชํน คาร์บอนเตตระคลอไรด์

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

4


กระบ���นการผลิตโซเดียมคลอไรด์

209301

การใช๎โซเดียมคลอไรด์เพื่อการผลิตในภาคอุตสาหกรรม กระบวนการผลิตโซเดียมคลอไรด์ ปัจจุบันโซเดียมคลอไรด์หรือเกลือแกงถูกผลิตโดยการระเหยของน้าทะเลหรือน้าเค็ม (Brine) จากแหลํงอื่นๆ เชํน บํอน้าเค็ม ทะเลสาบน้าเค็ม (Salt lake) และการทาเหมืองเกลือที่เรียกวํา ร็อก ซอลต์ (Rock salt) หรือฮาไลต์ สาหรับกระบวนการผลิตโซเดียมคลอไรด์แบํงออกเป็น 2 ลักษณะใหญํๆ ตามแหลํงที่มาของน้าเค็ม ได๎แกํ การผลิตเกลือสมุทรและการผลิตเกลือสินเธาว์

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

5


กระบวนการผลิตโซเดียมคลอไรด์

209301

การผลิตเกลือสมุทร น้ า ท ะ เ ล ห รื อ น้ า ม ห า ส มุ ท ร ซึ่ ง ประกอบด๎ ว ยสารละลายของเกลือ ตํ า งๆ เป็ น วัตถุดิบสาคัญสาหรับการผลิตเกลือสมุทร โดย สํวนประกอบที่สาคัญของน้าทะเลมีดังนี้ ชื่อเกลือ กรัม/1000 กรัม H2O โซเดียมคลอไรด์(เกลือแกง) 23 แมกนีเซียมคลอไรด์ 5 โซเดียมซัลเฟต 4 แคลเซียมคลอไรด์ 1 โปแตชเซียมคลอไรด์ 0.7 สารประกอบอื่นๆ อีกเล็กน๎อย รวม 34.5 ประเทศในภูมภิ าคเอเชียอาคเนย์สํวนใหญํ มักทานาเกลือปีละ 2 ครั้ง คือ ฤดูใบไม๎ ผลิและ ฤดู ใ บไม๎รํว ง ในประเทศไทยมีอ ากาศแห๎งแล๎ ง ติดตํอกันประมาณครึ่งปี ดังนั้นการทานาเกลือ จึงเริ่มทาตั้งแตํเดือนพฤศจิกายนถึง พฤษภาคม ซึ่งหากปีใดฝนตกชุกในระยะดังกลําวการทานา เกลือก็จะไมํไ ด๎ผลดีเทําที่ค วร ส าหรับ ประเทศ ไทยเกลื อสมุ ท รท ากั น มากในจั ง หวั ด ที่ อ ยูํ ใ กล๎ ทะเล เชํน สมุทรสาคร เพชรบุรี ฉะเชิงเทรา และ ชลบุรี เป็นต๎น

การทานาเกลือ [4] ส าหรั บ ขั้ น ตอนการผลิ ต เกลื อ สมุ ท ร สามารถแบํงเป็น 2 ขัน้ ตอนใหญํๆ คือ การเตรียมพื้นที่นา ในขั้นตอนนี้จะต๎องปรับพื้นดินให๎เรียบ แนํน แบํง ที่นาเป็นแปลงๆ ละประมาณ 1 ไรํ ยกขอบให๎สูง เหมือนคันนาและทารํองระบายน้าระหวํางแปลง พื้นที่นาเกลือแบํงออกเป็น 3 ตอน คื อ นาตาก นาเชื้อ และนาปลง โดยพื้นที่นาทั้ง 3 ตอนนี้จะมี ความสู งลดหลั่น กั น ลงมาเพื่อ ความสะดวกใน การระบายน้าและขังน้าทะเล การทานาเกลือ น้าทะเลจะถูกระบายเข๎ามาเก็บไว๎ในวัง ขั ง น้ า เ พื่ อ ใ ห๎ โ ค ล น ต ม แ ล ะ เ ศ ษ ผ ง ตํ า ง ๆ ตกตะกอน จากนั้นจึงระบายน้าทะเลจากวังขัง น้ าเข๎ า สูํ น าตาก โดยให๎ ร ะดั บ น้ าสู ง กวํ า พื้ น นา ประมาณ 5 เซนติเมตร แล๎วปลํอยให๎กระแสลม และแสงแดดท าให๎ น้ าระเหยไปจนน้ าทะเลมี ความถํวงจาเพาะประมาณ 1.08 จึงระบายน้า เข๎าสูํนาเชื้อ แล๎วปลํอยให๎น้าระเหยและน้าทะเล จะมีความเข๎มข๎นสูงขึ้นเรื่อยๆ ที่นาเชื้อนี้จะเกิด การตกผลึกของ CaSO4 ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์พลอย ได๎ที่สามารถนาไปขายได๎ เมื่อน้าในนาเชื้อระเหย

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

6


กระบวนการผลิตโซเดียมคลอไรด์ ตํ อ ไปจนกระทั่ ง น้ าทะเลมี ค วามถํ ว งจ าเพาะ ประมาณ 1.20 จึงระบายน้าเข๎าสูํนาปลง ที่ น าปลงเมื่ อ มี ก ารระเหยของน้ าจนน้ า ทะเลมีความเข๎มข๎นสูงพอ NaCl จะเริ่มตกผลึก และเพิ่มปริมาณมากขึ้นเรื่อยๆ ขณะเดียวกันน้า ทะเลที่เหลือจะมีความเข๎มข๎นของ Mg2+, Cl-

209301

และ SO42- เพิ่มขึ้น ซึ่งอาจทาให๎เกิดการตกผลึก ของ MgCl2 และ MgSO4 ปะปนกั บ เกลื อ แกง สํ ง ผลให๎ เ กลื อ แกงที่ ไ ด๎ มี คุ ณ ภาพต่ าและมี ความชื้ น สู ง เนื่ อ งจากผลึ ก ของ MgCl2 และ MgSO4 สามารถดูดความชืน้ ได๎ดี

ระดับพืน้ ที่และการเปลี่ยนแปลงในขั้นตอนการทานาเกลือ [5] การปูองกันการตกผลึกของ MgCl2 และ MgSO4 สามารถทาได๎โดยการระบายน้าจากนาเชื้อ เพิ่มเข๎าไปในนาปลงอยูํเสมอ หรือการเติมปูนขาวลงในนาเชื้อ เพื่อทาให๎น้าทะเลมีสมบัติเป็น เบส (pH 7.4-7.5) และทาให๎ Mg2+ อิออนตกผลึกในรูปของ Mg(OH)2 แล๎วทิ้งไว๎จนน้าทะเลใสจึงคํอยระบายน้านี้ เข๎าสูํนาปลง โดยปกติชาวนาเกลือมักปลํอยให๎ NaCl ตกผลึกประมาณ 9-10 วัน แล๎วจึงทาการขูดเกลือ ออกในขณะที่ยังมีน้าทะเลทํวมเกลืออยูํ เพื่อล๎างดินที่ติดกับเกลือออก หลังจากนั้นจึงคราดเกลือแกงมา รวมกันเป็นกองๆ แล๎วจึงปลํอยน้าทะเลออกจากนาปลง ตากเกลือแกงทิ้งไว๎ประมาณ 1-2 วัน แล๎วจึง นาเกลือแกงไปเก็บไว๎ในฉางหรือจาหนํายตํอไป เกลือสมุทรที่ผลิตได๎จะมีปริมาณไอโอดีนสูงกวําเกลือ สินเธาว์

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

7


กระบวนการผลิตโซเดียมคลอไรด์

209301

การผลิตเกลือสินเธาว์ เกลือสินเธาว์ผลิตได๎จากแรํเกลือ (Rock salt) ซึ่งในประเทศไทยมักพบในจังหวัดตํางๆ ทาง ภาคตะวันออกเฉียงเหนือ เชํน ชัยภูมิ มหาสารคราม ยโสธร อุบลราชธานี และอุดรธานี ทั้งนี้เนี่องจาก สภาพทางธรณีวิท ยาในพื้นที่หลายๆ จัง หวัดเหลํานี้มีชั้นเกลือหินและแรํโ พแทชอยูํหลายชั้น ซึ่งจะ ละลายปนอยูํในชัน้ น้าใต๎ดินในรูปของสารละลายเกลือและเกิดการแพรํกระจายเป็นทิศทางการไหลของ น้าใต๎ดิน และบางสํวนก็ถูกพาขึ้นมาสะสมอยูํบนผิวดิน กระบวนการผลิตเกลือสินเธาว์จึงมีวิธีการที่แตกตํางกันตามลักษณะของการเกิดเกลือตาม ธรรมชาติ ดังนี้  การผลิตจากเกลือ ที่ผิว ดิน ท าได๎โดยขุดคราบเกลือตามผิวดินมาละลายน้า กรองเศษดินหรือ ตะกอนออก แล๎วนาน้าเกลือที่ได๎ไปเคี่ยวให๎แห๎งหรือนาไปตากแดดเพื่อระเหยน้าออกจนเกลือตก ผลึกออกมา  การผลิตจากน้าเกลือบาดาล น้าเกลือบาดาลเกิดจากการละลายของเกลือหินในน้าใต๎ดิน ซึ่งอยูํลึก จากพื้นดินหลายระดับ อาจเป็ นระดับตื้น 5-10 เมตรหรือระดับลึก 30 เมตรก็ได๎ การผลิตเกลือ จากน้าเกลือบาดาลนี้ทาได๎โดยขุดหรือเจาะลงไปใต๎ดินและสูบน้าเกลือ บาดาลขึ้นมา จากนั้นนาไป ต๎มหรือตาก เพื่อให๎เกลือตกผลึกออกมา  การผลิตจากเกลือหิน เกลือหิน เป็นทรัพยากรแรํตามธรรมชาติชนิดหนึ่งที่เกิดจากการตกตะกอน ของน้าทะเล แหลํงเกลือหินที่สาคัญของประเทศไทยมักพบในแถบภาคตะวันออกเฉียงเหนือ โดย ลักษณะธรณีวิทยาของภาคตะวันออกเฉียงเหนือถูกรองรับด๎วยชั้นเกลือหินที่มีปริมาณถึง 18 ล๎าน ล๎านเมตริกตัน แหลํงเกลือหินเหลํานี้อยูํใต๎ผิวดิน โดยมีความลึกประมาณ 30-1,000 เมตร แบํงได๎ 2 แอํ ง ใหญํ คื อ แอํ ง เหนื อ (สกลนคร) คลุ ม พื้ น ที่ จั ง หวั ด อุ ด รธานี หนองคาย สกลนคร และ นครพนม เป็ น เนื้ อ ที่ ป ระมาณ 17,000 ตารางกิโลเมตร และแอํง ใต๎ (โคราช) คลุ ม พื้ น ที่ จั ง หวั ด ขอนแกํน มหาสารคาม กาฬสินธุ์ ร๎ อ ยเอ็ ด ยโสธร อุ บ ลราชธานี นครราชสีมา ชัย ภูมิ สุรินทร์ และ บุ รี รั ม ย์ เ ป็ น เ นื้ อ ที่ ป ร ะ ม า ณ 33,000 ตารางกิโลเมตร แหลํงแรํเกลือหินในประเทศไทย [6] ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

8


กระบวนการผลิตโซเดียมคลอไรด์ เกลื อ หิ น ที่ พ บในประเทศไทยแบํ ง ตาม สํว นประกอบทางเคมี อ อกเป็ น 2 ประเภทคื อ สํ ว นที่ เ ป็ น เกลื อ สิ น เธาว์ เรี ย กวํ า แรํ เฮไลต์ (Halite) มีองค์ป ระกอบทางเคมี คือ โซเดีย ม คลอไรด์ (NaCl) และสํวนที่เป็นเกลือโปแตช ซึ่งมี สํ ว นประกอบของธาตุ โ ปแตสเซี ย มอยูํ ด๎ ว ย มี หลายชนิดด๎วยกัน เชํน แรํซิลไวท์ (Sylvite: KCl) แรํคาร์นัลไลท์ (Carnallite: KCl.MgCl2.6H2O)

209301

แรํเคนไนท์ (Kainite: MgSO4.KCl.3H2O) และ แรํแลงบิไ นท์ (Langbenite: K2SO4 .2MgSO4) เป็นต๎น การผลิตเกลือจากเกลือหินเป็นการผลิตที่ ต๎องอาศัยเทคโนโลยี โดยการสูบอัดน้าจืดลงไป ละลายชั้นเกลือหินใต๎ดิน จากนั้นน้าเกลือเข๎มข๎น ที่ ไ ด๎ จ ะถู ก สู บ ขึ้ น มาเข๎ า กระบวนการท า���ห๎ น้าเกลือบริสุทธิ์และนาไปตกผลึกเกลือตํอไป

กระบวนการผลิตเกลือสินเธาว์จากเกลือหิน กระบวนการผลิตเกลือจากเกลือหินโดยทั่วไปใช๎กระบวนการทางวิทยาศาสตร์ คือ ใช๎การ ละลาย การกรอง การระเหย และการตกผลึก หรือการละลายและการตกผลึก ทั้งนีข้ นึ้ อยูํกับสภาพ ของเกลือที่เกิดขึน้ ในแหลํงนั้นๆ

กระบวนการผลิตเกลือจากเกลือหิน [5]

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

9


กระบวนการผลิตโซเดียมคลอไรด์

209301

กระบวนการผลิตเกลือสินเธาว์จากเกลือหินที่มกี ารผลิตในประเทศไทยมี 3 วิธีดังนี้  การผลิตโดยการสูบน้าเกลือที่ละลายอยู่เหนือชั้นบนสุดของชั้นเกลือหิน

เป็นการใช๎เทคโนโลยีแบบชาวบ๎านโดย การใช๎ แ รงดั น ลมอั ด ลงไปตามทํ อ เพื่ อ ดั น น้าเกลื อ ที่ ล ะลายอยูํ เ หนื อ ชั้น เกลือ หิ น หรื อ ชั้ น โดมเกลือขึ้นมา แล๎วจึงนาน้าเกลือที่ได๎ไปตากใน นาเกลื อ หรื อ น าไปต๎ ม ให๎ เ กลื อ ตก ตะกอน วิธี ก ารนี้เ ป็ นวิธี ก ารที่ ท ากั นมานานหลายสิบ ปี ก า ร ผ ลิ ต เ ก ลื อ ลั ก ษ ณ ะ นี้ ปั จ จุ บั น เ ริ่ ม สํ ง ผลกระทบที่สาคัญ คือ ปัญหาการเกิดหลุมยุบ ปั ญ หาการรั่ ว หายของแหลํ ง น้ าในอํ า งเก็ บ น้ า ขนาดใหญํเข๎าไปในโพรงเกลือ และปัญ หาการ

ปนเปื้อนพื้นดินและแหลํงน้าจากของเสียที่เกิด จากการผลิตเกลือ

การผลิตเกลือสินเธาว์แบบชาวบ๎าน [7]

 การทาเหมืองละลาย (Solution mining for salt) และการใช้เครื่องระเหย (Evaporator)

ขั้นตอนการผลิตเกลือสินเธาว์ดว๎ ยวิธีน้ีมขี ั้นตอนการผลิตอยูํ 4 ขั้นตอนหลัก คือ การทาเหมือง ละลาย การทาน้าเกลือให๎บริสุทธิ์ การเคี่ยวเกลือ และการลาเลียงและจัดเก็บ

กระบวนการผลิตแบบการทาเหมืองละลายและการใช๎เครื่องระเหย

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

10


กระบวนการผลิตโซเดียมคลอไรด์ การทาเหมืองละลาย (Solution Mining) เป็นการผลิตน้าเกลือด๎วยการอัดน้าจืดลง ไปเพื่ อ ละลายเกลื อ หิ น (Leaching) ใต๎ ดิ น น้าเกลือที่เกิดจากการละลายจะถูกแรงดันทาให๎ ไหลย๎ อ นกลั บ ทางชํ อ งวํ า งระหวํ า งทํ อ ชั้ น นอก และทํอชั้นในขึน้ มาถึงปากบํอ

ปิโตรเลียม หรือเก็บกากของเสียที่ไมํละลายน้า รวมทั้งกากนิวเคลียร์ การทาน้าเกลือให๎บริสุทธิ์ (Brine Purification) น้าเกลือจะถูกเก็บไว๎ในถังพัก ขนาดใหญํ แล๎ว จึงล าเลี ย งไปยั ง ถั งปฏิก รณ์เ คมี (Reactor) ซึ่งมีการเติมสารละลาย NaOH และ Na2CO3 เพื่อกาจัดอิออน Mg2+ และ Ca2+ ดังสมการ Mg2+ + 2OHCa2+ + CO32-

การทาเหมืองละลาย [9] การทาเหมืองละลายนั้น จาเป็นอยํางยิ่ง ที่ ต๎ อ งมี ก ารออกแบบโพรงเกลื อ กํ อ น โดยจะ อาศัยข๎อมูลทางด๎านธรณีวิทยา คุณสมบัติของ ชั้นดิน ชั้นหิน ชั้นเกลือ และคุณสมบัติท างเคมี ของเกลือที่สะสมอยูํ และหลังการสิ้นสุดการใช๎ บํอเกลือคือ เมื่อนาเกลือขึ้นมาจากการละลาย ชั้นเกลือจนมีขนาดโพรงใหญํตามที่ไ ด๎ค านวณ และตรวจสอบแล๎ ว บํ อ เกลื อ จะถู ก ปิ ด โดยขั ง น้าเกลือที่มีความเข๎มข๎นอิ่มตัวไว๎เต็มบํอ เพื่อให๎ มีแรงต๎านของน้าหนักดินที่อยูํบนโพรงไมํให๎เกิด การพังทลายหรือเกิดหลุมยุบ ในตํางประเทศมี การใช๎โ พรงเกลื อใต๎ดิ น ในการเก็ บ น้ามัน ก๏ า ซ

209301

Mg(OH)2 CaCO3

ผ ลึ ก ข อ ง Mg(OH)2 แ ล ะ CaCO3 จ ะ กลายเป็นตะกอน (Sludge) ตกอยูํก๎นถัง เมื่อสูบ ตะกอนก๎นถังออกไปก็ จะเหลือน้าเกลือบริสุทธิ์ (Purified brine) ซึ่งจะสํงตํอไปยังถังพักน้าเกลือ บริสุทธิ์ แล๎วสํงเข๎าสูํระบบเคี่ยวเกลือตํอไป การเคี่ยวเกลือ (Evaporation) ในขั้ น ตอนนี้ น้ าเกลื อ จะได๎ รั บ ความร๎ อ น เพื่อระเหยน้าออก ความเข๎มข๎นของน้าเกลือจะ สูงขึ้นจนเกลือ NaCl สามารถตกผลึกได๎ เมื่อตก ผลึกไปนานๆ น้าเกลือจะมีปริมาณ NaCl ใน สารละลายจะลดลงแตํ ยั ง คงมี NaSO4 และ Na2CO3 ละลายอยูํ สารละลายนี้เรียกวํา น้าขม เมื่อนาน้าขมมากาจัดอิออนตํางๆ ออก โดยการ เติ ม CaCl2 จะท าให๎ ไ ด๎ ผ ลึ ก ของ CaSO4 และ CaCO3 ดังสมการ Ca2+ + SO42Ca2+ + CO32-

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

CaSO4 CaCO3

11


กระบวนการผลิตโซเดียมคลอไรด์

209301

และเมื่อกรองแยกตะกอน CaSO4 และ CaCO3 ออกจะสามารถนาสารละลายไปตกผลึก NaCl ได๎อีก ระบบเคี่ยวเกลือประกอบด๎วยระบบยํอยหลายสํวน ได๎แกํ ระบบแลกเปลี่ยนความร๎อน ระบบหม๎อเคี่ยว ระบบล๎างและระบบอัดไอน้า และระบบเหวี่ยงแยก

การเคี่ยวเกลือด๎วยระบบ Multiple effect evaporation [10]  ระบบแลกเปลี่ยนความร๎อน (Steam chest) ประกอบด๎วยทํอเล็กๆ จานวนมากอยูํภายในทํอใหญํ (Shell and tube) น้าเกลือบริสุทธิ์จะถูกปั๊มสํงเข๎ามาในทํอจากด๎านลํางเพื่อรับความร๎อนจากไอน้า ซึ่งอยูํรอบๆ ทํอเล็กๆ นัน้ น้าเกลือที่ออกจากสํวนบนของทํอจะเดือดและไหลเข๎าไปยังหม๎อเคี่ยว  ระบบหม๎อเคี่ยว (Evaporator) น้าเกลือในหม๎อเคี่ยวจะเดือดอยํางรุนแรง น้าระเหยเป็นไอน้าและถูก ดูดขึ้นไปที่สวํ นยอดของหม๎อเคี่ยว ผลึกเกลือจะไหลลงสํวนลํางของหม๎อเคี่ยวไปยังสํวนที่เก็บเกลือ (Salt lag) น้าเกลือสํวนหนึ่งจะไหลอออกด๎านข๎างตามทํอที่ตํอกับปั้มหมุนเวียน (Circulation pump) ในขณะทาการเคี่ยวเกลือจะมีการเติมน้าเกลือเข๎าที่ทํอนี้ให๎หมุนเวียนขึ้นไปรับความร๎อนจากไอน้าที่ เครื่องแลกเปลี่ยนความร๎อนเพื่อตกผลึกใหมํ  ระบบล๎างและระบบอัดไอน้า (Vapor scrubber and Turbo compressor) ไอน้าที่สํวนยอดของหม๎อ เคี่ยวถูกดูดไปยังเครื่องล๎างไอน้า เพื่อทาความสะอาดไอน้าจากนั้นจะถูกสํงผํานไปยังเครื่องอัดไอ น้าเพื่ออัดไอน้าให๎ร๎อนขึ้น แล๎วจึงสํงไปให๎ความร๎อนกับน้าเกลือในเครื่องแลกเปลี่ยนความร๎อน ไอ น้าเมื่อถํายเทความร๎อนออกไปจะควบแนํนเป็นน้ากลั่นไหลออกจากเครื่องแลกเปลี่ยนความร๎อน และนาไปละลายเกลือหินใต๎ดนิ กลายเป็นน้าเกลือกลับขึน้ มาใช๎ใหมํหมุนเวียนไปเรื่อยๆ  ระบบเหวี่ยงแยก (Centrifuge) น้าเกลือและเม็ดเกลือที่อยูํในสํวนลํางของหม๎อเคี่ยวจะไหลมายัง เครื่องเหวี่ยงแยก โดยภายในเครื่องนี้จะมีตะแกรงดักเกลือติดอยูํ เมื่อเครื่องทางานจะเหวี่ยงแยก

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

12


กระบวนการผลิตโซเดียมคลอไรด์

209301

น้าเกลือและเม็ดเกลือออกไปด๎านข๎าง สํวนน้าเกลือจะผํานตะแกรงและถูกสํงตํอไปยังถังน้าเกลือ เพื่อนากลับไปใช๎ใหมํ ในขณะที่เม็ดเกลือจะติดอยูํบนตะแกรงได๎เป็นผลผลิตเป็นเกลือบริสุทธิ์สูงถึง 99.99% โดยมีความชืน้ ประมาณร๎อยละ 2-2.5 โดยน้าหนัก การลาเลียงและจัดเก็บ เกลือที่ไ ด๎หลั งจากผํานระบบเหวี่ย งแยก (Centrifuge) สํ ว นหนึ่ ง จะถู ก ล าเลี ย งด๎ ว ย สายพานไปเก็บไว๎ในโรงเก็บเพื่อจาหนํายตํอไป อีกสํวนหนึ่งจะผํานสายพานลาเลียงที่มีเครื่องชั่ง น้าหนักเพื่อปรับอัตราการฉีดสารละลายโปแต สเซียมไอโอเดต (KIO3 solution) ลงบนเกลือกํอน นาไปอบแห๎งเพื่อผลิตเป็นเกลือสาหรับบริโภคใน ครัวเรือน

การจัดเก็บเกลือสินเธาว์ [11]

 การทาเหมืองใต้ดิน (Rock salt mining)

การผลิตเกลือสินเธาว์ด๎วยวิธีนี้เป็นการขุดอุโมงค์ในแนวนอนลงไปในชั้นเกลือหิน แล๎วทาการขุด เจาะและระเบิดเพื่อนาเกลือขึ้นมาจากชั้นแรํเกลือหินโดยตรง แล๎วจึงนามาแยกเป็นเกลือแกงกับเกลือ โปแตช สาหรับน้าขมที่เป็นของเสียจากกระบวนการผลิต จะถูกนากลับไปถมไว๎ในอุโมงค์เชํนเดิมได๎ การ ผลิตเกลือแบบนีต้ ๎องทาเป็นเหมืองขนาดใหญํ มีกาลังผลิตมาก และเป็นการผลิตเกลือเพื่ออุตสาหกรรม โดยตรง

การทาเหมืองเก���ือใต๎ดิน [12]

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

13


กระบวนการผลิตปุ๋ยเคมี

209301

เอกสารอ้างอิง [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11]

mysteryoftheiniquity.com/inspiration/salt/ Mark Kurlansky, “Salt – A World History”, Knopf Canada, 2002. www.maldonsalt.co.uk/Education%20and%20Fun%20An%20Amazing%20History.html www.agri.kmitl.ac.th/km/blog/?p=1182 www.myfirstbrain.com/student_view.aspx?ID=69374 lek-prapai.org/watch.php?id=928 www.learners.in.th/blogs/posts/497960 www.genuinepermian.com saltassociation.co.uk www2.sarakadee.com/web/modules.php?name=Sections&op=printpage&artid=747 board.postjung.com/607974.html

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

14


กระบวนการผลิตปุ๋ยเคมี

209301

บทที่ 2

กระบวนการผลิตปุ๋ยเคมี

"There is no life without Plants and there are no Plants without nutrients" The fertilizer association of Ireland

Nutrients cycle [1] การเพาะปลู ก เป็ น อาชีพ มีม าตั้ งแตํส มั ย โบราณและเป็ น อาชี พ หลั ก ที่ สื บ ทอดกั น มา จนกระทั่งทุกวันนี้ ในสมัยกํอนเกษตรกรได๎มีการ เรียนรู๎จากประสบการณ์วําการใสํมูลสัตว์หรือ ซากพืชซากสัตว์ลงไปในดินจะทาให๎ต๎นไม๎ที่ปลูก เ จ ริ ญ ง อ ก ง า ม ด๎ ว ย ค ว า ม ก๎ า ว ห น๎ า ท า ง วิ ท ยาศาสตร์ ท าให๎ ม นุ ษ ย์ ท ราบวํ า เหตุ ที่ เ ป็ น เชํนนั้น เพราะมูลสัตว์หรือซากพืชและซากสัตว์ ให๎ธาตุอาหารแกํพืชและนอกจากนั้นยังทาให๎ดิน โปรํง รํวนซุย ทาให๎อุ๎มน้าและอาหารไว๎ได๎ดีจึง ทาให๎พืชเจริญงอกงาม ตํอมาภายหลังมนุษย์ได๎ เรีย กวั ส ดุ ที่ไ ด๎จากสิ่งมีชีวิต เชํน มูล สั ตว์ หรื อ ซากพืชและซากสัตว์ วําปุ๋ยอินทรีย์ แตํเนื่องจาก ปุ๋ยอินทรีย์มีธาตุอาหารพืชอยูํน๎อย จึงต๎องใช๎ปุ๋ย

ในปริมาณมาก ทาให๎ไมํสะดวกในการใช๎งาน จึง ได๎มีการคิดค๎นวัสดุชนิดใหมํ ซึ่งมีธาตุอาหารพืช อยูํ ม ากและสามารถใช๎ใ นปริ มาณเล็ ก น๎ อ ยมา แท น วั ส ดุ ช นิ ด นี้ เ รี ย กวํ า ปุ๋ ย เคมี ห รื อ ปุ๋ ย วิทยาศาสตร์ ซึ่งเป็นที่รู๎จักกันดีในปัจจุบัน ปุ๋ ย (Fertilizer) คื อ วั ส ดุ ที่ มี ธ าตุ อ าหาร พืช เป็ นองค์ ป ระกอบหรื อสิ่ งมี ชีวิ ต ที่กํ อให๎เ กิ ด ธาตุ อ าหารพื ช เมื่ อ ใสํ ล งไปในดิ น แล๎ ว จะ ปลดปลํอยหรือสังเคราะห์ธาตุอาหารที่จาเป็น ใ ห๎ แ กํ พื ช ธ า ตุ อ า ห า ร ที่ จ า เ ป็ น ตํ อ ก า ร เจริ ญ เติ บ โตของพื ช นั้ น มี 16 ธาตุ ได๎ แกํ ออกซิ เ จน ไฮโตรเจน คาร์ บ อน ไนโตรเจน ฟ อ ส ฟ อ รั ส โ ป ตั ส เ ซี ย ม

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

15


กระบวนการผลิตปุ๋ยเคมี

209301

กามะถัน แคลเซียม แมกนีเซียม เหล็ก สังกะสี แมงกานิส ทองแดง โบรอน โมลิบดินัม และคลอรีน พืช ได๎รับออกซิเจน ไฮโดรเจน และคาร์บอนจากน้าและอากาศทั้งที่อยูํเหนือดินและใต๎ดิน สํวนธาตุอาหารที่ เหลืออีก 13 ธาตุนั้นพืชจะได๎รับจากแรํธาตุตาํ งๆ ที่เป็นสํวนประกอบของดิน ธาตุอาหารของพืชสามารถ แบํงออกเป็น 3 กลุํม ได๎แกํ  ธาตุอาหารหลัก (Major elements) หรือธาตุปุ๋ย มี 3 ธ า ตุ คื อ ไ น โ ต ร เ จ น ฟ อ ส ฟ อ รั ส แ ล ะ โปรตัส เซีย ม ธาตุอาหารในกลุํมนี้พืชต๎องการใน ปริมาณมาก และดินมักจะมีไมํเ พียงพอตํอความ ต๎องการของพืช จึงต๎องเพิ่มเติมให๎แกํพืชโดยการ ใช๎ปุ๋ย ธาตุอาหารหลักของพืช [2]  ธาตุอาหารรอง (Secondary elements) มี 3 ธ า ตุ คื อ ก า ม ะ ถั น แ ค ล เ ซี ย ม แ ล ะ แมกนีเซียม ธาตุอาหารในกลุํมพืชนี้ พืชต๎องการ ในปริมาณมากเชํนกัน แตํในดินสํวนใหญํมักจะมี อยูํเพียงพอตํอความต๎องการของพืช

ธาตุอาหารรองของพืช [2]  ธาตุอาหารเสริม (Trace elements) มี 7 ธาตุ คือ เหล็ ก สั ง กะสี แมงกานี ส ทองแดง โบรอน โม ลิบดินัม และคลอรีน ธาตุอาหารในกลุํมพืชนี้พืช ต๎ อ งการในปริ ม าณน๎ อ ย และมั ก จะมี อ ยูํ ใ นดิ น เพียงพอตํอความต๎องการของพืชแล๎ว ธาตุอาหารเสริมของพืช [2]

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

16


กระบวนการผลิตปุ๋ยเคมี ประเภทของปุ๋ย  ปุ๋ยอินทรีย์ เป็นปุ๋ยที่ได๎จากการนาซากสิ่งมีชีวิตใสํลง ในดินเพื่อเพิ่มเติมอินทรีย์วัตถุให๎แกํดิน ซึ่งเป็น การบารุงทั้งทางเคมีและทางกายภาพ การบารุง ทางเคมี คื อ ซากสิ่ ง มี ชี วิ ต จะคํ อ ยๆ สลายตั ว และปลํ อ ยธาตุ อ าหารออกมาให๎ พื ช สามารถ นาไปใช๎ได๎ สํวนการบารุงทางกายภาพนั้นจะชํวย ทาให๎ดินรํวนซุยและทาให๎ พืชสามารถดูดซับน้า ได๎ ดี ขึ้ น แตํ ปุ๋ ย อิ น ทรี ย์ มี ข๎ อ เสี ย คื อ มี ป ริ ม าณ ธาตุ อ าหารต่ า โดยปริ ม าณและสั ด สํ ว นไมํ แนํนอน จึงทาให๎ต๎องใช๎ปุ๋ยปริมาณมากจึงจะให๎ ธาตุอาหารที่เพียงพอตํอความต๎องการของพืช ปุ๋ยอินทรีย์ที่เกษตรกรใช๎มีหลายชนิด ได๎แกํ ปุ๋ย หมัก ปุ๋ยคอก และปุ๋ยพืชสด เป็นต๎น

209301

 ปุ๋ยอนินทรีย์หรือปุ๋ยเคมี เป็ นปุ๋ ย ที่ ไ ด๎ จากการสัง เคราะห์ โ ดยผํ า น กระบวนการทางเคมี ประกอบด๎วยธาตุอาหารที่ สาคัญหรือธาตุปุ๋ย 3 ชนิดคือ ธาตุไนโตรเจน (N) ธาตุฟอสฟอรัส (P) และธาตุโปแตสเซียม (K) หรือที่เรียกวํา ปุ๋ย N-P-K แม๎วําปุ๋ยเคมีจะมีธาตุ อาหารพืชในปริมาณที่มากกวําปุ๋ยอินทรีย์ แตํ ปุ๋ยเคมีก็ไมํสามารถทดแทนปุ๋ยอินทรีย์ได๎ทั้งหมด เพราะปุ๋ ย เคมี ไ มํ มี คุ ณ สมบั ติ ใ นการปรั บ ปรุ ง โครงสร๎ า งของดิ น ให๎ โ ปรํ ง และรํ ว นซุ ย ได๎ นอกจากนั้ น ปุ๋ ย เคมี สํ ว นใหญํ มั ก จะไมํ มี ธ าตุ อาหารรองและธาตุ อ าหารเสริ ม ครบทุ ก ธาตุ เหมือนปุ๋ยอินทรีย์

ลักษณะปุ๋ยเคมีแบบเม็ด [5] ปุ๋ยหมัก [3]

ปุ๋ยเคมี [6] ปุ๋ยคอก [4]

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

17


กระบวนการผลิตปุ๋ยเคมี การจาแนกประเภทของปุ๋ยเคมี  การจาแนกตามชนิดของธาตุปุ๋ย ปุ๋ยไนโตรเจน (Nitrogen fertilizer) ได๎แกํ ปุ๋ยเคมีที่ให๎ธาตุไนโตรเจนในรูปของ สารประกอบ ชนิ ด ตํ า งๆ เป็ น ส าคั ญ เชํ น แอ ม โ ม เนี ย ม ซั ลเ ฟ ต แ ค ล เ ซี ย มไ น เ ต ร ต แอมโมเนียมไนเตรต และยูเรีย ประโยชน์ของปุ๋ย ไนโตรเจน คือ ชํวยเรํงการเจริญเติบโตทางลา ต๎น ชํวยให๎พืชเจริญเติบโตได๎ดี มีล าต๎นและใบ แข็งแรง สามารถสร๎างโปรตีนได๎อยํางเพียงพอ ปุ๋ ย ฟอสเฟตหรื อ ปุ๋ ย ฟอสฟอรั ส (Phosphate fertilizer) เป็ น ปุ๋ ย เคมี ที่ ใ ห๎ ธ าตุ ฟ อสฟอรั ส ในรู ป สารประกอบฟอสเฟต (PO43-) ประโยชน์ของปุ๋ย ฟอสเฟต คื อ ชํ ว ยในการแบํ ง เซลล์ ชํ ว ยเรํ ง กระบวนการเปลี่ยนแปูงเป็นน้าตาล ชํวยให๎ราก เจริ ญ เติ บ โตแข็ ง แรง ชํ ว ยในการดู ด ซึ ม ธาตุ ไนโตรเจนและไขมัน ชํวยเรํงการผลิตผล และเรํง ให๎ผลสุกเร็วขึ้น ปุ๋ ย โ พ แ ท ส ห รื อ ปุ๋ ย โ พ แ ท ส เ ซี ย ม ( Potass fertilizer) ปุ๋ ย เ ค มี ที่ มี ธ า ตุ โ พ แ ท ส เ ซี ย ม เ ป็ น องค์ประกอบ เชํน โพแทสเซียมคลอไรด์ (KCl) โพแทสเซีย มซัล เฟต (K2 SO4 ) โพแทสเซี ย มไน เตรต (KNO3 ) และโพแทสเซี ย มแมกนี เ ซี ย ม ซั ล เฟต (K2 SO4 .2MgSO4 ) ปุ๋ ย ชนิ ด นี้ นิ ย มบอก ความเข๎ ม ข๎ น เป็ น คํ า ร๎ อ ยละโดยมวลของ K2 O ประโยชน์ของปุ๋ยโพแทส คือ ชํวยในการหายใจ ของพื ช ชํ ว ยในการผลิ ต น้ าตาล แปู ง และ

209301

เซลลูโลส ชํวยปรับสมดุลน้าในต๎นพืช และชํวย บารุงพืชประเภทหัว เชํน เผือก มัน เป็นต๎น  การจาแนกตามจานวนธาตุอาหารหลัก ปุ๋ยเดี่ยวหรือแมํปุ๋ย (Single or straight fertilizer) คือ ปุ๋ยที่มีธาตุปุ๋ยอยูํเพีย งธาตุเดียว เชํน ยู เ รี ย มี ไ น โ ต ร เ จ น เ พี ย ง ธ า ตุ เ ดี ย ว ห รื อ โพแทสเซีย มคลอไรด์ มี โ พแทสเซี ย มอยูํ เ พี ย ง ธาตุเดียว เป็นต๎น ปุ๋ยผสม (Mixed fertilizer) คือ ปุ๋ย ผสมหมายถึ งปุ๋ย ที่ไ ด๎มาจากการ นาเอาแมํปุ๋ยธาตุอาหารหลักชนิดตํางๆ มาผสม กันเพื่อให๎ได๎สูตรตามที่เราต๎องการ เชํน ปุ๋ ยสูตร 16-20-20 มีธาตุไนโตรเจนและธาตุฟอสฟอรัส เพียง 2 ธาตุ สํวนปุ๋ยสูตร 15-15-15 จะมีธาตุ อาหารหลักครบทั้ง 3 ธาตุ เป็นต๎น การผลิตปุ๋ย ผสมมีวธิ ีการผลิต 2 ลักษณะ คือ  การผลิ ต ในลั ก ษณะเชิ ง ผสม เป็ ��� วิธีการผลิตที่ใ ช๎อยูํในโรงงานสํวนใหญํ ซึ่งอาจ เป็ น แบบผสมเป็น เนื้ อ เดี ย ว โดยการน าแมํ ปุ๋ ย และสํวนผสมตํางๆ มาบดให๎เข๎ากันแล๎วอัดเป็น เม็ด ทาให๎ในแตํละเม็ดจะมีธาตุอาหารตรงตาม สู ต รที่ ต๎ อ งการ สํ ว นอี ก แบบหนึ่ ง คื อ การผสม แบบไมํเป็นเนือ้ เดียว (Bulk blending) เป็นการนา แมํปุ๋ยและสํวนผสมตํางๆ มาคลุกเคล๎าให๎เข๎ากัน หรือนาแมํปุ๋ยที่มีขนาดเม็ดใกล๎เคียงกันมาผสม กันเพื่อให๎ได๎สูตรตามต๎องการ อาจมีการบดให๎ ละเอียดจนเข๎ากันดี การผสมโดยวิธีนี้ทาให๎ปุ๋ย แตํละเม็ดอาจมีธาตุอาหารแตกตํางกัน

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

18


กระบวนการผลิตปุ๋ยเคมี  การผลิ ต ในลั ก ษณะเชิ ง ประกอบ (Compound or complex fertilizer) เป็นการนา วั ต ถุ ดิ บ ที่ ใ ช๎ ใ นการผลิ ต แมํ ปุ๋ ย มาผสมและท า

209301

ปฏิกิ ริย ากั น ท าให๎ เ กิด เป็น สารประกอบตํ างๆ เพื่อให๎ได๎ปุ๋ยตามสูตรที่ต๎องการ

อุตสาหกรรมปุ๋ยเคมี อุตสาหกรรมปุ๋ยเคมีจัดได๎วําเป็นอุตสาหกรรมที่มีความสาคัญตํอประเทศไทยเนื่องจากประเทศ ไทยเป็นประเทศเกษตรกรรม อุตสาหกรรมปุ๋ยเคมีมีบทบาทตํอการเพิ่มผลผลิตภาคเกษตรกรรมเป็น อยํางมาก ในขณะที่ประเทศไทยกลับไมํสามารถผลิตปุ๋ยเคมีได๎เพียงพอกับความต๎องการ เนื่องจากไมํ สามารถผลิตแมํปุ๋ยใช๎เองได๎เนื่องจากต๎นทุนการผลิตสูง จึงต๎องพึ่งพาการนาเข๎าจากตํางประเทศ โดย แมํปุ๋ยที่นาเข๎า ได๎แกํ แมํปุ๋ยที่ให๎ธาตุอาหารไนโตรเจนซึ่งไทยนาเข๎าจากประเทศซาอุดิอาระเบี ยและ สหรัฐ อเมริกา แมํปุ๋ย ฟอสฟอรัส และแมํปุ๋ย โปแตสเซีย มซคํงประเทศไทยนาเข๎าจากแคนาดาและ เยอรมนี สาหรับการสํงออกพบวําประเทศไทยมีการสํงออกปุ๋ยเคมีไปยังประเทศเพื่อนบ๎านปริมาณ เล็กน๎อย ได๎แกํ ประเทศลาว กัมพูชา และอินโดนีเซีย เป็นต๎น โดยสํงออกในลักษณะของปุ๋ยผสม ทาให๎ การนาเข๎าปุ๋ย เคมีบ างสํว นเป็นการนาเข๎าเพื่อสํงออกอีก ตํอหนึ่ง สาหรับ ประวัติการผลิตปุ๋ย เคมีใ น ประเทศไทยมีดังนี้  พ.ศ. 2501 บริ ษั ท ยิ บ อิ น ซอย ได๎ เ ริ่ ม ตั้ ง  พ . ศ . 2 4 5 0 พ ร ะ บ า ท ส ม เ ด็ จ พ ร ะ โรงงานผลิ ต ปุ๋ ย ผสมชนิ ด เม็ ด (Granular) จุ ล จอมเกล๎ า เจ๎ า อยูํ หั ว (รั ช กาลที่ 5) ได๎ และปิดกิจการในปี พ.ศ. 2506 เนื่องจาก เสด็ จประพาสยุ โ รปในขณะเยือนประเทศ ประสบภาวะขาดทุน นอร์เวย์ ได๎ชมโรงงานผลิตปุ๋ยวิทยาศาสตร์  พ.ศ. 2502 เทศบาลกรุ ง เทพฯ ได๎ จั ด ตั้ ง โดยใช๎พลังงานจากไฟฟูาพลังงานน้า เพื่อใช๎ โรงงานปุ๋ยกรุงเทพขึ้น โดยผลิตปุ๋ยอินทรีย์ ในการปรับปรุงดิน ซึ่งใช๎วัตถุดิบจากขยะมูลฝอยที่รวบรวมขึ้น  พ.ศ. 2469 บริษัท พาราวินเซอร์ ได๎มีการ ในแตํละวัน มีปริมาณผลิตประมาณวันละ สั่ ง ปุ๋ ย วิ ท ยาศาสตร์ ห รื อ ปุ๋ ย เคมี ( ปุ๋ ย 50–2,500 ตั นตํ อปี ตํ อมาได๎ท าการหยุ ด แอมโมเนี ย มซั ล เฟต) เข๎ า มาจ าหนํ า ยใน ดาเนินการในปี พ.ศ. 2521 ประเทศไทย  พ.ศ. 2506 รั ฐ บาลได๎ จั ด ตั้ ง โรงงานผลิ ต  พ.ศ. 2500 บริษัท ยิบ อินซอย เริ่มท าการ ปุ๋ ย เคมี ขึ้ น ชื่ อ วํ า บริ ษั ท ปุ๋ ย เคมี จ ากั ด ผลิตปุ๋ยเชิงผสมสาหรับข๎าว โดยนาเอาแมํ ตั้งอยูํที่อาเภอแมํเมาะ จังหวัดลาปาง โดย ปุ๋ยซูเปอร์ฟอสเฟตชนิดธรรมดาและแมํปุ๋ย ใช๎ ถํ านหิ นลิ ก ไนต์ เ ป็น วั ตถุ ดิ บ ในการผลิ ต แอมโมเนียมซัลเฟต มาผสมคลุกเคล๎ากั น เริ่มผลิตปุ๋ยเคมีเป็นครั้งแรกในเดือนตุลาคม แบบงํายๆ

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

19


กระบวนการผลิตปุ๋ยเคมี พ.ศ. 2509 โดยมีกาลังผลิตปุ๋ยแอมโมเนียม ซัลเฟต ประมาณ 60,000 ตันตํอปี และปุ๋ย ยูเรียประมาณ 30,000 ตันตํอปี ตํอมาในปี พ.ศ. 2522 รัฐบาลได๎ตัดสินใจยกเลิกการ ผลิตหรือปิดโรงงานเนื่องจากมีปัญหาและ อุปสรรคมากมายเกี่ยวกับคุณภาพของถําน หิน ลิก ไนต์ อุ ป กรณ์ ผ ลิต เสื่ อมสภาพมาก เทคนิคและกรรมวิธีการผลิตล๎าสมัย ทาให๎ ต๎นทุนการผลิตสูงขึน้  พ.ศ. 2516 ได๎มีการตั้งบริษัท ไทยเซ็นทรัล เคมี จากัด ผลิตปุ๋ยเคมีผสมชนิดเม็ดที่ใหญํ ที่ สุ ด ในประเทศไทย โดยมี ผู๎ ถื อ หุ๎ น ดั ง นี้ บริษัท ปุ๋ยเคมี จากัด (กระทรวงการคลัง) 49 เปอร์เซ็นต์ บริษัทศรีกรุงวัฒนา จากัด 11 เปอร์ เ ซ็ น ต์ บริ ษั ท เซ็ น ทรั ล กลาสของ ญี่ปุน 20 เปอร์เซ็นต์ และบริษัทนิโชอิวาย

209301

ของญี่ปุน 20 เปอร์เ ซ็นต์ โรงงานตั้งอยูํที่ อาเภอพระประแดง จังหวัดสมุทรปราการ  เ มื่ อ วั น ที่ 1 1 พ ฤ ศ จิ ก า ย น 2 5 2 5 คณะรั ฐ มนตรี ซึ่ ง มี ฯพณฯ พลเอกเปรม ติณสูลานนท์ เป็นนายกรัฐ มนตรี ได๎มีม ติ อนุ มั ติ ใ ห๎ กํ อ ตั้ งบริ ษั ท ปุ๋ ย แหํง ชาติ จ ากั ด (มหาชน) โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อสร๎างความ แข็งแกรํงให๎ภาคเกษตรกรรมไทยและลด ก า ร พึ่ ง พ า ก า ร น า เ ข๎ า ปุ๋ ย เ ค มี จ า ก ตํางประเทศ โดยมีกาลังการผลิตในปีพ.ศ. 2542 ประมาณ 600,000 ตั น และในปี พ.ศ. 2543 ผลิตได๎ประมาณ 800,000 ตัน ตํอมาได๎เปลี่ยนชื่อเป็น บริษัท ปุ๋ยเอ็นเอฟซี จากัด (มหาชน) ตั้งแตํวันที่ 20 กรกฎาคม 2547 เป็ น ต๎ นมา แตํยั ง ด าเนิ น ธุ รกิ จ ผลิ ต ปุ๋ยเคมี ขายสูํภาคเกษตรกรรมในประเทศ เป็นหลักอยูํเชํนเดิม

ความรู้ทั่วไปเกี่ยวกับปุ๋ยเคมี  สูตรปุ๋ยหรือเกรดปุ๋ย (Fertilizer formula or Fertilizer grade)

ตัวเลขแสดงเกรดปุ๋ย [7]

ปัจจุบันปุ๋ยเคมีที่ขายในท๎องตลาดมีมากมาย หลายชนิด หลายยี่ห๎อ ทั้งปุ๋ยเชิงเดี่ยว เชิงผสม และ เชิงประกอบ ทั้งที่ อ ยูํใ นรู ป ของผลึก เม็ด เกร็ด ผง และน้ า เพื่ อเป็ น ป ระโยชน์ แ กํ ผู๎ ข ายและผู๎ ซื้ อ นักวิชาการเรื่องดินและปุ๋ยจึงได๎กาหนดสูตรปุ๋ยขึ้นมา เพื่ อ ให๎ เ ป็ น ไปตามพระราชบั ญ ญั ติ ปุ๋ ย พ.ศ. 2518 โดยกาหนดให๎บนกระสอบหรือภาชนะบรรจุปุ๋ยเคมีะ ต๎องมีตัวเลขแสดงเกรดปุ๋ยให๎ชัดเจน ประกอบด๎วย ตัวเลข 3 ชุด แตํละชุดมีเครื่องหมายแยกตัว เลขไว๎ เชํน 46-0-0, 16-20-0 หรือ 15-15-15 เป็นต๎น

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

20


กระบวนการผลิตปุ๋ยเคมี

209301

ตัว เลขเหลํานี้จะแสดงปริมาณของธาตุ อาหารหลัก ที่มีอยูํใ นปุ๋ย นั้นๆ โดยตัวเลขที่อยูํหน๎ าสุดแสดง ปริมาณธาตุอาหารพืชไนโตรเจน (N) ตัวเลขกลางแสดงปริมาณกรดฟอสฟอริกหรือฟอสเฟตที่เป็น ประโยชน์ (Available P2O5) และตัวเลขตัวหลังแสดงปริมาณโพแทสที่ละลายน้า (Water soluble K2O) ตามลาดับ ตัวเลขทั้ง 3 จานวนนี้เรียกวํา "สูตรปุ๋ย" มีหนํวยเป็นร๎อยละโดยน้าหนัก ดังนั้นคุณคําของปุ๋ย จะมากหรือน๎อยขึ้นอยูํกั บ ปริมาณเนื้อธาตุอาหารที่มีใ นปุ๋ย นั้น และปุ๋ยที่มีสูตรเหมือนกันก็ ควรจะมี คุณคําเหมือนๆ กัน ไมํวําจะเป็นคนละชื่อหรือคนละยี่หอ๎ ก็ตาม  อัตราส่วนปุ๋ยหรือเรโชปุ๋ย (Fertilizer ratio) หมายถึง สัดสํวนอยํางต่าซึ่งเป็นเลขลงตัวน๎อยระหวํางปริมาณของธาตุไนโตรเจนทั้งหมด (N) กรดฟอสฟอริกที่เป็นประโยชน์ และโพแทสที่ละลายน้าได๎ เชํน สูตรปุ๋ย 30-30-30, 17-17-17, และ 15-15-15 จะมีอัตราสํวนปุ๋ยเทํากันคือ 1:1:1 เป็นต๎น ดังนั้นปุ๋ยที่มีอัตราสํวนปุ๋ยเหมือนกันจึงสามารถใช๎ แทนกั นได๎ แตํปริมาณการใช๎จะแตกตํางกันไปขึ้นอยูํกั บปริมาณเนื้อธาตุใ นปุ๋ย นั้น นอกจากนี้ปุ๋ยที่มี อัตราสํวนปุ๋ยเหมือนกันจะสามารถนามาเปรียบเทียบราคากันได๎ วําปุ๋ยสูตรใดถูกหรือแพงกวํากัน เชํน ปุ๋ย สู ตร 15-15-15 ซึ่งมีอัตราสํว นปุ๋ย 1:1:1 ราคาตันละ 6,300 บาท และปุ๋ย สูตร 14-14-14 ซึ่ง มี อัตราสํวนปุ๋ย 1:1:1 เชํนเดียวกัน แตํราคาตันละ 6,100 บาท สามารถเทียบราคาได๎วําควรจะเลือกซื้อปุ๋ย สูตรใด  การดูดความชื้น โดยทั่วไปปุ๋ยเคมี สามารถดูด ความชื้นได๎ ทาให๎ปุ๋ยชื้นหรือบางทีละลายและจับตัวกันเป็น ของแข็ ง อยํ า งไรก็ ต ามปุ๋ ย แตํ ล ะชนิ ด จะชื้ น ได๎ ยากงํ า ยตํ า งกั น และสภาพอากาศร๎ อ นชื้ น ก็ มี สํวนชํวยให๎ปุ๋ยชื้นงํายยิ่งขึ้น นอกจากนี้ การเอา ปุ๋ย ตํา งชนิด กั นมาผสมกั นจะยิ่งท าให๎ปุ๋ย ชื้นได๎ งํายมากขึ้นเชํนกัน ดังนั้นการเก็บปุ๋ยไมํควรเก็บ ในที่อับ ร๎อนชื้น และถ๎าเปิดถุงใช๎แล๎วควรปิดให๎ มิดชิด  ความเค็ม ปุ๋ย เคมีโ ดยทั่ว ไปเป็ นเกลื อ ดั ง นั้น จึง มี ความเค็ม ซึ่งถ๎าใสํให๎กับพืชครั้งละมากๆ และใสํ

ใกล๎รากอาจจะกํอให๎เกิดอันตรายตํอพืชได๎ ปุ๋ย แตํ ล ะชนิ ด มี ค วามเค็ ม มากน๎ อ ยตํ า งกั น ซึ่ ง สามารถสั ง เกตได๎ งํ า ยๆ คื อ ปุ๋ ย ที่ ล ะลายน้ าดี ละลายน้ างํ า ย และละลายน้ าได๎ ทั้ ง หมด โดย ปกติจะมีความเค็มมากกวําปุ๋ยที่ละลายช๎าหรือ ละลายได๎ไมํหมด  ความเป็นกรด – ด่าง ปุ๋ ย เคมี บ างชนิ ด เมื่ อ ใช๎ ติ ด ตํ อ กั น เป็ น เวลานานๆ มีผลตกค๎า งท าให๎ดินเป็นกรดหรื อ เป็นดําง โดยปุ๋ยไนโตรเจนมักให๎ผลตกค๎างเป็น กรด สํวนปุ๋ยที่มแี คลเซียมหรือโซเดียมมากๆ มัก ให๎ผลตกค๎างเป็นดําง

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

21


กระบวนการผลิตปุ๋ยเคมี

209301

กระบวนการผลิตปุ๋ยเคมี

 การผลิตปุ๋ยไนโตรเจน ปุ๋ ย ไนโตรเจนที่ อ ยูํ ใ นรู ป อิ น ทรี ย์ ไ นโตรเจนที่ ไ ด๎ ม าจากการสั ง เคราะห์ ได๎ แ กํ ปุ๋ ย ยู เ รี ย (46 เปอร์เซ็นต์ไนโตรเจน) ปุ๋ยแอมโมเนียมซัลเฟต (21 เปอร์เซ็นต์ไนโตรเจน) ปุ๋ยแอมโมเนียมคลอไรด์ (25 เปอร์เซ็นต์ไนโตรเจน) ยูเรียฟอร์ม (29 เปอร์เซ็นต์ไนโตรเจน) และปุ๋ยอ๏อกซามีดส์ (32 เปอร์เซ็นต์ ไนโตรเจน) เป็นต๎น ตัวอยํางกระบวนการผลิตปุ๋ยไนโตรเจน ได๎แกํ  กระบวนการตรึงไนโตรเจนในอากาศโดยใช๎ไฟฟูา (Electric arc process) การเปลี่ยนไนโตรเจนในอากาศเป็นสารประกอบนินทรีย์โดยกระบวนการ Electric arc process คิดค๎นขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวสวีเดนชื่อ Cavendish โดยเลียนแบบการเปลี่ยนก๏าซไนโตรเจนใน อากาศเป็น NO3- ในธรรมชาติที่เกิดขึ้นขณะเกิดฟูาแลบหรือฟูาผํา ดังสมการ N2 + O 2 2NO + O2 3NO2 + H2O

2NO 2NO2 2HNO3 + NO

HNO3 ที่ได๎จากระบวนการนี้นาไปทาปฏิกิรยิ าตํอไปกับดํางเพื่อเปลี่ยนให๎อยูํในรูปเกลือไนเตรต เชํน

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

22


กระบวนการผลิตปุ๋ยเคมี 2HNO3 + Na2CO3 2HNO3 + CaCO3

209301

2NaNO3 + H2O + CO2 Ca(NO3)2 + H2O + CO2

กระบวนการนี้มีประสิทธิภาพต่า โดยเพียงร๎อยละ 2 ของ N2 เทํานั้นที่เกิดปฏิกิรยิ า และต๎นทุนในการ ผลิตขึน้ อยูํกับราคาพลังงานไฟฟูา  กระบวนการสังเคราะห์ผํานแอมโมเนีย (Ammonia-synthesis process) การผลิตปุ๋ยไนโตรเจนด๎วยกระบวนการนี้เริ่มต๎นจากการเตรียมก๏าซแอมโมเนีย (NH3) ซึ่งเตรียม ได๎โดยการนาเอาก๏าซไนโตรเจน (N2) มาทาปฏิกิริยากับก๏าซไฮโดรเจน (H2) โดยควบคุมความดันให๎อยูํ ระหวําง 150-350 บรรยากาศ อุณหภูมิประมาณ 300-500 องศาเซลเซียส โดยใช๎ FeO เป็นตัวเรํง ปฏิกิรยิ า ดังสมการ N2 (g) + 3H2 (g)

2NH3 (g)

เมื่อนาก๏าซ NH3 ทีผ่ ลิตได๎มาทาปฏิกิรยิ ากับสารเคมีอื่นๆ ก็จะได๎ปุ๋ยไนโตรเจนได๎หลากหลายชนิด เชํน  ปุ๋ยยูเรีย (Urea) มีสูตรทางเคมี คือ CO(NH2)2 เป็นแมํปุ๋ยที่มีธาตุไนโตรเจนสูงสุด ซึ่งได๎รับความ นิย มใช๎กั นมากในปัจจุบั น เนื่อ งจากมี ราคาตํ อหนํวยของธาตุ ไ นโตรเจนต่าเมื่อเที ย บกั บ ปุ๋ ย ไนโตรเจนชนิดอื่น คุณสมบัติที่สาคัญของปุ๋ยยูเรีย คือ เป็นของแข็ง มีความถํวงจาเพาะเทํากับ 1.335 ดูดความชืน้ ได๎งําย ละลายน้าได๎ดี ปุ๋ยยูเรียสามารถนาไปใช๎เป็นปุ๋ยทางใบได๎ เนื่องจากปุ๋ย ยูเรียสามารถดูดซึมเข๎าไปในทางใบพืชได๎ ปุ๋ยยูเรียสามารถเตรียมได๎จากการนาแอมโมเนียมา ทาปฏิกิริยากับก๏าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่อุณหภูมิประมาณ 185-190 องศาเซลเซียส และ ความดัน 140-250 บรรยากาศ จะได๎แอมโมเนียมคาร์บาเมต (NH2CO2NH4) เกิดขึ้น ตํอจากนั้น แอมโมเนียมคาร์บาเมตจะสลายตัวยูเรีย (NH2CONH2) กับน้า ดังสมการ 2NH3 (g) + CO2 (g) NH2CO2NH4 (aq)

NH2CO2NH4 (aq) NH2CONH2 (aq) + H2O (l)

ตัวอยํางกระบวนการผลิตปุ๋ยยูเรียด๎วยกระบวนการ Ammonia stripping process แสดงดังรูป

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

23


กระบวนการผลิตปุ๋ยเคมี

209301

การผลิตปุ๋ยยูเรียด๎วยกระบวนการ Ammonia stripping process  ปุ๋ยแอมโมเนียมซัลเฟต (Ammonium sulphate) มีสูตรเคมี คือ (NH4)2SO4 มีข๎อดีคือ เป็นปุ๋ยที่ไมํ ชื้นแฉะงําย ไมํจับตัวกั นเป็นก๎ อนเร็ว เกล็ดปุ๋ยมีความแข็งสูง มีความคงตัวทางเคมีสูง สํวน ข๎อเสียเป็นปุ๋ยที่มีปริมาณไนโตรเจนต่า (21 เปอร์เซ็นต์ไนโตรเจน) มีสํวนประกอบของกามะถัน ทาให๎ดินเป็นกรดสูงเมื่อใช๎ไปนาน ใช๎ได๎ดีกับดินที่เป็น ดําง การผลิตปุ๋ยแอมโมเนียมซัลเฟตทาได๎ โดยนาก๏าซแอมโมเนีย (NH3) มาทาปฏิกิริยากับกรดกามะถัน (H2SO4) แล๎วทาการตกผลึกเป็น เกลือแอมโมเนียมซัลเฟต ดังสมการ 2NH3 (g) + H2SO4 (aq)

(NH4)2SO4 (s)

นอกจากนีก้ ารเตรียมปุ๋ยแอมโมเนียมซัลเฟตอาจเตรียมได๎จากปฏิกิรยิ าเคมีระหวําง แอมโมเนียม คาร์บอเนต (NH4)2CO3 กับยิปซัม (CaSO4) ดังนี้ (NH4)2CO3 + CaSO4

(NH4)2SO4 (s) + CaCO3

 ปุ๋ยแอมโมเนียมไนเตรต (Ammonium nitrate) มีสูตรทางเคมี คือ NH4NO3 มีไนโตรเจนประมาณ 34 เปอร์เซ็นต์ ละลายน้าได๎ดดี ูดความชืน้ ได๎งํายมาก ยากตํอการใช๎และการเก็บรักษา เมื่อใสํลง ไปในดินจะให๎ปฏิกิริยาเป็นกรด ใช๎เป็นปุ๋ยเดี่ยวและแมํปุ๋ยในปุ๋ยผสมได๎ ปุ๋ยแอมโมเนียมไนเตรต สามารถนาไปใช๎ทาระเบิดได๎ การผสมปุ๋ยชนิดนี้กับกรดกามะถันก็อาจทาให๎ระเบิดได๎ การผลิต

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

24


กระบวนการผลิตปุ๋ยเคมี

209301

ปุ๋ยแอมโมเนียมไนเตรตทาได๎โดยนาก๏าซแอมโมเนียมาทาปฏิกิริยากั บกรดไนตริก (HNO3) แล๎ว ทาการตกผลึกเป็นเกลือแอมโมเนียมไนเตรต ดังสมการ NH3 (g) + HNO3 (aq)

NH4NO3 (s)

ตัวอยํางกระบวนการผลิตปุ๋ยยูเรียด๎วยกระบวนการ Stengel process แสดงดังรูป การตกผลึก เกลือแอมโมเนียมไนเตรตจะทาให๎ได๎ปุ๋ยในลักษณะเป็นเม็ด โดยการทาเม็ดปุ๋ยนี้สามารถทาได๎ 2 แบบ โดยแบบแรกแอมโมเนียมไนเตรตที่มีลักษณะเหลวข๎น (Slurry) จะถูกพํนเป็นฝอยเข๎าสูํหอ เย็น (Cooling chamber) พร๎อมๆ กับการปูอนอากาศไหลสวนทางกัน จะได๎เม็ดปุ๋ยแอมโมเนียม ไนเตรตสํ ง เข๎ า สูํ เ ครื่ อ งหลํ อ เย็ น คั ด ขนาดด๎ ว ยตะแกรงรํ อ น และบรรจุ ถุ ง สํ ว นอี ก แบบ แอมโมเนียมไนเตรตสเลอรีถูกทาให๎เย็นบนสายพานแล๎วถูกลาเลียงเข๎าเครื่องบด จากนั้นนาไป คัดขนาดด๎วยตะแกรงรํอน และบรรจุถุง

การผลิตปุ๋ยแอมโมเนียมไนเตรตด๎วยกระบวนการ Stengel process

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

25


กระบวนการผลิตปุ๋ยเคมี  การผลิตปุ๋ยฟอสเฟต ปุ๋ ย ฟ อ ส เ ฟ ต เ ป็ น ปุ๋ ย เ ค มี ที่ ใ ห๎ ธ า ตุ ฟอสฟอรัสในรูปสารประกอบฟอสเฟต ซึ่ งชํวย เสริมการเจริญเติบโต และความแข็งแรงของพืช ทั้งสํ ว นราก ล าต๎น และใบ ตลอดจนการออก ดอกออกผล ปุ๋ ย ฟอสเฟตที่ ใ ช๎ ใ นปั จ จุ บั น มี อ ยูํ หลากหลายรูปแบบ เชํน  หินฟอสเฟต (Phosphate rock) เ ป็ น หิ น ที่ มี แ ค ล เ ซี ย ม ฟ อ ส เ ฟ ต (Ca3(PO4)2) เป็นองค์ประกอบหลัก บางครั้งอาจ พบในรูปของฟลูอออะไทต์ (Fluorapatite) สูตร ทางเคมีคอื Ca10F2(PO4)6 หรือไฮโดรซีอะพาไทต์ (Hydroxy apatite) สู ต รทางเคมี คื อ Ca1 0 ( PO4 ) 6 ( OH)2 มี สี ไมํ แ นํ น อ นขึ้ น อ ยูํ กั บ แหลํ ง ก าเนิ ด ตามธรรมชาติ หิ น ฟอสเฟตใน ประเทศไทยมีฟอสเฟต (P2O5) เป็นองค์ประกอบ ประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ และมีฟอสเฟตที่ เป็น ประโย���น์ตํ อพืชประมาณ 19 เปอร์เ ซ็น ต์ เมื่ อ นามาใช๎เป็นปุ๋ยจะบดหินฟอสเฟตให๎ละเอียดจน รํอนผํานตะแกรงขนาด 100 เมชได๎ หินฟอสเฟต บดจะปลดปลํอยฟอสเฟตที่เป็นประโยชน์ตํอพืช ออกมาได๎ เ ล็ ก น๎ อ ยและช๎ า มาก พื ช จึ ง น า ฟอสฟอรัสไปใช๎ประโยชน์ได๎น๎อยมาก ทาให๎ต๎อง ใช๎ หิ น ฟอสเฟตในปริ ม าณมากซึ่ ง ไมํ คุ๎ ม คํ า จึ ง นิยมนาหินฟอสเฟตมาใช๎เป็นวัตถุดิบในการผลิต ปุ๋ยฟอสเฟตอื่นๆ อีกหลายชนิด  ออร์ดนิ ารีซูเปอร์ฟอสเฟต (Ordinary superphosphate or Normal superphosphate) สู ต รทางเคมี คื อ Ca(H2 PO4 ) 2 H2 O มี ฟอสเฟตประมาณ 20 เปอร์เซ็นต์ มีแคลเซียม

209301

ประมาณ 20 เปอร์ เ ซ็ น ต์ และมี ก ามะถั น ประมาณ 12 เปอร์เ ซ็นต์ มีคุณสมบัติเ ป็นกรด (pH ประมาณ 3) มีลักษณะเป็นผลึกสีเทาหรือสี น้าตาลละลายน้าได๎ประมาณ 85 เปอร์เซ็นต์  ซูเปอร์ฟอสเฟตเข๎มข๎น (Concentrated superphosphate) นิยมเรียกกันโดยทั่วไปวําทริปเปิลซูเปอร์ ฟอสเฟต (Triple superphosphate) หรือทรีเบิล ซู เ ปอร์ ฟ อสเฟต (Treble superphosphate) ฟอสเฟตในปุ๋ย ชนิดนี้สํวนใหญํจะอยูํใ นรูป ของ Ca(H2PO4)2H2O มีปริมาณฟอสเฟตประมาณ 45 เ ป อ ร์ เ ซ็ น ต์ แ ค ล เ ซี ย ม ป ร ะ ม า ณ 1 2 -1 6 เป อ ร์ เ ซ็ น ต์ แ ละ ก า ม ะถั น ป ร ะม า ณ 1 -2 เปอร์เซ็นต์ มีสีขาว เทา หรือน้าตาล ละลายน้า ได๎ดี 

กรดฟอสฟอริก (Phosphoric acid) สูตรทางเคมี คือ H3PO4 เป็นกรดไมํมีสี มี ฟอสเฟตประมาณ 28-30 เปอร์เซ็นต์ หรือ 5060 เปอร์เซ็นต์ขึ้นกับการผลิต การใช๎งานใช๎โดย การฉีดพํนลงสูํดินหรือใช๎รํวมกับการให๎น้าในดิน ที่เป็นดํางหรือดินปูน  กรดซูเปอร์ฟอสฟอริก (Superphosphoric acid) องค์ ป ระกอบสํ ว นใหญํ คื อ กรดออร์ โ ธ ฟอสฟอริก (Orthophosphoric acid, H3PO3) กรด ไพโรฟอสฟอริก (Pyrophosphoric acid, H4P2O7) และกรดไตรโพลีฟอสฟอริก (Tripolyphosphoric acid, H5P3O10) มีฟอสเฟตอยูํประมาณ 70-76 เปอร์เซ็นต์ ใช๎ในการผลิตปุ๋ยเกล็ดหรือปุ๋ยน้า

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

26


กระบวนการผลิตปุ๋ยเคมี

209301

การผลิตปุ๋ย Ordinary superphosphate ด๎วยกระบวนการ Acidulation

การผลิตปุ๋ย Triple superphosphate การผลิตปุ๋ยฟอสเฟตในปัจจุบันใช๎หินฟอสเฟตเป็นวัตถุดิบ แหลํงหินฟอสเฟตในประเทศไทยมี หลายจังหวัด เชํน จังหวัด ร๎อยเอ็ด กาญจนบุรี ลาพูน เพชรบูรณ์ และราชบุรี หินฟอสเฟตจากแหลํงหิน ดังกลําวมีฟอสฟอรัสคิดเป็นปริมาณของ P2O5 อยูํถึงร๎อยละ 20-40 การนาหินฟอสเฟตมาใช๎ผลิตปุ๋ย ฟอสเฟตสามารถทาได๎โดยการนาหินฟอสเฟตมาทาปฏิกิรยิ ากับสารเคมีหรือกรดตํางๆ เชํน กรดไนตริก กรดไฮโดรคลอริก กรดฟอสฟอริ ก และกรดซัลฟิวริก เป็นต๎น ตัวอยํางกระบวนการผลิตปุ๋ยฟอสเฟต

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

27


กระบวนการผลิตปุ๋ยเคมี

209301

ได๎ แ กํ การน าหิ น ฟอสเฟตมาผสมกั บ ทรายและโซดาแอช แล๎ ว เผาที่ อุ ณ หภู มิ 1000 -1200 องศา เซลเซียส ประมาณ 2 ชั่วโมง จะเกิดการเปลี่ยนแปลง ดังนี้ 2(CaF2.3Ca3(PO4)2) + 5SiO2 + 6Na2CO3

12CaNaPO4 + 4Ca2SiO4 + SiF4+6C2

จากนั้นนาสารผสมที่ได๎จากการเผาเทลงในน้าเพื่อทาให๎เย็นลงทันที จะได๎สารที่มีลักษณะพรุน เปราะและบดให๎ละเอียดได๎งําย สามารถใช๎เป็นปุ๋ยฟอสเฟตที่ให๎ปริมาณ P2O5 ได๎ถึงร๎อยละ 27.5 จึงเป็น วิธีหนึ่งที่นาหินฟอสเฟตมาใช๎อยํางคุ๎มคํา นอกจากนี้หากนาหินฟอสเฟตที่บดแล๎วมาทาปฏิกิริยากับกรด ซัลฟิวริกที่มคี วามเข๎มข๎น 4-5 mol/dm3 ทาให๎ได๎ปุ๋ยฟอสเฟตที่มีคุณภาพสูงขึ้น ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นอยําง รวดเร็ว ได๎ปุ๋ยฟอสเฟตประเภทกรดฟอสฟอริก (H3PO4) ดังสมการ CaF2.3Ca3(PO4)2 + 10H2SO4

6H3PO4 + 10CaSO4 + 2HF

การผลิตกรดฟอสฟอริกด๎วยกระบวนการ Thermal or Electric furnace process ซึ่งกรดฟอสฟอริกที่เกิดขึ้นสามารถนาไปผลิตปุ๋ยฟอสเฟตประเภทมอนอแคลเซียมฟอสเฟต ตํอได๎อีก โดยให๎กรดฟอสฟอริกทาปฏิกิริยากับหินฟอสเฟต ซึ่งปฏิกิริยาในขั้นนี้เกิดขึ้นอยํางช๎าๆ ต๎อง เก็บหรือบํมไว๎ประมาณ 1 เดือน เพื่อให๎ปฏิกิริยาเกิดขึ้นอยํางสมบูรณ์ ดังสมการ CaF2.3Ca3(PO4)2 + 14H3PO4

10Ca(H2PO4)2 + 2HF

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

28


กระบวนการผลิตปุ๋ยเคมี

209301

การผลิตกรดฟอสฟอริกด๎วยกระบวนการ Wet process จากปฏิกิริยาการผลิตปุ๋ยฟอสเฟตพบวําจะมีสาร CaF2 ในสํวนประกอบของหินฟอสเฟต ซึ่ง เมื่อทาปฏิกิรยิ ากับกรดจะได๎ HF ซึ่งระเหยกลายเป็นไอได๎งําย และเป็นพิษสูง จึงต๎องกาจัดโดยการผําน ก๏าซ HF ลงในน้า ทาให๎ได๎สารละลายที่มีสภาพเป็นกรด จากนั้นจึงทาให๎เป็นกลางโดยทาปฏิกิริยากับ โซดาแอชหรือหินปูน เกิดปฏิกิรยิ าดังนี้ 2HF + Na2CO3 2HF + CaCO3

2NaF + H2O + CO2 CaF2 + H2O + CO2

หรือนาก๏าซ HF ที่เกิดขึ้นทาปฏิกิริยากับทราย (SiO2) ได๎เป็นก๏าซ SiF4 ซึ่งสามารถรวมกับ H2O ได๎ทันที เกิด เป็น H2SiF6 และเมื่อนา H2SiF6 มาทาปฏิกิริย าตํอกั บ MgO จะได๎แมกนีเ ซีย มซิลิโกฟลูออไรด์ (MgSiF6) ซึ่งใช๎เป็นสารกาจัดแมลงได๎ ปฏิกิรยิ าที่เกิดขึ้นแสดงได๎ดังนี้ 6HF + SiO2 H2SiF6 + MgO

H2SiF6 + 2H2O MgSiF6 + H2O

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

29


กระบวนการผลิตปุ๋ยเคมี

209301

 การผลิตปุ๋ยโพแทส ปุ๋ยโพแทส คือ ปุ๋ยเคมีที่มีธาตุโพแทสเซียมเป็นองค์ประกอบ ปุ๋ยชนิดนี้นิยมบอกความเข๎มข๎น เป็นคําร๎อยละโดยมวลของ K2O ในสมัยกํอนแหลํงของปุ๋ยโพแทสได๎จากขี้เถ๎าจากเตาถํานหรือจากการ เผากิ่งไม๎ ใบไม๎ และเศษเหลือของพืช แตํในปัจจุบันการผลิ ตปุ๋ยโพแทสจะใช๎แรํโพแทสเป็นวัตถุดิบหลัก ประเทศไทยมีแหลํงแรํโ พแทสเป็นจานวนมากในภาคตะวันออกเฉีย งเหนือในรูป ของแรํคาร์นัลไลต์ (Carnallite, KCl.MgCl2.6H2O) และแรํซิลวาไนต์ (Sylvinite, KCl.NaCl) ตัวอยํางของปุ๋ยโพแทสที่ใช๎ใน ปัจจุบัน ได๎แกํ - โพแทสเซียมคลอไรด์ (Potassium chloride) หรือมิวริเอทออฟโพแทช (Muriate of potash) สูตรเคมี คือ KCI มีโพแทสเซียมประมาณ 60 เปอร์เซ็นต์ มีลักษณะคล๎ายเกลือกแกง การใช๎ปุ๋ย โพแทสเซียมคลอไรด์ควรพิจารณาถึงความต๎องการและความทนทานตํอพิษของคลอรีนของพืช พืชบาง ชนิดทนทานตํอพิษของคลอรีนได๎สู ง เชํน มะเขือเทศ และผักกาดหัว แตํพืชบางชนิด เชํน ยาสูบ ไมํ ทนทานตํอพิษจากคลอรีน การผลิตปุ๋ยโพแทสเซียมคลอไรด์ทาได๎โดยใช๎แรํซิลวาไนต์มาบดให๎ละเอียด แล๎วละลายในน้าที่มีอุณหภูมิประมาณ 90 องศาเซลเซียส จากนั้นเติมสารละลายเกลือแกงที่อิ่มตัวลง ไป กรองแยกโคลนและตะกอนออก แล๎วระเหยน้าเพื่อให๎สารละลายมีความเข๎มข๎นมากขึ้นจนทาให๎ KCl ตกผลึก จากนั้นทาการแยกผลึกออกแล๎วอบให๎แห๎ง หรืออาจผลิตจากน้าทะเล โดยการระเหยน้าทะเล ด๎วยความร๎อนจากแสงอาทิตย์เพื่อให๎มีความเข๎มข๎นสูงขึ้น เกลือ NaCl จะตกผลึกแยกออกมากํอน นา สารละลายที่ได๎ไประเหยน้าออกเพื่อทาให๎มีความเข๎มข๎นมากขึ้นทาให๎ KCl ตกผลึกออกมา  โพแทสเซียมซัลเฟต (Potassium sulphate) สูตรทางเคมี คือ K2SO4 มีโพแทสเซียมประมาณ 50 เปอร์เซ็นต์ มีสีขาวขุํน ละลายน้าได๎น๎อยกวํา โพแทสเซียมคลอไรด์ เป็นปุ๋ยที่มีราคาแพงกวําปุ๋ยโพแทสเซียมคลอไรด์ จึงนิยมใช๎รํวมกันระหวํางปุ๋ย โพแทสเซียมคลอไรด์และปุ๋ยโพแทสเซียมซัลเฟต การผลิตปุ๋ยโพแทสเซียมซัลเฟตทาได๎โดยการนาแรํ แลงไปไนต์ (Langbeinite, K2 SO4 .2MgSO4 ) มาบดให๎ ล ะเอี ย ดแล๎ ว ละลายในน้ าที่ มี อุ ณ หภู มิ ประมาณ 50 องศาเซลเซียสจนเป็นสารละลายอิ่มตัว แล๎วเติมสารละลาย KCl ที่เข๎มข๎นลงไป จะได๎ ผลึก K2SO4 ออกมาดังสมการ K2SO4.2MgSO4 + 4KCl

3K2SO4 + 2MgCl2

โพแทสเซียมไนเตรต (Potassium nitrate) มีสูตรเคมี คือ KNO3 ปุ๋ยชนิดนี้ให๎ไนโตรเจนประมาณ 13 เปอร์เซ็นต์ และให๎โพแทสเซียม ประมาณ 46 เปอร์เซ็นต์ การผลิตปุ๋ยโพแทสเซียมไนเตรตทาได๎โดยการนา KCl มาทาปฏิกิรยิ ากับ NaNO3 จะได๎ปุ๋ยโพแทสเซียมไนเตรต ดังสมก���ร KCl + NaNO3 KNO3 + NaCl

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

30


กระบวนการผลิตปุ๋ยเคมี การผลิตปุ๋ยผสม ปุ๋ ย ผสมได๎ จ ากการน าปุ๋ ย ไนโตรเจน ปุ๋ ย ฟอสเฟส และปุ๋ ย โพแทสมาผสมรวมกั น เพื่อให๎ได๎สัดสํวนของธาตุอาหารพืชตามต๎องการ หรือเป็นปุ๋ยที่ได๎จากการนาเอาปุ๋ ยตั้งแตํ 2 ชนิด ขึ้นไปมาผสมกัน เมื่อผสมแล๎วอาจมีธาตุอาหาร หลักเพียงธาตุเดียวก็ได๎ ปุ๋ยผสมแบํงออกเป็น 2 ชนิด ดังนี้  ปุ๋ยผสมแบบปั้นเม็ด (Steam granulation) ผลิตโดยนาแมํปุ๋ยตั้งแตํ 2 ชนิดขึ้นไปมาผสมกับ สารเติมแตํง (Fertilizer additive) และสารเพิ่ม น้าหนั ก (Fillers) เพื่ อ ให๎ น้ าหนั ก ครบตามที่ ต๎องการ จากนั้นฉี ด พํน ไอน้า หรือ สารละลาย ตํางๆ เชํน NH4OH, H2SO4 หรือ H3PO4 เป็นต๎น ลงไปเพื่อให๎สํวนผสมชื้น ปลํอยให๎ปฏิกิริยาเคมี ตําง ๆ เกิ ดขึ้นจนสมบูรณ์ แล๎ว จึงปั้นสํว นผสม ทั้งหมดให๎เป็นเม็ด ปุ๋ยผสมชนิดนี้มธี าตุอาหาร

209301

พื ช สม่ าเสมอทุ ก เม็ ด ใช๎ แ มํ ปุ๋ ย ได๎ ห ลากหลาย ชนิด และสามารถผลิตปุ๋ยผสมได๎มากสูตรกวํา ปุ๋ยผสมชนิดคลุกเคล๎า  ปุ๋ยผสมแบบคลุกเคล๎า (Bulk blend) เป็นปุ๋ย ที่ น าเอาแมํ ปุ๋ ย ที่ มี ก ารปั้ น เม็ ด แล๎ ว น ามาผสม คลุ ก เค ล๎ า กั น ด๎ วย วิ ธี ท า ง กล ( Mechanical mixing) เพื่อให๎ได๎สูตรตามที่เราต๎องการ ซึ่งงํ าย และสะดวกกวําวิธีปั้นเม็ดมาก แตํต๎องคานึงถึง ขนาดของแมํปุ๋ยที่ใช๎ต๎องมีขนาดใกล๎เคียงกันเพื่อ ปูองกันความไมํสม่าเสมอของธาตุอาหารในแตํ ละเม็ด การผลิ ตปุ๋ย ผสมชนิด นี้มี ต๎นทุ นในการ ผลิตต่า แตํการผลิตปุ๋ยผสมแบบนี้เลือกใช๎แมํปุ๋ย ไ ด๎ น๎ อ ย ช นิ ด เ นื่ อ ง จ า ก แ มํ ปุ๋ ย จ ะ ต๎ อ ง ไ มํ เกิดปฏิกิรยิ าเคมีตอํ กัน มีขนาดเม็ดปุ๋ยและความ หนาแนํนใกล๎เคียงกัน เพื่อไมํให๎ปุ๋ยแยกออกจาก กันระหวํางการขนสํง

การควบคุมการปลดปล่อยธาตุอาหารพืช ปุ๋ยเคมีสํวนใหญํมักอยูํในรูปของสารประกอบที่สามารถละลายและปลดปลํอยธาตุอาหารพืช ได๎ ความสามารถในการละลายของปุ๋ยแตํละชนิดมักแตกตํางกัน ปุ๋ยชนิดละลายเร็วสามารถละลายน้า และปลดปลํอยธาตุอาหารได๎ดี พืชสามารถนาธาตุอาหารไปใช๎ได๎ทันที แตํบางครั้งพืชก็ไมํสามารถดูดไป ใช๎ได๎ทั้งหมด ทาให๎เกิดการสูญเสียปุ๋ยเคมีลงสูํดิน ดังนั้นในกระบวนการผลิตปุ๋ยจึงมักมีการเคลือบปุ๋ย ด๎วยสารเคลือบปุ๋ยเพื่อควบคุมการปลดปลํอยธาตุอาหารพืชหรือชะลอการปลดปลํอยธาตุอาหารให๎ เหมาะสมกับการนาไปใช๎ของพืช สารเคลือบปุ๋ยมักเป็นสารที่ไมํละลายน้า ต๎องรอให๎สารเคลือบที่หุ๎มเม็ด ปุ๋ ย นั น อํ อ นตั ว หรื อ สลายตั ว กํ อ น เนื้ อ ปุ๋ ย จึ ง สามารถละลายออกมาได๎ กรรมวิ ธี ก ารควบคุ ม การ ปลดปลํอยธาตุอาหารมีหลายประเภท ได๎แกํ

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

31


กระบวนการผลิตปุ๋ยเคมี  การเคลือบด๎วยสารที่ยอมให๎น้าผํานได๎บ๎าง (semipermeable membrane) เชํ น ขี้ ผ้ึ ง ก ามะถั น และพอลิ เ อทิ ลี น เป็ น ต๎ น เม็ ด ปุ๋ ย ที่ เคลือบด๎ว ยสารนี้เ มื่อสั มผัส กับ น้าในดิน น้าจะ คํ อ ยๆ ซึ ม ผํ า นเปลื อ กของสารเคลื อ บเข๎ า ไป ละลายเนื้อปุ๋ยเป็นสารละลายเกลือเข๎มข๎น ทาให๎ ภายในเปลือกที่หุ๎มเม็ดปุ๋ยเกิดความดันออสโม ซิส มีผลทาให๎เปลือกหุม๎ หรือสารเคลือบเกิดการ แตกร๎ า ว และเนื้ อ ปุ๋ ย คํ อ ยๆ ละลายออกสูํ ดิ น อยํางตํอเนื่องและเป็นระยะเวลานาน  การเคลือบด๎วยสารกันน้าแตํมีรูเล็กๆ (pin holes) เม็ดปุ๋ยที่เคลือบด๎ว ยสารนี้เมื่อสัมผัส กั บ

209301

น้าในดิน น้าจะคํอ ยๆ ซึม ผํ านเปลือ กของสาร เคลือบเข๎าไปละลายเนื้อปุ๋ย และสารละลายปุ๋ย จะซึมผํานรูเล็กๆ ของสารเคลือบสูํดนิ  การเคลือบด๎ วยสารกั นน้าที่สามารถยํอ ย สลายด๎วยจุลินทรีย์ สารเคลือบปุ๋ยชนิดนี้จะถูก สลายด๎วยจุลินทรีย์ในดิน ทาให๎น้าในดินสามารถ ผํานเข๎าไปละลายเนื้อปุ๋ยได๎ อัตราการละลายหรือการปลดปลํอยธาตุ อาหารของปุ๋ยที่ผํานการเคลือบด๎วยสารเคลือบ ปุ๋ย จะขึ้นกั บความหนาของสารเคลือบ วิธีก าร เคลือบ และชนิดของปุ๋ย

เอกสารอ้างอิง [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7]

http://www.sswm.info/category/concept/nutrient-cycle http://www.doae.go.th/ni/punt/punt_1.htm http://www.compost.mju.ac.th/aerated/demo/tech.htm http://www.businessinsider.com/peak-phosphorus-and-food-production-2012-12?op=1 http://www.farmkaset.org/contents/?content=01025 http://wspanamainc.com/fertilizer.html http://www.ncagr.gov/cyber/kidswrld/plant/label.htm

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

32


กระบวนการผลิตน้าตาล 209301

บทที่ 3

กระบวนการผลิตน้าตาล ตั้งแตํสมัยโบราณมนุษย์รู๎จักการทาน้าตาลจากน้าหวานของต๎นตาล จึงเรียกวําสารให๎ความ หวานนั้นวํา "น้าตาล" จนปัจจุบันถึงแม๎วํารูปแบบของสารให๎ความหวานจะเปลี่ยนไปทั้งรูปลักษณ์และ วัตถุดิบ แตํชื่อน้าตาลก็ยังคงถูกใช๎อยูํ สาหรับภาษาอังกฤษ คาวํา "ซูการ์" (Sugar) รับผํานตํอมาจาก ภาษาฝรั่งเศส วํา "Sucre" ซึ่งก็ รับ ตํอกั นมาเป็นทอดๆ ดังนี้ คือ จากภาษาอิตาลี Zucchero > ภาษาอาหรับ Sukkar > ภาษาเปอร์เซีย Shakar > ภาษาสันสกฤต "ศรฺกรา" ซึ่งมีความหมายวําน้าตาล หรือก๎อนกรวด (pebble) ในภาษาบาลีเรียกวํา "สกฺขรา" (sakkhar) และตรงกับภาษาฮินดีวํา "สกฺกรฺ" (Sakkar)

History of sugar – Europe [1]

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

33


กระบวนการผลิตน้าตาล 209301 น้ าตาล คื อ สารให๎ ค วามหวานตาม ธรรมชาติชนิดหนึ่ง มีชื่อเรียกหลายแบบขึ้นอยูํ กับรูปรํางลักษณะของน้าตาล เชํน น้าตาลทราย น้าตาลกรวด น้าตาลก๎อน น้าตาลปีบ เป็นต๎น

น้าตาลประเภทตํางๆ [2] แตํโ ดยทั่ว ไปในทางเคมีน้ าตาลมีชื่อทาง วิทยาศาสตร์วํา ซูโครส (Sucrose) หรือแซคคา โรส ไดแซคคาไรด์ (Saccharose disaccharide) ที่มีลักษณะเป็นผลึกของแข็งสีขาว น้าตาลเป็น สารเพิ่มความหวานที่นิยมใช๎กันอยํางแพรํหลาย ทั้งการบริโภคในครัวเรือนและในอุตสาหกรรม การผลิ ต อาหาร โดยเฉพาะอยํ า งยิ่ ง การผลิ ต ขนมหวานและเครื่องดื่ม ในทางการค๎าน้าตาล ผลิตจากพืชหลายชนิด เชํน อ๎อย (Sugar cane) ตาล (Sugar palm) มะพร๎าว (Coconut palm) เมเปิ้ลน้าตาล (Sugar maple) และหัวบีท (Sugar beet) เป็นต๎น สาหรับการผลิตน้าตาลของมนุษย์ มีห ลั ก ฐานพบวํา เมื่ อประมาณ ปี ค.ศ. 1043 ชาวเปอร์เ ซีย เป็นผู๎คิด ค๎นการปลูก อ๎อยเพื่อท า น้าตาล หลั งจากนั้น น้าตาลจึงแพรํหลายไปสูํ พืน้ ที่ใกล๎เคียง เชํน ในแถบทะเลเมดิเตอร์เรเนียน

ในชํวงระหวํางปี พ.ศ. 2544-2545 มีการผลิต น้ าตาลจากทั่ ว โลกประมาณ 134.1 ล๎ า นตั น ประเทศที่ ผ ลิ ต น้ าตาลจากอ๎ อ ยสํ ว นใหญํ เ ป็ น ประเทศในเขตร๎ อน เชํน ออสเตรเลีย บราซิ ล และประเทศไทย ในปี พ.ศ. 2544-2545 มีการ ผลิ ต น้ าตาลเพิ่ ม ขึ้ น สองเทํ า ในประเทศก าลั ง พั ฒ นา เมื่ อ เที ย บกั บ ประเทศที่ พั ฒ นาแล๎ ว ปริ ม าณน้ าตาลที่ ผ ลิ ต มากที่ สุ ด อยูํ ใ นละติ น อเมริ ก า สหรั ฐ อเมริ ก า และชาติ ใ นกลุํ ม แคริ บ เบีย น และตะวั นออกไกล แหลํง น้าตาล จากหัวบีทจะอยูํในเขตอากาศเย็น เชํน ตะวันตก เฉีย งเหนือและตะวันออกของยุโ รป ญี่ปุนตอน เหนือ และบางพื้นที่ในสหรัฐอเมริการวมทั้งรัฐ แคลิฟอร์เนียด๎วย

ตัวอยํางพืชที่ใช๎ผลิตน้าตาล สาหรับการผลิตน้าตาลในประเทศไทยนั้น จะใช๎อ๎อยเป็นวัตถุดิบหลักในการผลิต ดังนั้นใน ที่นี้จะกลําวถึงการผลิตน้าตาลจากอ๎อยเทํานั้น อ๎อ ยกลายเป็ น พื ช เศรษฐกิ จ ที่ ส าคั ญ ชนิ ด หนึ่ ง ของประเทศไทยมาตั้ ง แตํ ส มั ย โบราณ ไมํ เพีย งแตํน ามาผลิต เป็ นน้ าตาลเทํ านั้ น แตํ จาก ประวัติศาสตร์พบวําอ๎อยมีบทบาทหลายอยํางใน อดี ต กาล เชํ น ใช๎ ใ นพิ ธี ก รรมตํ า งๆ แสดงถึ ง

ดร���ชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

34


กระบวนการผลิตน้าตาล ความสมบูรณ์ และความหวานแสดงถึงปัญญา โดยมักจะนาอ๎อยและกล๎วยเป็นของใช๎ประกอบ ในพิธีคูํกัน เชํน ใช๎ในพิธีมงคลหรือเทศกาลตํางๆ ทั้งเพื่อประดับหรือมีความหมายในทางที่เป็นสิริ มงคล เชํน ในขบวนแหํขันหมาก เป็นต๎น ใช๎ใ น งานประติมากรรมและสถาปัตยกรรมตั้งแตํสมัย ทวารวดีจนถึงสมัยรัตนโกสินทร์ โดยนาน้าอ๎อย ผสมกับปูนขาวใช๎สอปูนและฉาบผนัง ตลอดจน ยั ง ปรากฏเป็ น บทเพลงไทยตํ า งๆ มากมาย นอกจากนั้นอ๎อยยังเป็นสํวนผสมในตารับยาแผน โบราณได๎อกี ด๎วย

น้าตาลอ๎อย [3] อุตสาหกรรมน้าตาลไทย ประวั ติ ศ าสตร์ ก ารผลิ ต น้ าตาลของ ประเทศไทยเริ่ ม ถื อ ก าเนิ ด มาตั้ ง แตํ ยุ ค การ กํอกาเนิดเมื่อครั้งโบราณกาลและได๎สืบเนื่องมา จนถึ ง ยุ ค ปั จ จุ บั น อุ ต สาหกรรมน้ าตาลทราย ปรากฏหลั ก ฐานเป็ น เรื่ อ งราวมาตั้ ง แตํ ส มั ย สุ โ ขทัย โดยมีแ หลํงผลิ ตที่ส าคั ญ อยูํ ที่เ มือ ง สุโขทัย พิษณุโลก และกาแพงเพชร กลําวกันวํา น้ าตาลที่ ผ ลิ ต ได๎ ใ นตอนนั้ น เป็ น เพี ย งน้ าตาล ทรายแดง (Muscovado) หรือน้าตาลงบพื้นเมือง

209301

ตํอมาในปี พ.ศ. 1951 และ พ.ศ. 1955 ได๎มีการ สํงออกน้าตาลทรายแดงไปยังประเทศญี่ปุน การ ผลิตน้าตาลทรายแดงได๎ดาเนินกิจการด๎วยดีโดย มี แ หลํ ง ผลิ ต ใหมํ ที่ อ าเภอนครชั ย ศรี จั ง หวั ด นครปฐม และจั ง หวั ด ชลบุ รี เมื่ อ ปริ ม าณการ ผลิตมีมากกวําความต๎องการบริ โ ภค จึงมีก าร สํงออกไปยังตํางประเทศ กํอนที่แหลํงผลิตจะ ย๎ายมายังลุํมน้าทําจีน และบริเวณตอนลํางของ ลุํมน้าเจ๎าพระยา โดยมีการสํงออกอยํางมากใน สมั ย รั ช กาลที่ 2 และ 3 (พ.ศ. 2352-2375) และเริ่ ม เสื่ อ มถอยจนต๎อ งมีก ารน าเข๎ า น้าตาล จากตํางประเทศในปี พ.ศ. 2436 จนกระทั่งได๎มี การพั ฒ นาการผลิ ต น้ าตาลด๎ ว ยกรรมวิ ธี สมัยใหมํในยุโรป ทาให๎ราคาน้าตาลในตลาดโลก ตกต่าลง การผลิตน้าตาลในประเทศไทยจึงต๎อง หยุดกิจการไปบ๎าง เหลือเพียงการผลิตเพื่อการ บริโภคภายในประเทศเทํานั้น ตํอมาในปี พ.ศ. 2480 รัฐบาลได๎เล็งเห็น ความสาคัญของอุตสาหกรรมนี้จึงได๎ตั้งโรงงาน น้าตาลทรายขาวที่ ทั น สมั ย เป็ น แหํ ง แรกชื่ อ วํ า "โรงงานน้ าตาลไทยล าปาง" ที่ อ าเภอเกาะคา จั ง หวั ด ล าปาง ด าเนิ น การโดยบริ ษั ท สโกด๎ า เวอรค์ ประเทศเชคโกสโลวาเกี ย เริ่ ม เปิ ด ดาเนิ น การหี บ อ๎ อ ยในวั น ที่ 18 ธั น วาคม พ.ศ. 2480 มี ก าลั ง การหี บ อ๎ อ ยในระยะแรกวั น ละ 500 ตัน และในปี พ.ศ. 2485 ได๎มีการสร๎าง "โรงงานน้าตาลไทยอุตรดิตถ์" ขึ้นเป็นแหํงที่ 2 โดยซื้ อ โรงงานมาจากฟิ ลิ ป ปิ น ส์ เริ่ ม หี บ อ๎ อ ย ตั้งแตํเดือนกุมภาพันธ์พ.ศ. 2485 มีก าลังการ ผลิ ต 500 ตัน อ๎อ ยตํ อวั นเชํน เดี ย วกั น โรงงาน น้ าตาลทั้ ง 2 แหํ ง ยั ง เปิ ด ด าเนิ น การจนถึ ง

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

35


กระบวนการผลิตน้าตาล ปัจจุบัน โดยโรงงานน้าตาลลาปางมี กาลังการ ผลิต 2,938 ตันอ๎อยตํอวัน และ โรงงานน้าตาล ไทยอุตรดิตถ์มีกาลังการผลิต 1,738 ตันอ๎อยตํอ วัน ในปัจจุบันรัฐบาลได๎จัดระบบและควบคุม การผลิตและจ าหนํายอ๎อยและน้าตาลทรายที่ ผลิตจากอ๎อยของชาวไรํอ๎อย โดยให๎ชาวไรํอ๎อย และโรงงานน้าตาลทรายซึ่งเป็นผู๎มีสํวนได๎เ สีย โดยตรงรํวมมือกับทางราชการ ตั้งแตํการผลิต อ๎อยไปจนถึงการจัดสรรเงินรายได๎จากการขาย น้ าตาลทรายทั้ ง ในและนอกราชอาณาจั ก ร ระหวํ า งชาวไรํ อ๎ อ ยและโรงงานน้ าตาลทราย เพื่อให๎อุตสาหกรรมอ๎อยและน้าตาลทรายเติบโต

209301

โดยมี เ สถี ย รภาพ และเกิ ด ความเป็ น ธรรมแกํ ชาวไรํอ๎อย โรงงานน้าตาลทรายและประชาชน ผู๎ บ ริ โ ภ ค รั ฐ บ า ล จึ ง ไ ด๎ ป ร ะ ก า ศ ใ ช๎ พระราชบั ญ ญั ติ อ๎ อ ยและน้ าตาลทราย พ.ศ. 2527 เมื่อวันที่ 8 สิงหาคม พ.ศ.2527 เพื่อให๎ การซื้อขายอ๎อยตามพระราชบัญญัติดังกลําวมี กฎหมายรองรับ หลัก เกณฑ์และวิธี ก ารในการ ปฏิ บั ติ ข องฝุ า ยตํ า งๆ ที่ เ กี่ ย วข๎ อ ง ผลจากการ ประกาศใช๎พระราชบัญญัติฉบับดังกลําว ทาให๎มี การเปลี่ ย นแปลงโครงสร๎ า งในการบริ ห าร อุตสาหกรรมอ๎อยและน้าตาลทรายใหมํ ทาให๎มี ระบบการบริหารที่ชัดเจนและเป็นระเบียบยิ่งขึ้น นับจากนั้นมาจนกระทั่งปัจจุบัน

อุตสาหกรรมอ๎อยและน้าตาลทรายนั้นเป็นอุตสาหกรรมที่สร๎างสรรค์ประโยชน์ตํอสังคมและ ประเทศชาติเป็นอยํางมาก นารายได๎เข๎าสูํประเทศปีละประมาณ 30,000 ล๎านบาท อ๎อยกลายเป็นพืช เศรษฐกิจที่สาคัญชนิดหนึ่งของประเทศไทย มีพื้นที่ปลูกกระจายในจังหวัดตํางๆ มากกวํา 40 จังหวัด ประมาณ 6 ล๎านไรํ ผลผลิตอ๎อยตํอปีประมาณ 45-70 ล๎านตัน ผลิตน้าตาลได๎ 5-7 ล๎านตัน โดยเป็น น้าตาลที่บ ริโ ภคภายในประเทศ 2 ล๎านตันที่เ หลือสํงออกขายในตํางประเทศ มีมูลคํารวมมากกวํา 50,000 ล๎านบาทตํอปี โรงงานผลิตน้าตาลในประเทศไทยมีทั้งสิ้น 46 โรงงาน มีกาลังการผลิตรวมทั้ง สิน้ 623,390 ตันตํอวัน ตั้งกระจายอยูํใน 24 จังหวัด ดังนี้  ภาคเหนื อ มี 9 โรงงาน ในเขตจั ง หวั ด ล าปาง อุ ต รดิ ต ถ์ ก าแพงเพชร พิ ษ ณุ โ ลก เพชรบูรณ์ และนครสวรรค์  ภาคกลาง มี 18 โรงงานในเขตจั งหวั ดสิ งห์ บุ รี ลพบุ รี สระบุ รี อุ ทัย ธานี สุพ รรณบุ รี กาญจนบุรี ราชบุรี และประจวบคีรขี ันธ์  ภาคตะวันออก (ภาคกลาง) มี 5 โรงงาน ในเขตจังหวัดชลบุรีและสระแก๎ว  ภาคตะวันออกเฉี ยงเหนือ มี 14 โรงงาน ในเขตจังหวัดนครราชสีมา ชัย ภูมิ ขอนแกํน อุดรธานี กาฬสินธุ์ มุกดาหาร บุรีรัมย์ และสุรินทร์

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

36


กระบวนการผลิตน้าตาล

209301

โครงสร๎างการบริหารอุตสาหกรรมอ๎อยและน้าตาล [2]

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

37


กระบวนการผลิตน้าตาล

209301

สาหรับภายในประเทศ นอกจากการบริโภคน้าตาลในครัวเรือนแล๎ว น้าตาลยังมีสํวนเกี่ยวข๎อง กับอุตสาหกรรมขนม อุตสาหกรรมเครื่องดื่มตํางๆ ผลพลอยได๎จากการผลิตน้าตาล เชํน กากน้าตาล สามารถนาไปผลิตแอลกอฮอล์ เหล๎า ผงชูรส ปุ๋ย ฯลฯ กากอ๎อย สามารถนาไปูในการผลิตพลังงาน ไฟฟูา ทาเยื่อกระดาษ ปาติเคิลบอร์ด ทาให๎เกิดรายได๎ เกิดการจ๎างงาน ประมาณกันวําอุตสาหกรรม อ๎อยและน้าตาลทรายสร๎างเงินทุนหมุนเวียนในระบบเศรษฐกิจไมํต่ากวํา 150,000 ล๎านบาท ภายในโรงงานผลิตน้าตาลมีความต๎องการไอน้าและกระแสไฟฟูาจานวนมากในกระบวนการ ผลิตน้าตาล ปัจจุบันมีทุกโรงงานได๎นาเอาชานอ๎อยที่เหลือจากการผลิตมาเป็นเชื้อเพลิงในการผลิต ไฟฟูาและไอน้าใช๎ในโรงงาน หากกระแสไฟเหลือจากการใช๎ภายในโรงงานแล๎วสามารถขายตํอให๎กับการ ไฟฟูาฝุายผลิตแหํงประเทศไทย ซึ่งเป็นการแบํงเบาภาระของรัฐด๎านพลังงานได๎อีกทางหนึ่ง โรงงานผลิต น้าตาลในไทยมี 46 โรงงาน และหลายโรงงานได๎ทาการผลิตเอทานอลจากกากน้าตาล (molasses) ซึ่ง ในกระบวนการผลิตเอทานอลทาให๎ เกิดน้าเสียจานวนมาก น้าเสียเหลํานี้ยังสามารถนาไปผลิตเป็นก๏าซ ชีวภาพได๎ และเมื่อนาน้าเสียของทั้งกระบวนการผลิตน้าตาลและการผลิตเอทานอลมารวมกันก็จะมี ศักยภาพในการผลิตก๏าซชีวภาพได๎สูงขึ้น สาหรับวันทาการผลิตน้าตาลตํอปีนั้น 120 วัน โดยต๎นอ๎อย 1 ตันจะทาให๎เกิดน้าเสีย 0.11 ลูกบาศก์เมตร และน้าเสีย 1 ลูกบาศก์เมตรสามารถผลิตก๏าซชีวภาพได๎ 7 ลูกบาศก์เมตร ประเภทของน้าตาลทราย  แบ่งตามลักษณะการใช้งาน  น้าตาลทรายที่ใช๎ในกิจการอุตสาหกรรม (Industrial use sugar) ได๎แกํ น้าตาลทรายที่ น าไปใช๎ ใ นอุ ต สาหกรรมการตํ า งๆ ได๎ แ กํ อุตสาหกรรมอาหาร เชํน ผลิตภัณฑ์นมข๎นหวาน ไอศกรีม น้าอัดลมหรือเครื่องดื่มตํางๆ ลูกกวาด ขนมปังหวาน ผลิตภัณฑ์อาหารกระป๋อง ผลไม๎ กระป๋อง แยม และใช๎ในเภสัชอุตสาหกรรม เป็น ต๎น  น้ าตาลทรายที่ ไ มํ ใ ช๎ ใ นอุ ต สาหกรรม (Non-industrial use sugar) ได๎แกํ น้าตาลทราย ที่ใช๎บริโภคในครัวเรือน ร๎านอาหาร และร๎านค๎า ขนมหวานทั่วไป

 แบ่งตามลักษณะการผลิต  น้าตาลพื้นเมือง หรือน้าตาลไมํมีเกล็ด (Non-centrifugal sugar) เป็นน้าตาลที่ไมํได๎ทา การแยกกากและผลึ ก น้ าตาลออกจากกั น ลักษณะน้าตาลพืน้ เมืองจึงเป็นครีมข๎น เหนียว มี สีน้าตาลอํอนถึงน้าตาลเข๎ม อาจนามาหลํอขึ้ น รู ป ในพิ ม พ์ ตํ า งๆ น้ าตาลพื้ น เมื อ งมั ก ผลิ ต ใน ครั ว เรื อ นที่ ผู ก พั น สอดคล๎ อ งกั บ ธรรมชาติ วัตถุดิบที่นามาทาน้าตาลประเภทนี้จะได๎จากพืช ท๎องถิ่น เชํน มะพร๎าว ต๎นตาล ต๎นจาก น้าตาล พืน้ เมืองยังสามารถแบํงออกเป็น - น้าตาลจากอ๎อย เป็นน้าตาลที่ได๎จาก การเคี่ ย วน้ าอ๎ อ ย แตํ ไ มํ มี ก ารปั่ น แยกกาก ลั ก ษณะที่ ไ ด๎ จึ ง เป็ น ผงสี น้ าตาลแดงอํ อ น มี

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

38


กระบวนการผลิตน้าตาล ความชื้ น มาก เชํ น น้ าตาลทรายแดง (Brown sugar) - น้าตาลจากพืชตระกูลปาล์ม ซึ่งได๎จาก การเคี่ย วน้าหวานที่เ ก็ บ รวบรวมจากการปาด งวงหรื อ ก๎ า นชู ด อกของพื ช ตระกู ล ปาล์ ม เชํ น มะพร๎าว ตาลโตนด และต๎นจาก โดยน้าตาลที่ได๎ มีลักษณะเป็นครีมสีน้าตาลอํอน มีรสหอมหวาน ในบางพื้นที่นาน้าตาลไปบรรจุในปี๊ป จึงเรียกวํา น้าตาลปี๊ป หรือบางแหํงนาไปเทลงพิมพ์และทา ให๎เป็นก๎อน เรียกวํา น้าตาลปึก - น้ าตาลกรวด มี ลั ก ษณะเป็ น ก๎ อ น เหลี่ยม คล๎ายสารส๎ม มีสีขาวใส ได๎จากการตก ผลึ ก น้ าเชื่ อ มหรื อ การน าน้ าตาลทรายขาว บริสุทธิ์ไปผํานการะบวนการตกผลึกเสียใหมํให๎ ก๎อนผลึกใหญํขึ้น อาจมีการเคลือบผลึกน้าตาล กรวดด๎วยสีตํางๆ บางชนิดก็ มีกลิ่นด๎ว ย เชํน สี เขีย วของใบเตย สีมํ ว งอํอ นจากดอกอั ญ ชั น สี เหลื อ งจากดอกค าฝอย สี น้ าตาลจากน้ าตาล เคี่ยวไหม๎ หรือใสํกลิ่นคาราเมล เป็นต๎น น้าตาล กรวดมีรสหวานน๎อยกวําน้าตาลชนิดอื่น  น้ าต าลจ ากโ รง งาน อุ ต ส าหก รร ม เรียกวํา น้าตาลทราย หรือ Centrifugal sugar ในประเทศไทยผลิตจากอ๎อยเป็นหลัก โดยผลิต จากเครื่องจักรในโรงงานอุตสาหกรรม น้าตาลที่ ได๎เป็นน้าตาลเกล็ดมีความชืน้ ต่า แบํงออกเป็น 4 ชนิด คือ

209301

- น้าตาลทรายดิบหรือน้าตาลทรายสีรา (Raw sugar) มีลักษณะเป็นผลึกสีเหลืองเข๎ม คล๎ายสีของราข๎าว มีกากอ๎อยเจือปนในปริมาณ มาก ไมํผํานกระบวนการฟอกสี - น้าตาลทรายขาว (White sugar) เป็น น้าตาลที่ มีความบริสุท ธิ์ สูง เป็ นเกล็ด สีขาวใส จนถึงเหลืองอํอน ผลิตจากน้าอ๎อยโดยตรง ผําน กระบวนการฟอกสี มีความชื้น ต่า เกล็ดรํวนไมํ ติดกัน - น้ าตาลทรายขาวบริ สุ ท ธิ์ (Refined sugar) เป็น น้าตาลที่ มีค วามบริสุ ท ธิ์ สูง กวํ า น้าตาลทรายขาว มีลักษณะเป็นเกล็ดสีขาวใส มี ความชื้นต่ามาก ผลิตจากน้าตาลทรายดิบโดยมี กระบวนการผลิ ต ที่ ค ล๎ า ยกั บ การผลิ ต น้ าตาล ทรายขาว

น้าตาลทรายประเภทตํางๆ

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

39


กระบวนการผลิตน้าตาล

209301

กระบวนการผลิตน้าตาลทราย ในที่นี่จะกลําวถึงเฉพาะกระบวนการผลิตน้าตาลทรายจากอ๎อยซึ่งเป็นอุตสาหกรรมหลักของ ประเทศไทยเทํานั้น โดยกระบวนการผลิตน้าตาลทรายประเภทตํางๆ มีดังนี้  กระบวนการผลิตน้าตาลทรายดิบ หลังจากที่ ชาวไรํอ๎อ ยตัดอ๎อยที่ ได๎ อ ายุ ใ นการตั ด คื อ ประมาณ 10 เดือนขึ้นไป หรือแล๎วแตํพันธุ์อ๎อยก็จะ บรรทุก สํงเข๎าโรงงานน้าตาล ซึ่งปกติ จะกาหนดเปิดหีบอ๎อยประมาณปลาย เดื อนพฤศจิ ก ายนหรื อเดือ นธั นวาคม ของทุกปี สาหรับการผลิตน้าตาลทราย ดิ บ ที่ ใ ช๎ อ๎ อ ยเป็ น วั ต ถุ ดิ บ หลั ก ในการ ผลิ ต ประกอบด๎ ว ยขั้ น ตอนการผลิ ต ดังนี้ การตัดอ๎อย [4]

การเตรียมอ้อย (Cane preparation)

การหีบสกัดน้าอ้อย (Milling)

การทาน้าอ้อยใส (Clarification)

การแยกผลึกน้าตาล (Centrifugation)

การตกผลึกน้าตาล (Crystallization)

การระเหยน้าอ้อย (Evaporation)

การอบแห้ง (Drying)

การบรรจุหบี ห่อ (Packaging) ขั้นตอนการผลิตน้าตาลทรายดิบ

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

40


กระบวนการผลิตน้าตาล

209301

กระบวนการผลิตน้าตาลทรายดิบจากอ๎อย [5] การเตรียมอ๎อย (Cane preparation) ขั้นตอนการเตรีย มอ๎อยเพื่อปูอนเข๎าลูก หีบ เป็นจุดสาคัญ อันดับ แรกของกระบวนการผลิต น้าตาลทราย ซึ่งจะต๎องดูแลอยํางใกล๎ชิดเพราะเป็นจุดที่สามารถชํ วยให๎การสกัดน้าอ๎อยหรือน้าตาล ออกจากอ๎อยได๎มากที่สุด โดยการแปรรูปอ๎อยให๎อยูํในสภาพที่ชุดลูกหีบสามารถสกัดน้าอ๎อยหรือ น้าตาลจากอ๎อยได๎อยํางสะดวกราบรื่นและมีประสิทธิภาพสูง ขั้นตอนการเตรียมอ๎อยเริ่มจากการ ลาเลียงอ๎อยเข๎าสูํเครื่องสับอ๎อยซึ่งประกอบด๎วยชุดมีดสับ แล๎ วสํงตํอเข๎าสูํเครื่องฉีกอ๎อย (Shredder) และเครื่องตีอ๎อย (Crusher) เพื่อทาให๎อ๎อยอยูํในรูปของเส๎นใยหรือฝอยละเอียดกํอนปูอนเข๎าสูํชุดลูกหีบ โดยการเตรียมอ๎อยปูอนชุดลูกหีบนี้จะมีประสิทธิภาพอยูํในระดับที่ดี ถ๎าเซลล์อ๎อยถูกทาลายให๎แตกได๎ ประมาณร๎อยละ 80-85

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

41


กระบวนการผลิตน้าตาล

209301

การหีบสกัดน้าอ๎อย (Milling) ในขั้นตอนนี้อ๎อยที่ผํานการสับแล๎วซึ่งมีลักษณะเป็นฝอยหรือเป็นเส๎นยาวละเอียดพอควรถูก ลาเลียงเข๎าสูํเครื่องมือสกัดน้าอ๎อย ซึ่งโดยทั่วไป ได๎แกํ ชุดลูกหีบ ซึ่งติดตั้งเป็นแถวตํอเนื่องกัน แถวหนึ่ง อาจประกอบด๎วยชุดลูกหีบ 4-6 ชุดแตกตํางกันในแตํละโรงงาน ลูกหีบชุดหนึ่งๆ ประกอบด๎วยลูกกลิ้ง 3 ลูก เพื่อชํวยจับยึดอ๎อยที่ปูอนเข๎ามาและคายออกไป และชํวยสกัดน้าอ๎อยระบายลงรางรับน้าอ๎อย ปัจจุบันมีบางโรงงานใช๎เครื่องสกัดน้าอ๎อยแบบใหมํ เรียกวํา ดิฟฟิวเซอร์ (Diffuser) แตํโรงงานน้าตาล ทั่วไปยังคงนิยมใช๎ชุดลูกหีบในการหีบสกัดน้าอ๎อย ในขณะทาการหีบสกัดน้าอ๎อยมักมีการพรมน้าร๎อน หรือน้าอ๎อย (Compound Imbibitions) ให๎อ๎อยสับเพื่อ ชํวยละลายน้าตาลในอ๎อยออกให๎หมด ผลิตภัณฑ์ที่ ได๎หลังการหีบสกัดน้าอ๎อย คือ กากอ๎อย (Bagasse) และน้าอ๎อยรวม (Mixed Juice) กากอ๎อยที่ออกจาก ลูกหีบชุดสุดท๎ายจะถูกลาเลียงโดยสะพานลาเลียง เข๎าสูํหม๎อน้า เพื่อใช๎เป็นเชื้อเพลิงผลิตไอน้าสาหรับ ใช๎ในกระบวนการผลิตและผลิตกระแสไฟฟูา โดยมี การควบคุ มคุ ณภาพกากอ๎อยที่ออกจากลูกหีบชุด สุดท๎ายไมํให๎มีความชื้นเกินร๎อยละ 4 เพื่อทาให๎ ลักษณะลูกหีบที่ใช๎ในการสกัดน้าอ๎อย [6] ประสิทธิภาพการเผาไหม๎ของเตาหม๎อน้าสูงขึ้น การทาน้าอ๎อยใส (Clarification) น้าอ๎อยรวมจากการหีบสกัดน้าอ๎อยจะถูกปั๊มผํานตะแกรงเพื่อกรองผงกากอ๎อยที่แขวนลอยอยูํ ออกไป จากนั้นจึงถูกสํงเข๎าสูํถังพักใสและให๎ความร๎อนจนน้าอ๎อยมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นเป็น 45-65 องศา เซลเซียส แล๎วจึงเติมน้าปูนขาวเพื่อปรับระดับความเป็นกรดดํางของน้าอ๎อยให๎อยูํในชํวง 7.0-7.2 ซึ่งจะ ทาให๎ผงกากอ๎อยและกากตะกอนตํางๆ ในน้าอ๎อยสามารถตกตะกอนแยกออกจากน้าอ๎อยได๎ หลังจาก ทิ้งน้าอ๎อยให๎ตกตะกอนแล๎ว น้าอ๎อยจะถูกสํงเข๎าเครื่องกรองแบบอัดความดัน (Filter press) เพื่อแยก น้าอ๎อยใสและกากตะกอน (Filter cake) ออกจากกัน สํวนกากตะกอนถูกลาเลียงออกนอกเข๎าสูํที่เก็บ เพื่อทาเป็นปุ๋ยให๎แกํชาวไรํอ๎อยตํอไป สํวนน้าอ๎อยใสซึ่งมีปริมาณน้าตาลประมาณร๎อยละ 15 จะถูกสํง เข๎าสูํขนั้ ตอนการระเหยตํอไป

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

42


กระบวนการผลิตน้าตาล

209301

การระเหยน้าอ๎อย (Evaporation) น้าอ๎อยที่ผํานการทาใสแล๎วจะถูกนาเข๎าสูํชุดหม๎อต๎ ม (Multiple effect evaporator) เพื่อระเหย เอาน้าออก จนได๎น้าอ๎อยที่มีความเข๎มข๎นประมาณ 65% อุณหภูมิของหม๎อระเหยแตํละตัวจะไมํเทํากัน ขึ้นอยูํกับคําความดันภายในที่ทาการควบคุมไว๎ น้าอ๎อยใสเมื่อออกจากหม๎อต๎มลูกสุดท๎ายจะมีความ เข๎มข๎น 60 – 65 บริกส์ เรียกวํา น้าเชื่อมดิบ (Syrup) การตกผลึกน้าตาล (Crystallization) น้ าเชื่ อ มดิ บ ที่ ไ ด๎ จ ากการระเหยจะถู ก ปู อ นเข๎ า หม๎อเคี่ยวระบบสุญญากาศ (Vacuum pan) เพื่อระเหยน้า ออกจนน้าเชื่อมมีความเข๎มข๎นสูงขึ้นถึงจุดอิ่มตัวยิ่งยวด ทา ให๎ ผ ลึ ก น้ าตาลเกิ ด การตกผลึ ก ขึ้ น โดยอาจมี ก ารเติ ม น้าตาลเม็ดละเอียดลงไปในน้าเชื่อมอิ่มตัวเพื่อเป็นแกํนให๎ เ กิ ด ผ ลึ ก น้ า ต า ล ห ลั ง ก า ร เ คี่ ย ว ใ น ห ม๎ อ เ คี่ ย ว จ ะ ประกอบด๎วยผลึกน้าตาลและกากน้าตาล (Molasses) ซึ่ง รวมกันเรียกวํา แมสิควิท (Massecuite)

ลักษณะแมสิควิท [8]

การแยกผลึกน้าตาล (Centrifugaling) แมสิควิทที่ได๎จากการเคี่ยวจะถูกนาไปปั่นแยกผลึก น้าตาลออกจากกากน้าตาล โดยใช๎เครื่อง ปั่น (Centrifugals) การแยกเม็ดน้าตาลอาศัยการทางานของหม๎อปั่นน้าตาลซึ่งมีหลายแบบหลายชนิด โดยทั่วไปหม๎อน้าตาลมักจะทาด๎วยเหล็กอํอนหรือเหล็กกล๎าหรือโลหะผสมนิเกิลหรือเหล็กกล๎าไร๎สนิม มี รูที่ข๎างหม๎อเป็นแถวสาหรับระบายกากน้าตาลขณะหม๎อปั่นทางาน โดยกากน้าตาลจะแยกตัวจากแม สิควิทด๎วยแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง สํวนผลึกน้าตาลจะค๎างบนตะแกรงหม๎อปั่นแล๎วรวมตัวกันไหลออก จากชํองระบายผลึก น้าตาลหลั งหม๎อปั่น ทาการล๎างผลึก น้าตาลด๎วยน้าร๎อนประมาณ 70 องศา เซลเซียส เพื่อล๎างเอากากน้าตาลที่เคลือบผิวอยูํออกไป จากนั้นจึงสํงเข๎าสูํระบบเปุาด๎วยลมร๎อนหรือ การอบแห๎งเพื่อไลํความชื้น ผลึกน้าตาลที่ได๎นี้จะเป็นน้าตาลทรายดิบซึ่งเป็นน้าตาลที่ยังไมํได๎ผํานการ ฟอกสี น้าตาลทรายดิบที่ได๎จะถูกนาไปจัดเก็บในที่จัดเก็บเพื่อจาหนํายหรือทาน้าตาลทรายขาว (White sugar) และน้าตาลทรายขาวบริสุทธิ์หรือน้าตาลรีไฟน์ (Refined sugar) ตํอไป

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

43


กระบวนการผลิตน้าตาล

209301

กระบวนการผลิตน้าตาลทรายขาวและน้าตาลทรายขาวบริสุทธิ์ น้าตาลทรายขาว (White sugar) และน้าตาลทรายขาวบริสุทธิ์ (Refined sugar) สามารถผลิต ได๎โดยใช๎น้าตาลทรายดิบหรือน้าเชื่อมดิบเป็นวัตถุดิบหลักในการผลิต ซึ่งขั้นตอนการผลิตน้าตาล ทรายขาวและน้าตาลทรายขาวบริสุทธิ์มีดังนี้  การผลิตน้าตาลทรายขาวและน้าตาลทรายขาวบริสุทธิ์จากน้าตาลทรายดิบ น้าตาลทรายดิบถูกนาไปละลายน้าแล๎วถูกผํานเข๎า 5 ขั้นตอนการผลิต ดังนี้

น้าตาลทรายดิบ

น้าตาลทรายขาว

ั่ การปนละลาย (Affinated Centrifugaling)

การอบแห้ง (Drying)

การทาความสะอาดและฟอกสี (Clarification and bleaching)

การแยกผลึกน้าตาล (Centrifugation)

การตกผลึกน้าตาล (Crystallization)

กระบวนการผลิตน้าตาลทรายขาวจากน้าตาลทรายดิบ

กระบวนการผลิตน้าตาลทรายขาวจากน้าตาลทรายดิบ [5]

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

44


กระบวนการผลิตน้าตาล

209301

- การปั่นละลาย (Affinated Centrifugaling) นาน้าตาลทรายดิบมาผสมกับน้าร๎อนหรือน้าเหลืองจากการปั่นละลาย (Green Molasses) เพื่อ ละลายกากน้าตาลที่ตดิ เป็นฟิล์มบางๆ บนผลึกน้าตาลทรายดิบออกมา และทาให๎สิ่งสกปรกที่เคลือบผิว น้าตาลอยูํอํอนตัวหรือละลายออกมา น้าตาลทรายดิบที่ผสมกับน้าร๎อนหรือน้าเหลืองนี้เรียกวํา แมกมํา (Magma) และแมกมํานีจ้ ะถูกนาไปปั่นแยกสํวนคราบน้าเหลืองหรือกากน้าตาลออก - การทาความสะอาดและฟอกสี (Clarification and bleaching) น้าเชื่อมที่ได๎จากหม๎อปั่นละลาย (Affinated syrup) จะถูกนาไปละลายอีกครั้งด๎วยน้าร๎อน (Melting) เพื่อละลายผลึกน้าตาลบางสํวนที่ยังละลายไมํหมดจากการปั่น จากนั้นจะถูกสํงผํานตะแกรง กรองเข๎าผสมกับปูนขาวในหม๎อฟอก (Carbonator) เพื่อทาการฟอกจางสีด๎วยกระบวนการคาร์บอเนชัน (Carbonation) โดยใช๎ก๏าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็น ตัวฟอกสี จากนั้นจะผํานเข๎าสูํการกรองโดยหม๎อ กรองแบบใช๎แรงดัน (Filter press) เพื่อแยกตะกอน ออก และน้าเชื่อมที่ได๎จะผํานไปฟอกสีเป็นครั้ง สุดท๎ายด๎วยกระบวนการแลกเปลี่ยนประจุ (Ion exchange resin) หรือการกรองผํานตัวกรอง เชํน ถํานกัมมันต์ (Activated carbon) ได๎เป็นน้าเชื่อมรี ไฟน์ (Refine liquor) น้าเชื่อมที่ผํานการฟอกสี - การตกผลึกน้าตาล (Crystallization) น้าเชื่อมรีไฟน์ที่ได๎จะถูกนาเข๎าหม๎อเคี่ยวระบบสูญญากาศ (Vacuum pan) เพื่อระเหยน้าออกจน น้าเชื่อมถึงจุดอิ่มตัว และผลึกน้าตาลเกิดการตกผลึกแยกออกมารวมอยูํกับกากน้าตาล - การแยกผลึกน้าตาล (Centrifugation) แมสควิทที่ได๎จากการเคี่ยวจะถูกนาไปปั่นแยกผลึกน้าตาลออกจากกากน้าตาล โดยใช๎เครื่องปั่น (Centrifugals) ผลึกน้าตาลที่ได๎น้ีจะเป็นน้าตาลรีไฟน์และน้าตาลทรายขาว - การอบแห๎ง (Drying) ผลึกน้าตาลรีไฟน์และน้าตาลทรายขาวที่ได๎จากการปั่นถูกสํงเข๎าเครื่องอบแห๎ง (Dryer) เพื่อไลํ ความชื้นออก แล๎วบรรจุกระสอบเพื่อจาหนํายตํอไป

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

45


กระบวนการผลิตน้าตาล

209301

 การผลิตน้าตาลทรายขาวและน้าตาลทรายขาวบริสุทธิ์จากน้าเชื่อมดิบ น้าเชื่อมดิบ ที่ไ ด๎จากขั้นตอนการระเหยน้าอ๎อยในการผลิตน้าตาลทรายดิบ จะถู ก นาไปผํา น ขั้นตอนตํางๆ ดังนี้ น้าเชื่อมดิบ

น้าตาลทรายขาว

การฟอกสี (Bleaching)

การตกผลึกน้าตาล (Crystallization)

การอบแห้ง (Drying)

การแยกผลึกน้าตาล (Centrifugation)

กระบวนการผลิตน้าตาลทรายขาวจากน้าเชื่อมดิบ สาหรับการฟอกสีน้าเชื่อมดิบนั้นจะใช๎กระบวนการ Sulphitation Process ทาได๎โดยการผําน ก๏าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) เข๎าไปในน้าเชื่อมดิบ พร๎อมๆ กับการเติมปูนขาว และการทาให๎น้าเชื่อม ดิบร๎อนขึ้นถึง 100-105 องศาเซลเซียส ซึ่งจะทาให๎เกิดตะกอนแคลเซียมซัลไฟต์ (CaSO3) ที่สามารถดูด ซับสารที่เป็นสี (Coloring matter) และสิ่งสกปรกซึ่งไมํใชํน้าตาลออกไป กากตะกอนถูกแยกด๎วยเครื่อง กรองสูญญากาศ ซึ่งกากตะกอนที่ได๎อาจนาไปใช๎ประโยชน์ตอํ ไป เชํน นาไปเป็นปุ๋ยอินทรีย์ในไรํอ๎อย โรงงานน้าตาลโดยทั่วไปมีขั้นตอนกระบวนการผลิตน้าตาลทราบดิบ น้าตาลทรายขาวและ น้าตาลรีไฟน์ที่คล๎ายคลึงกัน แตํแตกตํางกันที่ชนิดของเครื่องจักร จานวนของเครื่องจักร และเทคโนโลยี ของเครื่องจักร ซึ่งทาให๎ได๎ความสามารถในการผลิต (Productivity) ระยะเวลา พลังงาน และทรัพยากร ที่แตกตํางกัน ดังนัน้ ในขั้นตอนกระบวนการผลิต โรงงานหลายโรงงานได๎พยายามศึกษาถึงต๎นทุนของคํา การผลิต ต๎นทุนคําขนสํงและต๎นทุนคําบริหารการจัดการ และรวมถึงการเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิต ในแตํละขั้นตอน

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

46


กระบวนการผลิตน้าตาล

209301

ผลิตผลพลอยได้จากอ้อยและน้าตาลทราย โดยเฉลี่ยในการหีบอ๎อย 1 ตันและ���ารผลิตน้าตาลทรายจะได๎ผลผลิตตํางๆ ดังนี้ ผลผลิตจากการผลิตน้าตาลทราย ผลผลิต น้าตาล น้า กากอ๎อย (52-ความชืน้ ร๎อยละ 50) กากตะกอนหม๎อกรอง (72-ความชืน้ ร๎อยละ 70) กากน้าตาล น้าตาลที่ ไ ด๎ จากกระบวนการผลิตถื อวํ า เป็นผลิตภัณฑ์หลั ก ของอุตสาหกรรมอ๎อยและ น้าตาล สํ ว นที่ เ หลื อเรี ย กวํ า ผลิตผลพลอยได๎ (By products) สามารถนาไปใช๎ภายในโรงงาน น้ าตาลหรื อ น าไปใช๎ เ ป็ น วั ต ถุ ดิ บ ในการผลิ ต ผลิตภัณฑ์อ่นื ๆ ได๎อกี เชํน - น้าจากอ๎อย ซึ่งมีป ระมาณร๎อ ยละ 50 ของ น้าหนัก อ๎อย สํวนใหญํนาไปใช๎ใ นขั้นตอนตํางๆ ของ กระบวนการผลิตน้าตาล - กากอ๎อย (Bagasse) ประกอบด๎วยเส๎นใย (Fibre) ประมาณร๎อยละ 45 โดยทั่วไปจะใช๎เป็น เชื้อเพลิงในการผลิตไอน้าที่นาไปใช๎ผลิตไฟฟูา และกระบวนการผลิ ต น้ าตาล ปั จ จุ บั น มี ก าร นาไปใช๎เป็นวัตถุดิบสาหรับผลิตอาหารสัตว์ เยื่อ กระดาษ ปาร์ติเกิลบอร์ด (Particle board)

น้าหนัก (กิโลกรัม) 110-105 510-500 290-270 40-28 60-50

- กากตะกอนหม๎ อ กรอง (Filter mud) ประกอบด๎วยน้า ไขมัน (Wax) สารประกอบ โปรตีน สํวน ใหญํมักใช๎เป็นปุ๋ยใสํในไรํอ๎อยหรือ นาไปทาเป็นปุ๋ยหมักหรือนาไปตากแห๎ง และ นาไปเป็นอาหารสัตว์ได๎ - กากน้าตาล (Molasses) เป็นผลิตผลพลอยได๎ ที่สาคัญและมีการซื้อขายกันในระหวํางประเทศ ปี ล ะ 35-42 ล๎ า นตั น โดยมี ร าคาประมาณ เมตริ ก ตั น ละ 1,000-2,500 บาท ทั้ ง นี้ อ าจ เนื่ อ งมาจาก กากน้ าตาลสามารถน าไปเป็ น วั ต ถุ ดิ บ ในการผลิ ต ผลิ ต ภั ณ ฑ์ อื่ น ๆ ได๎ อี ก มากมาย เชํน เอทานอล (Ethanol) ผงชู ร ส (Monosodium glutamate) ยีสต์ที่เป็นอาหารสัตว์ และอาหารมนุษย์ เป็นต๎น

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

47


กระบวนการผลิตน้าตาล

209301

เอกสารอ้างอิง [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8]

http://www.comitesucre.org/site/about-sugar/history-of-sugar/ www.ocsb.go.th http://www.bloggang.com/viewdiary.php?id=loverbake&group=2 http://saifonmitrkaset.com/?p=216 http://ginarahmalia.files.wordpress.com/2012/04/0001-raw-sugar-production.jpg http://www.forgestardieu.com/casting.aspx http://www.thaisugarmillers.com/tsmc-02-02.html http://www.ragus.co.uk/producing-sugar-crystals.php

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

48


กระบวนการผลิตเยื่อกระดาษและกระดาษ

209301

บทที่ 4

กระบวนการผลิตเยื่อกระดาษและกระดาษ ตั้งแตํสมัยโบราณ แตํกระดาษในยุคแรกๆ ล๎วน ผลิตขึ้นเพื่อการจดบันทึกเทํานั้น จึงกลําวได๎วํา ระบบการเขียน คือแรงผลักดันให๎เกิดการผลิต กระดาษขึ้น ปัจจุบันกระดาษไมํได๎มีประโยชน์ใน การใช๎จดบันทึกตัวหนังสือหรือข๎ อความเทํานั้น แตํยังใช๎ประโยชน์อื่นๆ ได๎มากมาย เชํน กระดาษ ช าระ กระดาษหํ อ ของขวั ญ กระดาษลู ก ฟู ก สาหรับทากลํอง เป็นต๎น

มนุษย์มีความต๎องการจะบันทึกเรื่องราว ตํางๆ ในชีวิตประจาวัน รวมถึงความทรงจาและ จินตนาการของตนมาตั้งแตํส มัยโบราณ แตํใ น ยุคสมัยนั้นมนุษย์ยังไมํมีความรู๎เพียงพอในการ ผลิตวัสดุที่ใช๎ในการจดบันทึก มนุษย์ในสมัยดึก ดาบรรพ์จงึ ใช๎วิธีจดบันทึกโดยการวาดภาพตํางๆ ลงบนวัสดุตามธรรมชาติ เชํน การวาดภาพบน ผนังถ้า แผํนโลหะ หิน ใบลาน เปลือกไม๎ ผ๎าไหม คนจี น โบราณนิ ย มแกะสลั ก กระดู ก สั ต ว์ ห รื อ สิ่งของ คนกรีกในอดีตมักจะเขียนความรู๎และ ความคิดลงบนหนังสัตว์ และชนเผํามายาใช๎วิธี วาดภาพบนเปลือกไม๎ เป็นต๎น ตํอมามนุษย์ สามารถผลิตกระดาษขึ้นมา เพื่อใช๎สาหรับการ จดบันทึก โดยประวัติศาสตร์บันทึกไว๎วํามีการใช๎ กระดาษครั้ งแรกๆ โดยชาวอี ยิ ป ต์ และชาวจี น

ต๎นปาปิรุส [1] กระดาษของชาวอี ยิ ป ต์ โ บราณนั้ น ผลิ ต จากต๎นปาปิรุส (Papyrus) ซึ่งเป็นพืชล๎มลุกชนิด หนึ่ ง จึ ง เรี ย กวํ า กระดาษปาปิ รุ ส และค าวํ า Paper หรือกระดาษก็มาจากชื่อของต๎น Papyrus นั่นเอง จากหลักฐานทางประวัติศาสตร์พบวํามี การใช๎ ก ระดาษปาปิ รุ ส จารึ ก บทสวดและค า สาบานบรรจุ ไ ว๎ ใ นพี ร ะมิ ด ของอี ยิ ป ต์ นั ก

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

39


กระบวนการผลิตเยื่อกระดาษและกระดาษ ประวัติศาสตร์เชื่อวํามีการใช๎กระดาษที่ทาจาก ปาปิ รุ ส มาตั้ งแตํ ป ฐมราชวงศ์ ข องอี ยิ ป ต์ (ราว 3,000 ปีกํอนคริสตกาล) แตํเทคโนโลยีการทา แผํ น กระดาษจากต๎ น ปาปิ รุ ส นี้ ไ มํ ไ ด๎ รั บ การ เผยแพรํ ใ นวงกว๎ า ง เพราะชาวอี ยิ ป ต์ ส งวน วิธีการทาไว๎

209301

โบราณปิด เมื่อจีนเจริญขึ้น ได๎ทามาค๎าขายกับ ประเทศใกล๎เคียงมากขึ้น คนเกาหลีจึงได๎รู๎จัก กระดาษเป็นครั้งแรกเมื่อ Macro Polo ไปเยือน จีนในคริสต์ศตวรรษที่ 12 และได๎เห็นประเพณี การเผากระดาษในงานศพ เมื่ออาณาจักรมอง โกลแผํขยายเทคโนโลยีการทากระดาษของจีนก็ ได๎แพรํกระจายไปทั่วโลก

กระดาษปาปิรุส [2] การผลิตกระดาษจริงๆ เริ่มขึ้นในประเทศ จีนตั้งแตํราวปี ค.ศ. 105 โดยชาวจีนชื่อ Tsai Lun ใช๎ ผ๎ า ขี้ ริ้ ว และด๎ า ยที่ ใ ช๎ ท อแหมาผลิ ต เป็ น กระดาษ ซึ่ ง กระดาษที่ เ ขาประดิ ษ ฐ์ ขึ้ น นี้ มี จุด มุํงหมายจะใช๎เ ป็นวั ส ดุส าหรับเขีย นแทนผ๎า ไหม เพราะผ๎าไหมมีราคาแพง จึงนับได๎วํา Tsai Lun เป็นผู๎ค๎นพบวิธีการผลิตกระดาษเป็นคนแรก ของโลก และวิธีการของ Tsai Lun ก็เป็นพื้นฐาน ในการผลิ ต กระดาษจวบจนทุ ก วั น นี้ แตํ ถึ ง แม๎ เทคโนโลยีการทากระดาษจะเกิ ดขึ้นที่ประเทศ จีนก็ตาม เทคโนโลยีการทากระดาษของจีนก็ มิได๎แพรํหลายสูํชาติอื่นเลย เพราะสั งคมจีน

Tsai Lun ผูค๎ ๎นพบวิธีการผลิตกระดาษเป็นคน แรกของโลก [3] ปั จ จุ บั น กระดาษมี ค วามส าคั ญ ทาง เศรษฐกิจพอๆ กับน้ามันและเหล็กกล๎า ในแตํละ ปีโลกผลิตกระดาษได๎ประมาณ 300 ล๎านตัน อุตสาหกรรมกระดาษในสหรัฐอเมริกา ทาเงิน เข๎าประเทศปีละ 6 ล๎านล๎านบาท กระดาษที่ซื้อ ขายนี้ สํ ว นใหญํ ป รากฎในรู ป ของหนั ง สื อ พิ ม พ์ 24,000 ล๎านฉบับ ดังนั้นเมื่อคิดโดยเฉลี่ยคน อเมริกันหนึ่งคนใช๎กระดาษปีละ 330 กิโลกรัม สํว นในประเทศญี่ปุ นกระดาษก็ มี ค วามสาคั ญ เชํน กั น คนญี่ ปุน ถือ วําการท ากระดาษเป็ น

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

40


กระบวนการผลิตเยื่อกระดาษและกระดาษ ศิลปกรรมรูปแบบหนึ่งของชาติ เด็กญี่ปุนชอบ เลํนวําวที่ทาด๎วยกระดาษ เกอิชาใช๎รํมที่ทาจาก กระดาษ มํานบังตาที่ใช๎ในบ๎านของคนญี่ปุนก็ มักจะทาด๎วยกระดาษและศิลปะการพับกระดาษ เป็นรูปสัตว์ (Origami) ของญี่ปุนเป็นที่รู๎จักกันทั่ว โลก ประวัติการใช้กระดาษในประเทศไทย ประวัติการใช๎กระดาษในประเทศไทยนั้น ไมํป รากฏหลั ก ฐานชัด เจน แตํวั ส ดุที่มีลัก ษณะ คล๎ า ยกระดาษนั้ น ประเทศไทยมี ก ระดาษที่ เรียกวํา สมุดไทย ซึ่งผลิตจากเยื่อไม๎ทุบละเอียด ต๎มจนเปื่อย ใสํแปูงเพื่อให๎เ นื้อกระดาษเหนีย ว แล๎ ว น าไปกรองในกระบะเล็ ก ๆ ทิ้ ง ไว๎ จ นแห๎ ง แล๎วลอกออกมาเป็นแผํน พับทบไปมาจนตลอด ความยาว จึงได๎เป็นเลํมสมุด เรียกวํา สมุดไทย ขาว หากต๎องการ สมุดไทยดา ก็จะผสมผงถําน ในขั้นตอนการผลิต ทางภาคเหนือของไทยมีการ ผลิตกระดาษด๎วยวิธีการคล๎ายคลึงกัน เรียกวํา กระดาษสา และเมื่อนามาท าเป็นสมุด ใช๎เ ขีย น จะเรี ย กวํ า ปั๊ บ สา สํ ว นค าวํ า “กระดาษ” ใน ภาษาไทยนั้ น ไมํ ป รากฏที่ ม าอยํ า งแนํ ชั ด มี ผู๎ สั น นิ ษ ฐานวํ า นํ า จะทั บ ศั พ ท์ ม าจากภาษา โปรตุเกสวํา Kratus แตํค วามจริงแล๎ว คาวํา กระดาษในภาษาโปรตุเกส ใช๎วํา Papel สํวนที่ ใกล๎ เ คี ย งภาษาไทยมากที่ สุ ด นั้ น นํ า จะเป็ น คาศัพ ท์ในภาษามลายู คือ Kertas หมายถึง กระดาษเชํนกัน โรงงานผลิตกระดาษแหํงแรก ของประเทศไทยกํอตั้งเมื่อ ปี พ.ศ. 2460 เป็น การผลิตกระดาษด๎วยมือ ผลิตได๎ปีละ 2.8 ตัน จนถึงปี พ.ศ. 2466 ได๎���ีการกํอตั้งโรงงานผลิต

209301

กระดาษสามเสน โดยผลิ ต กระดาษจากเยื่ อ กระดาษที่ใช๎แล๎ว สามารถผลิตได๎วั นละ 1 ตัน ตํอมาในปี พ.ศ. 2474 ได๎มกี ารสร๎างโรงงานผลิต กระดาษที่จังหวัดกาญจนบุรี โดยผลิตกระดาษ จากเยื่อไม๎ไผํ สามารถผลิตได๎วันละ 10 ตัน และ โรงงานผลิ ต กระดาษของทางราชการคื อ โรงงานกระดาษบางประอิ น ได๎ ส ร๎ า งขึ้ น ในปี พ.ศ. 2505 โดยผลิตกระดาษจากเยื่อที่ผลิตจาก ฟางข๎าวและหญ๎าขจรจบ ตํอมาได๎มีก ารกํอตั้ง โรงงานที่ ผลิ ตเยื่อ จากปอกระเจาหรื อปอแก๎ ว (Kenaf) เป็นแหํงแรกของโลก คือ บริษัท ฟีนิคซ์ พัลพ์แอนด์เ ปเปอร์ จากั ด (มหาชน) ที่จังหวั ด ขอนแกํน แตํในปัจจุบันโรงงานแหํงนี้ได๎เลิกผลิต เยื่อจากปอกระเจาแล๎ว แตํหันมาผลิตเยื่อจากไม๎ ไผํและไม๎ยูคาลิปตัสเป็นหลัก

ประวัติโรงงานกระดาษจังหวัดกาญจนบุรี [4]

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

41


กระบวนการผลิตเยื่อกระดาษและกระดาษ

209301

- แนว Z (Z-direction) คือทิศทางที่ตงั้ ฉากกับ แนว MD และ CD ซื่ก็คือทิศทางของความ หนาของกระดาษ เส๎ น ใยจะเรี ย งตั ว ตามแนวขนานเครื่ อ ง มากกวําแนวขวางเครื่อง ทาให๎สมบัติเชิงกลของ กระดาษทั้งสองแนวแตกตํางกัน โรงงานผลิตกระดาษจังหวัดกาญจนบุรี [4] ลักษณะสาคัญของกระดาษ กระดาษเกิ ด จากการเรีย งตัว ของเส๎นใย เซลลูโลสอยํางไมํเป็นระเบียบ มีความหนาตํางๆ กั น ตามวั ต ถุ ป ระสงค์ ก ารใช๎ ง าน สมบั ติ ข อง กระดาษจะขึ้นกับ ความชื้นสั มพัท ธ์ของอากาศ โดยตรง เชํน เมื่อความชื้นสัมพั ทธ์ ของอากาศ สู ง ขึ้ น ความชื้ น ของกระดาษจะสู ง ขึ้ น ซึ่ ง การ เปลี่ยนแปลงของความชื้นในกระดาษ จะสํงผล โดยตรงตํอสมบัติของกระดาษโดยเฉพาะความ แข็งแรง นอกจากนี้ทิศทางการจัดเรียงตัวของ เส๎นใยก็มีผลตํอสมบัติเชิงกลของกระดาษเชํนกัน โดยทิศทางการเรีย งตัว ของเส๎นใยตามทิศทาง ของเครื่ อ งจั ก รผลิ ต กระดาษ สามารถแบํ ง ได๎ ดังนี้ - แนวขนานเครื่อง (Machine direction, MD) หรือแนวเกรน (Grain direction) คือเส๎นใย เรียงตัวในทิศทางที่ขนานกับเครื่องจักรผลิต กระดาษ - แนวขวางเครื่อง (Cross direction, CD) หรือ แนวขวางเกรน (Cross grain direction) คือ ทิศทางที่ตั้งฉากกับ MD

สมบัติสาคัญของกระดาษ สมบัติสาคัญ ของกระดาษที่ มัก แปรตาม ทิศทางของเส๎นใย ได๎แกํ  ความต๎านทานแรงดึง (Tensile strength) หมายถึง ความสามารถในการรับแรงดึง สูงสุดที่กระดาษจะทนได๎กํอนที่จะขาดออกจาก กัน โดยออกแรงดึงในแนวระนาบของกระดาษ ซึ่งคําความต๎านทางแรงดึงในแนวขนานเครื่องจะ มีคาํ มากกวําแนวขวางเครื่อง  ความต๎านทานแรงฉีกขาด (Tear strength) หมายถึง ความสามารถของกระดาษที่จะ ต๎านทานแรงกระทา ซึ่งจะทาให๎ชิ้นทดสอบขาด ออกจากกันจากรอยฉีกนา ซึ่งคําความต๎านทาน แรงฉี ก ขาดในแนวขนานเครื่ อ งจะต่ ากวํ า แนว ขวางเครื่อง  ความทนตํอการพับขาด (Folding endurance) หมายถึง จานวนครั้งในการพับไปพับมา ของชิ้นทดสอบ จนกระทั่งชิ้นทดสอบขาดออก จากกันภายใต๎แรงดึงที่กาหนด ซึ่งคําความทน ตํอการพับขาดในแนวขนานเครื่องจะสูงกวําแนว ขวางเครื่อง  ความทรงรูป (Stiffness) หมายถึง ความสามารถของกระดาษที่จะ ต๎ า นทานแรงที่ ก ระท าให๎ ก ระดาษโค๎ ง งอด๎ ว ย

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

42


กระบวนการผลิตเยื่อกระดาษและกระดาษ น้าหนัก ซึ่งคําความทรงรูปในแนวขนานเครื่อง จะสูงกวําแนวขวางเครื่อง  การยืดและการหดตัว กระดาษเป็นวัสดุที่สามารถดูดความชื้นได๎ ดีและรวดเร็ว เมื่อได๎รับความชื้นเส๎นใยจะมีการ ขยายตัวออกทางด๎านข๎างประมาณ 4-5 เทํา ซึ่ง ถ๎ากระดาษทั้งแผํนได๎รับความชื้น เทํากัน ก็จะมี การขยายตัว อยํ างสม่าเสมอทั่ ว ทั้งแผํ น แตํถ๎ า ได๎รับไมํเทํากัน อัตราการขยายตัวของแตํละสํวน ก็จะไมํเทํากัน ทาให๎เกิดการโค๎งงอได๎

209301

หรือใบปลิวโฆษณา กระดาษหนังสือพิมพ์จะมี คุ ณ ภาพตํ า งกั น ตามคุ ณ ภาพของเยื่ อ และ วิธีก ารผลิต บางชนิดมีสีคล้ามาก บางชนิดมีสี คํอนข๎างขาวและมีความเรียบตํางกัน

ตัวอยํางกระดาษหนังสือพิมพ์ ประเภทของกระดาษ กระดาษถู ก แบํ ง เป็ น ประเภทตํ า งๆ ได๎ มากมายหลายประเภท เชํน การแบํ งประเภท ของกระดาษตามน้ าหนั ก มาตรฐาน สามารถ แบํงได๎เป็นกระดาษอํอนและกระดาษแข็ง หรือ แบํง ตามการเคลื อบผิว ก็ จะแบํง เป็ นกระดาษ เคลือบผิวและกระดาษไมํเคลือบผิว เป็นต๎น แตํ ถ๎าแบํงประเภทของกระดาษตามวัตถุ ประสงค์ การใช๎งาน จะสามารถจาแนกได๎ดังนี้  กระดาษหนังสือพิมพ์ (Newsprint) เ ป็ น ก ร ะ ด า ษ ที่ ท า จ า ก เ ยื่ อ เ ชิ ง ก ล (Mechanical pulp) ไมํ มี ก ารเติ ม สารกั น ซึ ม น้าหนักมาตรฐานต่า (โดยทั่วไปกระดาษจะมีน้า หนักมาตรฐาน 250 g/m2) ความทึบแสงสูง สามารถดู ด ซึ ม หมึ ก ได๎ ดี ท าให๎ ส ามารถพิ ม พ์ ข๎อความได๎ชัดเจน มีความเหนียว ไมํฉีกขาดใน ระหวํางการเข๎าแทํนพิมพ์ แตํกระดาษประเภทนี้ มีอายุการใช๎งานสั้นและเปลี่ยนสีงําย ใช๎สาหรับ พิ ม พ์ ห นั ง สื อ พิ ม พ์ ห รื อ วารสารราคาถู ก ทั่ ว ไป

 กระดาษพิมพ์เขียน (Printing & Writing) เป็นกระดาษที่ผลิตจากเยื่อเคมีเ ป็นสํวน ใหญํ มีความเรียบสูง สมบัติพืน้ ผิวเหมาะกับการ นาไปพิมพ์และเขียน กระดาษพิมพ์เขียนสามารถ แบํงออกเป็นกระดาษเคลือบ (Coated paper) กระดาษไมํเคลือบ (Uncoated paper) และ กระดาษสี (Color paper) ตัวอยํางกระดาษ ประเภทนี้ ได๎แกํ กระดาษปอนด์ กระดาษอาร์ต กระดาษโปสเตอร์ กระดาษวาดเขียน กระดาษ ถํายเอกสาร กระดาษวาดเขียน เป็นต๎น

ตัวอยํางกระดาษพิมพ์เขียน

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

43


กระบวนการผลิตเยื่อกระดาษและกระดาษ  กระดาษคราฟท์ (Kraft paper) เป็ น กระดาษที่ ผ ลิ ต ขึ้น เพื่ อ ท าเป็ น บรรจุ ภัณฑ์ มีค วามเหนีย ว ต๎านทานแรงดึงและการ ฉีกขาดได๎ดี และมีน้าหนักเบา ซึ่งสามารถแบํง ออกเป็น กระดาษคราฟท์ผิวกลํอง (Kraft liner board) กระดาษลูกฟูก (Corrugating medium) แกนกระดาษ (Core Paper) และกระดาษเหนียว (Wrapping Kraft) ซึ่งใช๎ในการผลิตถุงกระดาษ ตํางๆ เชํน ถุงบรรจุปูนซิเมนต์ ถุงบรรจุอาหาร สัตว์ ถุงกระดาษ (Shopping bag) หรือซอง จดหมาย

209301

 กระดาษอนามัย (Sanitary paper) กระดาษชนิดนี้เป็นกระดาษที่ผลิตขึ้นมา เพื่อใช๎สาหรับดูดซับของเหลวมีคุณสมบัติในด๎าน ตํ า งๆ คื อ มี ค วามต๎ า นทานน้ าต่ า น้ าหนั ก มาตรฐานต่ า ความสามารถในการดู ด ซั บ ของเหลวสูง และมีความอํอนนุํม ได๎แกํ กระดาษ เช็ดหน๎า (Facial tissues) กระดาษเช็ดปาก (Table napkins) และกระดาษชาระ (Toilet tissues)  กระดาษชนิดอื่นๆ (Special paper) กระดาษประเภทนี้มักเป็นกระดาษสาหรับ การใช๎งานเฉพาะทาง เชํน กระดาษกรอง (Filter) กระดาษสา กระดาษไหว๎เจ๎า (Joss paper) เป็น ต๎น

ตัวอยํางบรรจุภัณฑ์จากกระดาษคราฟท์ [5]  กระดาษแข็ง (Board) กระดาษแข็งจะมีค วามทรงรูป สู ง ความ ต๎ า นทานแรงดั น ทะลุ สู ง สมบั ติ ก ารพิ ม พ์ ดี พอสมควรใช๎ทาบรรจุภัณฑ์ กลํอง โปสเตอร์ ปก แฟูม ฯลฯ มักผลิตจากเครื่องจักรแบบตะแกรง กลม (Cylinder mould) ตัวอยํางกระดาษแข็ง เชํน กระดาษแข็งสีเทา และกระดาษแข็งสีขาว

กระดาษกรอง

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

44


กระบวนการผลิตเยื่อกระดาษและกระดาษ

209301

สภาวะอุตสาหกรรมเยื่อกระดาษและกระดาษของประเทศไทย ตามสถิติของกรมโรงงานอุตสาหกรรม ปัจจุบันประเทศไทยมีโ รงงานในอุตสาหกรรมเยื่อ กระดาษ กระดาษ และวัสดุเกี่ยวกับกระดาษ อยูํจานวน 807 โรงงาน เงินลงทุนประมา��� 55,000 ล๎าน บาท เกี่ยวข๎องกับบุคลากรจานวน 36,000 คน แหลํงที่ตั้งของโรงงานสํวนใหญํจะกระจายตัวอยูํตาม พืน้ ที่ในภาคกลาง เนื่องจากใกล๎กับแหลํงตลาดและลดต๎นทุนในการขนสํง รายละเอียดประเภทโรงงานในอุตสาหกรรมเยื่อและกระดาษของไทย (ที่มา: กรมโรงงานอุตสาหกรรม) จานวน เงินทุน แรงงาน ประเภทโรงงาน (โรงงาน) (ล๎านบาท) (คน) 1. โรงงานผลิตเยื่อกระดาษหรือกระดาษ (การทาเยื่อจากไม๎ หรือวัสดุอื่นๆ และการทากระดาษ กระดาษแข็ง หรือ 93 39,703.51 15,540 กระดาษที่ใช๎ในการกํอสร๎างชนิดที่ทาจากเส๎นใยหรือ แผํนกระดาษไฟเบอร์ (Fiberboard) 2. โรงงานผลิตภาชนะบรรจุจากกระดาษทุกชนิดหรือ 560 13,268.12 16,728 แผํนกระดาษไฟเบอร์ (Fiberboard) 3. โรงงานประกอบกิจการเกี่ยวกับเยื่อกระดาษหรือกระดาษ แข็งอยํางใดอยํางหนึ่ง หรือหลายอยํางโดยการฉาบ ขัด 153 3,694.75 3,922 มัน หรือทากาวกระดาษ หรือกระดาษแข็ง หรือการอัด กระดาษ หรือกระดาษแข็งหลายชั้นด๎วยกัน รวม 807 56,667.38 36,191  ลักษณะเฉพาะตัวของอุตสาหกรรมกระดาษ 1. เป็นอุตสาหกรรมที่ลงทุนสูง ต๎องการน้าและพลังงานสูง เงินลงทุนสาหรับอุตสาหกรรม กระดาษนั้นจะอยูํในระดับพันล๎านบาท หรือบางครัง้ อาจสูงถึงระดับหมื่นล๎านบาท 2. อุ ต สาหกรรมกระดาษเป็ น อุ ต สาหกรรมที่ ต๎ อ งการน้ าสู ง โดยการผลิ ต กระดาษใน สมัยกํอนต๎องใช๎น้าอยํางน๎อย 80 ลูกบาศก์เมตรตํอตันกระดาษ แตํในปัจจุบันมีการพัฒนาเทคโนโลยี การผลิต ระบบหมุนเวียนน้า การนาน้ากลับมาใช๎ใหมํ ทาให๎ความต๎องการน้าลดลงมาก โรงงานที่มี ระบบการผลิตที่ทันสมัยในปัจจุบันจะใช๎น้าน๎อยกวํา 15 ลูกบาศก์เมตรตํอตันกระดาษ 3. อุตสาหกรรมกระดาษมีความต๎องการพลังงานสูงมาก ทั้งพลังงานไฟฟูาและพลังงาน ความร๎อน

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

39


กระบวนการผลิตเยื่อกระดาษและกระดาษ

209301

กระบวนการผลิตเยื่อกระดาษและกระดาษ กระดาษเป็นแผํนวัสดุซึ่งได๎จากการนาเยื่อหรือเศษกระดาษมาทาให๎กระจายตัวและแขวนลอย อยูํใ นน้ า จากนั้น จะผํา นการท าความสะอาด คัดแยกสิ่ง เจื อปนออก การบดเส๎ นใยให๎ มีคุ ณสมบั ติ เหมาะสม การเติมสารเคมี แล๎วนาไปทาให๎เป็นแผํน โดยการแผํน้าเยื่อลงบนตะแกรงในเครื่องจักรผลิต กระดาษ โดยให๎น้าระบายออกทางด๎านลํางของตะแกรง แล๎วอบให๎แห๎งด๎วยความร๎อน จนได๎กระดาษ แผํนออกมา

แผนภาพกระบวนการผลิตเยื่อกระดาษและกระดาษ [6] วัตถุดิบสาหรับการผลิตกระดาษ วั ตถุ ดิบ ที่ใ ช๎ใ นการผลิตกระดาษมีหลาย ชนิด ได๎แกํ เส๎นใยสั้น เส๎นใยยาว และสารเคมี ซึ่งวัสดุที่ใช๎ผสมเหลํานี้สามารถแบํงได๎เป็น 2 สํวนใหญํๆ คือ  วัตถุดบิ ที่เป็นเส้นใย (Fibrous material) เป็ น สํ ว นที่ เ ป็ น องค์ ป ระกอบหลั ก ของ กระดาษ ในกระดาษโดยทั่ว ไปจะมีสํว นเส๎นใย ผสมอยูํในปริมาณร๎อยละ 70-95 ของน้าหนัก กระดาษ ซึ่ ง ปริ ม าณของเส๎ น ใยจะมี ม ากหรื อ น๎อยขึ้นอยูํกับ ชนิด ของกระดาษที่ต๎องการผลิต สํวนของเส๎นใยนี้จะได๎จากพืชชนิดตํางๆ เชํน ไม๎

เนื้ออํอน ไม๎เนื้อแข็ง และพืชล๎มลุก สํวนเส๎นใยนี้ โดยทั่วไปจะเรียกวํา เยื่อ (Pulp) ซึ่งเยื่อที่ใช๎ใน การทากระดาษสํวนมากจะเป็นเยื่อผสมของเยื่อ ใยยาวและเยื่อ ใยสั้น ซึ่ ง สัด สํ ว นการใช๎เ ยื่ อ ทั้ ง สองชนิ ด จะขึ้ น อยูํ กั บ ประเภทของผลิ ต ภั ณ ฑ์ กระดาษที่จะผลิต เชํน การผลิตกระดาษพิมพ์ เขียนจะใช๎เส๎ นใยสั้นประมาณร๎อยละ 70 และ เยื่อใยยาวร๎อยละ 30 เป็นต๎น - เยื่อใยยาว (Long fiber) ได๎จากไม๎เนื้ออํอน (Softwood) ซึ่งเป็นไม๎ที่ ขึ้นบริเวณที่สูง อากาศเย็น โตช๎า ใบมีลักษณะ แคบเรียวยาว (Needle) เส๎นใยมีลักษณะหยาบ

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

40


กระบวนการผลิตเยื่อกระดาษและกระดาษ มีความแข็งแรงสูง มีความยาวประมาณ 3-5 มิลลิเมตร กว๎างประมาณ 20-40 ไมครอน ไม๎ ในกลุํมนี้ได๎แกํ สน (Pine) และ สปรู๏ซ (Spruce) เป็นต๎น โรงงานผลิตกระดาษในประเทศไทยไมํมี การผลิต เนื้ อเยื่ อใยยาว จึง ต๎ องนาเข๎ าจาก ตํางประเทศ เยื่อใยยาวจะทาให๎มีความสามารถ ในการยึด เกี่ยวกันสูง ทาให๎กระดาษมีความ แข็งแรงดีขึ้น ทนตํอแรงดึง แรงฉีดขาด ทาให๎ การเดินเครื่องดีขึ้น แตํถ๎าใสํเป็นสํวนผสมในเนื้อ กระดาษมาก จะเกิดทาให๎ Formation ของ กระดาษไมํดี เกิด Flocculation กลําวคือเป็น กระจุกของเส๎นใยเยื่อที่จับตัวเป็นกลุํมก๎อน ซึ่ง จะเกิดเมื่อการกระจายตัวของเยื่อไมํดี เมื่อมอง ทะลุแผํนกระดาษผํานแสง จะเห็นเหมือนก๎อน เมฆเป็นหยํอมๆ ในเนื้อกระดาษเป็นจานวนมาก และทาให๎ผิวกระดาษไมํเรียบ - เยื่อใยสั้น (Short fiber) ได๎จากไม๎เนื้อแข็ง (Hardwood) ซึ่งเป็นไม๎ที่ ขึ้นในบริเวณเขตร๎อน โตเร็ว ใบมีลักษณะกว๎าง (Leaf) เส๎นใยมีลักษณะเล็ก ละเอียด ความ แข็ง แรงต่ า มีค วามยาวประมาณ 1-1.5 มิลลิเมตร กว๎างประมาณ 10-20 ไมครอน ไม๎ใน กลุํมนี้ได๎แกํ ยูคาลิปตัส (Eucalyptus) กระถิน เทพา (Acacia) เบิร์ช (Birch) และแอสเพน (Aspen) เป็ น ต๎ น ในประเทศไทยไมํ มี แ หลํ ง วั ต ถุ ดิ บ ประเภทไม๎ เ นื้ อ อํ อ น เนื่ อ งจาก ภูมิประเทศไมํอานวย แตํสาหรับไม๎เนื้ อแข็งมี การปลู ก สวนปุา ยู ค าลิป ตัส กั นมากในบริเ วณ ภาค ตะ วั น อ อก แล ะท า งต อน ใต๎ ข อง ภา ค ตะวั นออกเฉี ยงเหนือเพื่อใช๎เ ป็นวั ตถุดิบในการ

209301

ผลิตเยื่อกระดาษ ซึ่งเส๎นใยของยูคาลิปตัสนั้น ได๎รับการยอมรับวําเหมาะสมที่สุดในการนามา ผลิตเป็นกระดาษพิมพ์เขียน คุณสมบัติเดํนของ เยื่อใยสั้น คือ ชํวยให๎เนื้อกระดาษแนํนสม่าเสมอ เรียบ และมีความทึบแสงดี เนื่องจากเยื่อใยสั้นมี ขนาดเล็ก สามารถแทรกตัวตามรํองชํองวํางของ เยื่อใยยาวได๎ แตํมีข๎อเสีย คือ ไมํสร๎างความ แข็งแรงให๎กับกระดาษ ทาให๎กระดาษขาดงําย  วัตถุดบิ ที่ไม่ใช่เส้นใย (Non-fibrous materials) เป็นสารเติมแตํงที่ใช๎ในกระบวนการผลิต กระดาษ โดยเติมผสมลงไปในสํวนเส๎นใยเพื่ อ ปรับปรุงสมบัติกระดาษให๎ได๎ตามวัตถุประสงค์ การใช๎งาน แบํงออกเป็นสารเติมแตํงหลักและ สารเติมแตํงเสริม - สารเติมแต่งหลัก (Functional additives) เป็นสารเคมีที่เติมลงไปเพื่อให๎กระดาษมี สมบัติเฉพาะอยํางตามต๎องการ ดังนี้ สารต๎านการซึมน้า (Sizing agent) สารเติมแตํงชนิดนี้เป็นสารเคมีที่ใสํลงไป เพื่อเพิ่มสมบัติด๎านการต๎านทานการซึมน้าของ กระดาษ ทาให๎กระดาษเปียกน้าได๎ยากขึ้น ดูด ซับน้าน๎อยลง เนื่องจากกระดาษทาจากเส๎นใย เซลลูโลสซึ่งมีความสามารถในการดูดซับน้าได๎ สูง กระดาษที่ไมํได๎ใสํสารต๎านการซึมน้าจึงเปียก น้าและดูดซับน้าได๎งําย เชํน กระดาษชาระและ กระดาษซับ (Blotting paper) การเติมสารต๎าน การซึมน้าลงไปจะชํวยลดพื้นที่ผิวของการดึงดูด ระหวํ า งเส๎ น ใยและโมเลกุ ล ของน้ า ท าให๎ ล ด อัตราการซึมน้าเข๎าสูํเนื้อกระดาษ เมื่อกระดาษ

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

40


กระบวนการผลิตเยื่อกระดาษและกระดาษ โดนน้าจะไมํเปียกหรือซับน้าในทันทีทันใด การ เติมสารต๎านการซึมน้าแบํงเป็น 3 ระดับ โดยมี ชื่อเรียกกระดาษที่เติมสารต๎านการซึมน้าแตํละ ระดับ ดังนี้  กระดาษที่ไมํใสํสารต๎านการซึมน้าเลย (Water-leaf) เชํน กระดาษชาระ  กระดาษ ที่ ใ สํ ส ารต๎ า นการซึ ม น้ า เล็กน๎อย มีระดับการซึมน้าปานกลาง (Slacksized)เชํน กระดาษพิมพ์และเขียน  กระดาษที่ ใ สํ ส ารต๎ า นการซึ ม น้ าใน ปริมาณสูงมาก มีระดับต๎านการซึมน้าสูง (Hard sized) เชํน กระดาษทาถ๎วย กระดาษทากล���อง นม สารต๎านการซึมน้าที่ใช๎ในการทากระดาษ ได๎แกํ สารส๎มและชันสน (Alum/Rosin size) ไขผึ้ง (Wax) ยางมะตอย (Asphalt) อัลคิลคีทีนไดเมอร์ (Alkyl ketene dimmer, AKD) และอัลคีนิลชักชิ นิกแอนไฮดรายด์ (Alkenyl succinic anhudride, ASA) เป็นต๎น สารตัวเติม (Filler) สารเติ ม แตํ ง ชนิ ด นี้ เ ป็ น สารอนิ น ทรี ย์ มี ลักษณะเป็นผงแรํสีขาว ใสํลงไปเพื่อเพิ่มสมบัติ ด๎านทัศนะศาสตร์และปรับปรุ งสมบัติด๎านการ พิมพ์ของกระดาษ นอกจากนี้ยังใสํลงไปเพื่อเป็น การลดต๎นทุนในการผลิตกระดาษอีกด๎วย เพราะ ตัวเติมสํวนมากจะมีราคาถูกเมื่อเทียบกับเส๎นใย ผงแรํ ที่ ใ ช๎ เ ป็ น ตั ว เติ ม ลงในกระดาษจะต๎ อ งมี ขนาดเล็ ก ละเอี ย ด ตั ว เติ ม ที่ ดี ค วรมี ข นาด ประมาณ 1-10 ไมครอน ผงแรํที่มีขนาดเล็กนี้ เมื่ อ เติ ม ลงไปจะชํ ว ยเพิ่ ม เนื้ อ กระดาษและอุ ด

209301

ตามชํองวํางตํางๆ ทาให๎กระดาษมีเนื้อแนํนมาก ขึ้น มีคําการกระเจิงแสง (Light scattering) มาก ขึ้น ทาให๎กระดาษมีคําความขาวสวํางเพิ่มขึ้น การรับหมึกพิมพ์ดีขึ้น และเนื่องจากมีขนาดเล็ก กวําเส๎นใยมาก เมื่อใสํลงไปจะทาให๎กระดาษมี ผิวเรียบขึ้น ตัวเติมที่ใช๎กันทั่วไป ได๎แกํ ดินขาว (Kaolin clay) ไททาเนียมไดออกไซด์ (Titanium dioxide, TiO2) และแคลเซีย มคาร์บ อเนต (Calcium carbonate, CaCO3) สารเพิ่มความแข็งแรงเมื่อแห๎ง (Dry strength agent) สารเติมแตํงชนิดนี้เป็นสารเคมีที่เติมลงไป เพื่ อ เพิ่ ม สมบั ติ ด๎ า นความเหนี ย วของกระดาษ โดยเฉพาะความต๎านทานแรงดึง และความ ต๎านทานแรงดันทะลุ ชํวยทาให๎กระดาษมีความ แข็งแรงสูงขึ้น นอกจากนี้ยังชํวยเพิ่มแรงพันธะ ระหวํางเส๎นใย ทาให๎เส๎นใยยึดกันได๎ดีขึ้น ชํวยลด การหลุดลอกของเส๎นใยที่ผิวกระดาษ และเพิ่ม พันธะแรงยึดเหนี่ยวระหวํางชั้นกระดาษแข็ง ซึ่ง เป็นสมบัติที่สาคัญมาก เพราะถ๎าแรงยึดเหนี่ยว ระหวํ า งชั้ น ต่ าจะท าให๎ เ กิ ด การแยกชั้ น ของ กระดาษแข็งในระหวํางการพิมพ์ได๎ การเติมสาร เพิ่มความแข็งแรงนี้สามารถทาได๎โดยการเติมลง ไปผสมกั บ น้ าเยื่ อ โดยตรง หรื อ อาจพํ น ลงไป ระหวํ า งขึ้ น ของกระดาษก็ ไ ด๎ สารเพิ่ ม ความ แข็ ง แรงเมื่ อ แห๎ ง ที่ ใ ช๎ ทั่ ว ไปมี ทั้ ง ที่ เ ป็ น แปู ง ธรรมชาติ เชํน แปูงมันสาปะหลัง หรืออาจเป็น แปูงปรุงแตํง (Modified starch) ซึ่งถูกปรับให๎ เป็นประจุบ วก กั ม และพอลิอะคริลาไมด์ (Polyacrylamide) แปูงเป็นสารเพิ่มความเหนียว

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

41


กระบวนการผลิตเยื่อกระดาษและกระดาษ ที่รู๎จักกันดีและมีใช๎มานานแล๎ว แตํในปัจจุบัน นิ ย มใช๎ แ ปู ง ประจุ บ วกและพอลิ อ ะคริ ล าไมด์ มากกวํา เนื่องจากสารเหลํานี้มีประจุบวก จึง สามารถจับกันได๎ดีกับเส๎นใยซึ่งมีประจุลบ ทาให๎ เพิ่มพั นธะระหวํา งเส๎น ใยในกระดาษ สํ งผลให๎ กระดาษมีความแข็งแรงเพิ่มขึ้น นอกจากนี้การ เติมแปูงยั งชํว ยปรับ ปรุงให๎ผิว กระดาษมีความ เรียบ (Smoothness) เพิ่มขึ้น มีความมันวาว (Glossness) เพิ่มขึ้นเล็กน๎อย เพิ่มความแข็งแรง ของผิวหน๎ากระดาษ (Surface strength) เพิ่ม ความคงตัวของกระดาษ (stiffness) ลดฝุุน ละอองบนผิวกระดาษ (dusting) และมีความ ต๎านทานการซึมน้าเพิ่มขึน้ สารเพิ่มความแข็งแรงเมื่อเปียก (Wet strength agent) เป็นสารที่เติมลงไปเพื่อชํวยให๎กระดาษที่ เปีย กน้ามีค วามแข็งแรงไมํน๎อยกวําร๎อยละ 15 ของความแข็งแรงเดิม กระดาษทั่วไปจะใช๎งานใน ขณะที่แห๎งจึงไมํเติมสารนี้ ยกเว๎นกระดาษบาง ชนิดที่ต๎องเปียกน้าในขณะใช๎งานหรือมีโ อกาส เปีย กน้างําย เชํน กระดาษท าธนบั ตร แสตมป์ กระดาษทาแผนที่ กระดาษเช็ดหน๎า เป็นต๎น สาร เพิ่มความแข็งแรงเมื่อเปียกที่ใช๎ทั่วไปมักเป็นสาร จาพวกพอลิเ มอร์ ได๎แกํ ยู เรีย -ฟอร์มาลดีไ ฮด์ (Urea-Formaldehyde) เมลามีน ฟอร์มาลดีไฮด์ (Melamine formaldehyde) พอลิ เ อไมด์ (Polyamide) และพอลิเอมีน (Polyamine) เป็นต๎น สีย๎อม (Dyes) สารเติมแตํงชนิดนี้เป็นสารเคมีที่ใสํลงไป ในน้ าเยื่ อ ที่ ใ ช๎ ใ นการท ากระดาษ โดยมี

209301

วั ต ถุ ป ระสงค์ ห ลั ก คื อ เพื่ อ รั ก ษาโทนสี ข อง กระดาษให๎คงที่และชดเชยกับสีของลิกนินซึ่งมีสี เหลือง โดยปกติถ๎ากระดาษสัมผัสกับความร๎อน หรือแสงอาทิตย์ ลิกนินที่หลงเหลืออยูํ ในเนื้อ กระดาษจะสํ ง สี ข องตั ว เองออกมา ท าให๎ กระดาษมีสีเหลือง ในการผลิตกระดาษสีขาวจะ มีการเติมสีน้าเงินลงไปเพื่อให๎กระดาษดูขาวขึ้น และเติ ม สี แ ดงเพื่ อ ให๎ ก ระดาษสะท๎ อ นแสง สม่าเสมอขึ้น นอกจากนี้สีย๎อมยังใช๎ในการแตํงสี เชํน กระดาษเหนียวมีการเติมสีน้าตาลลงไปหรือ กระดาษโปสเตอร์มกี ารเติมสีตํางๆ ลงไป เพื่อให๎ มีสสี รรตํางๆ กัน สารฟอกนวล (Optical brightening agent, OBA) สารฟอกนวลหรือสารเพิ่มความขาวสวําง นี้เป็นสารสีย๎อมประเภทเรืองแสง (Fluorescent dye) สารชนิด นี้ มีส มบั ติพิ เ ศษคือ สามารถ ดูดกลืนรังสีอุลตร๎าไวโอเลต (Ultraviolet, UV) ซึ่ ง เป็ น รั ง สี ที่ ส ายตามองไมํ เ ห็ น แล๎ ว ปลํ อ ย ออกมาในชํวงที่สายตาสามารถมองเห็นได๎ ซึ่ง มักจะเป็นชํวงความยาวคลื่นสีน้าเงิน ซึ่งจะชํวย ให๎กระดาษมีความขาวสวําง (Brightness) เพิ่ม มากขึ้น สารฟอกนวลมักใช๎คูํกับสีย๎อม โดยจะใช๎ สารฟอกนวลให๎น๎อยที่สุด เนื่องจากมีราคาแพง - สารเติมแต่งเสริม (Chemical processing Aids) สารเคมีก ลุํมนี้จะชํวยให๎ก ารท างานของ เครื่องจักรดีขึ้น สภาพคลํองของการผลิตดีขึ้น และยั ง ชํ ว ยให๎ เ ครื่ อ งจั ก รสะอาดขึ้ น อี ก ด๎ ว ย สารเคมีในกลุํมนี้ ได๎แกํ

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

42


กระบวนการผลิตเยื่อกระดาษและกระดาษ สารเพิ่มการตกค๎าง (Retention aid) เป็นสารเคมีที่ชํวยให๎เ ยื่อและสารตัวเติม จับตัวกันและคงอยูํในเนื้อกระดาษให๎มากที่สุด ในชํวงการระบายน้าบนตะแกรงลวดเดินแผํน ซึ่ง สารเคมีประเภทนี้จะทาหน๎าที่คล๎ายกาวชํวยยึด เหนี่ยวทั้งเยื่อและอนุภาคเล็กๆ ของสารตัวเติม เข๎าด๎วยกัน ตัวอยํางสารเพิ่มการตกค๎าง ได๎แกํ Cationic polymer และ Anionic clay เป็นต๎น สารต๎านทานการเกิดฟอง (Defoamer) เป็นสารเคมีที่ชํวยลดและปูองกันการเกิด ฟองในกระดาษ ท าให๎ เ นื้ อ กระดาษมี ค วาม สม่าเสมอมากขึ้น สารต๎านการเกิดฟองจะทาให๎ เนื้ อ เยื่ อ มี แรงตึ ง ผิ ง ลดลง ฟองอากาศแยกตั ว ออกมาได๎งํายขึ้น การใช๎สารต๎านทานการเกิด ฟองมากเกิ น ไปอาจท าให๎ เ กิ ด ผลเสี ย บาง

209301

ประการ เชํน กระดาษมีความแข็งแรงลดลงหรือ ความต๎านทานการซึมน้าลดลง เป็นต๎น สารควบคุมจุลชีวะ (Microbiological control agent หรือ Biocide) เป็ น สารที่ ชํ ว ยควบคุ ม การเจริ ญ เติ บ โต ของจุลชีวะจาพวกเชื้อราหรือแบคทีเรียในระบบ เพื่อปูองกันการเกิดเมือกจุลิ นทรีย์ (Slime) ซึ่ง เป็นสาเหตุที่ทาให๎กระดาษสกปรก และทาให๎ กระดาษขาดในระหวํางการผลิตได๎งาํ ย สารเพิ่มการระบายน้า (Drainage aid) เป็นสารที่ชํวยให๎การระบายน้าใน ระหวํางการผลิตเกิดได๎งํายขึน้ เร็วขึน้ สารชํวยการกระจายตัว (Formation aid) เป็นสารที่ชํวยให๎เส๎นใยกระจายสม่าเสมอ ขึน้ ลดการจับตัวเป็นกลุํมก๎อนของเส๎นใย

กระบวนการผลิต การผลิตกระดาษเริ่มจากการนาเส๎นใยมากระจายให๎แขวนลอยอยูํในน้า แล๎วนาไปทาให๎เป็น แผํน แยกน้าออกจนแห๎ง จนได๎เป็นแผํนกระดาษออกมา ถึงแม๎กระบวนการผลิตกระดาษแตํละชนิดจะมี รายละเอียดแตกตํางกันบ๎าง แตํก็มีขั้นตอนหลักที่คล๎ายคลึงกัน ดังนี้  การเตรียมเยื่อและการเตรียมน้าเยื่อ (Pulp and Stock preparation) ขั้นตอนนี้เป็นการ เตรียมเยื่อกระดาษและสารเคมี แล๎วนามาผสมกันตามอัตราสํวนตํางๆ ของการผลิตกระดาษแตํละชนิด  การผลิตกระดาษหร���อการเดินแผํน (Paper making) เป็นขั้นตอนที่ตํอจากการเตรียมเยื่อ โดยนาเยื่อกระดาษที่เตรียมไว๎เข๎าเครื่องเดินแผํน (Paper machine) เพื่อผลิตออกมาเป็นกระดาษแผํน  การตกแตํงผลิตภัณฑ์หรือการทาเป็นผลิตภัณฑ์สาเร็จรูป (Finishing) ปกติกระดาษที่ออก จากเครื่องเดินแผํนจะเป็นม๎วนกระดาษใหญํ จึงต๎ องผํานกระบวนการตกแตํงผลิตภัณฑ์ เพื่อทาการตัด ให๎ได๎ตามขนาดที่ตอ๎ งการใช๎งาน จากนั้นจึงทาการบรรจุหีบหํอหรือม๎วน

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

43


กระบวนการผลิตเยื่อกระดาษและกระดาษ

209301

กระบวนการผลิตเยื่อกระดาษและกระดาษมีขนั้ ตอนการผลิต ดังนี้ การเตรียมเยื่อ (Pulp preparation) วัตถุประสงค์ของการเตรียมเยื่อ คือ เพื่อต๎องการแยกเส๎น ใยออกมาจากองค์ประกอบอื่นของไม๎ วัตถุดิบในกระบวนการผลิตเยื่อกระดาษมีหลายชนิด ซึ่งสามารถแบํงเป็นประเภทหลักๆ คือ วัตถุดิบ ประเภทไม๎ (Wood) และวัตถุดิบที่ไมํใชํไม๎ (Non–wood) สาหรับวัตถุดิบที่นิยมใช๎ผลิตเยื่อกระดาษใน ประเทศไทยที่เป็นประเภทไม๎ คือ ยูคาลิปตัส สํวนวัตถุดิบประเภทที่ไมํใชํไม๎ คือ ไม๎ไผํ ชานอ๎อย ปอแก๎ว และฟางข๎าว เยื่อกระดาษที่ผลิตได๎ภายในประเทศสํวนใหญํเป็นเยื่อใยสั้นถึงเยื่อใยปานกลาง ยกเว๎น เฉพาะเยื่อกระดาษสาที่ผลิตจากต๎นปอสาเทํานั้นที่จัดเป็นเยื่อใยยาว ในด๎านปริมาณการใช๎วัตถุดิบแตํละ ชนิดพบวํา มีการใช๎ยูคาลิปตัสมากที่สุด คือประมาณร๎อยละ 65 ของปริมาณวัตถุดิบทั้งหมด รองลงมา คือไม๎ไผํร๎อยละ 28 ชานอ๎อยร๎อยละ 5 ฟางข๎าวร๎อยละ 0.75 และปอสา ร๎อยละ 0.05 การผลิตเยื่อใน การทากระดาษจะประกอบด๎วยขั้นตอนที่สาคัญ 2 ขั้นตอนคือ กรรมวิธีการผลิตเยื่อ (Pulping process) และการฟอกเยื่อ (Bleaching)

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

40


กระบวนการผลิตเยื่อกระดาษและกระดาษ

209301

กรรมวิธีการผลิตกระดาษพิมพ์เขียน [7]

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

41


กระบวนการผลิตน้ามันเพื่อการบริโภค 209301  กรรมวิธีการผลิตเยื่อ (Pulping process) เยื่ อ หรื อ เส๎น ใยที่ใ ช๎ ใ นการผลิ ต กระดาษ สามารถแบํงเป็น 2 ประเภท คือ เยื่อบริสุทธิ์ และเยื่อจากกระดาษที่ใช๎แล๎ว  เยื่อบริสุทธิ์ (Virgin pulp or Primary fiber) หมายถึง การนาไม๎หรือผลิตภัณฑ์จาก ธรรมชาติ มาผํา นกระบวนการตํา งๆ เพื่อ แยก เส๎นใยออกมา การผลิตเยื่อบริสุทธิ์แบํงได๎ 3 ชนิดตามกรรมวิธีในการผลิต คือ - เยื่อเชิงกล (Mechanical pulping or Groundwood pulp or Lignocellulosic materials) เป็นเยื่อที่ได๎มาจากกระบวนการผลิตด๎ วย วิธี เ ชิ ง กล คื อ การใช๎ พ ลั ง งานกลหรื อ พลั ง งาน ความร๎อนในการแยกเส๎นใยออกมา ซึ่งเยื่อที่ได๎ จากกระบวนการนี้จะไมํได๎กาจัดลิกนิน (Lignin) ออก จึงทาให๎เยื่อเชิงกลมีสมบัติเดํนคือ มีความ ทึบ แสง (Opacity) สู ง มี ส มบั ติก ารพิม พ์ที่ ดี กระดาษที่ ผ ลิ ต จากเยื่ อ เชิ ง กลจะมี เ นื้ อ หยาบ เมื่ อ โดนแสงจะเปลี่ ย นสี งํ า ย เนื่ อ งจากการ เกิดปฏิกิรยิ ากับแสงของลิกนิน เป็นเยื่อที่มีราคา ถูก ใช๎ทาหนังสือพิมพ์ เยื่อชั้นในกระดาษแข็ง กระบวนการผลิตเยื่อเชิงกลที่สาคัญ คือ

แบบ Groundwood pulping (GW) ซึ่งทา การบดยํอยไม๎ด๎วยแรงทางกล แบบ Thermo-mechanical pulping (TMP) สํวนของไม๎จะถูกทาให๎อํอนนุํมด๎วยไอน้ากํอนที่ จะถูกปูอนเข๎าเครื่องบดเยื่อ แบบ Chemi-Thermo mechanical pulping (CTMP) เป็นการผลิตเยื่อโดยใช๎ทั้งแรง ทางกล ความร๎อนและสารเคมี

การผลิตเยื่อเชิงกลแบบ TMP [8] - เยื่อเคมี (Chemical pulping) เป็นเยื่อที่ได๎จากกระบวนการผลิตเยื่อด๎วย สารเคมี ซึ่งสารเคมีที่ใช๎จะทาหน๎าที่ในการกาจัด ลิกนินออกจากเนื้อไม๎ เพื่อแยกเส๎นใยเซลลูโลส ออกมา เยื่ อ เคมี จ ะมี ป ริ ม าณลิ ก นิ น เหลื อ อยูํ ประมาณร๎อยละ 3-5 มีสมบัติเดํน คือ มีความ แข็ ง แรงสู ง ราคาแพง เส๎ น ใยมี ค วามยื ด หยุํ น และความสวํางหลังการฟอกสีของเยื่อคํอนข๎าง คงที่ (Stable brightness after bleaching)

การผลิตเยื่อเชิงกลแบบ GW [8]

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

42


กระบวนการผลิตเยื่อกระดาษและกระดาษ

209301

กระบวนการผลิตเยื่อเคมี [8] กระบวนการผลิตเยื่อเคมีที่สาคัญคือ Sulfite pulping process กระบวนการนี้ ท าได๎ โ ดยน าชิ้ น ไม๎ สั บ (Wood chip) มาต๎มภายในหม๎อยํอย (Digester) ที่มีสารเคมีประเภท Bisulfite เชํน Mg(HSO3) เยื่ อ กระดาษที่ ไ ด๎ จ ากกระบวนการผลิ ต นี้ มั ก เรียกวํา เยื่อกรด (Acid pulp)

Sulfate pulping process หรือ Alkali pulping process หรือ Kraft process กระบวนการนี้ ท าได๎ โ ดยน าชิ้ น ไม๎ สั บ (Wood chip) มาต๎มภายในหม๎ อหม๎อยํอ ย (Digester) ที่มีโซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) เยื่อ กระดาษที่ได๎จากกระบวนการผลิตนี้มักเรียกวํา เยื่อดํางหรือคราฟท์ (Basic pulp or Kraft) ซึ่ง เยื่ อ ที่ไ ด๎ มีค วามแข็ง แรงสู งกวํ าเยื่ อที่ ผ ลิต จาก กระบวนการ Sulfite

กระบวนการผลิตเยื่อจากกระดาษที่ใช๎แล๎ว [8]

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

43


กระบวนการผลิตน้ามันเพื่อการบริโภค 209301  เยื่อจากกระดาษที่ใช้แล้ว (Recycled fiber หรือ Recovery fiber or Secondary fiber) ได๎จากการนากระดาษที่ผํานการผลิตเป็น กระดาษแผํนแล๎วหรือผํานการใช๎งานแล๎วมาผําน กระบวนการผลิตใหมํ โดยจะต๎องมีการแยกสิ่ง ปลอมปนที่ไมํใช๎กระดาษและต๎องผํานการกาจัด หมึกพิมพ์ (Deinking) ออกกํอน จึงจะนาไปเข๎า กระบวนการผลิ ต กระดาษใหมํ ไ ด๎ ซึ่ ง เยื่ อ กระดาษที่ผลิตจากกระดาษที่ใช๎แล๎วนี้จะมีความ แข็งแรงต่ากวําเยื่อบริสุทธิ์ เยื่อกระดาษที่ได๎จากกระบวนการผลิตมัก มีสีเข๎มเนื่องจากมีลิกนินปะปนอยูํ จึงมักทาการ ฟอกสี เ ยื่ อ (Bleaching) กํ อ นน าไปผลิ ต เป็ น กระดาษแผํน ซึ่งการฟอกสีเยื่อนี้สามารถทาได๎ โดยการแยกลิ ก นิ น ออกจากเยื่ อ (Ligninremoving bleaching) หรือการท าให๎สีของ ลิก นินจางลง (Lignin-preserving bleaching) สารฟอกสี ที่ ใ ช๎ ใ นอุ ต สาหกรรมการผลิ ต เยื่ อ กระดาษมีหลายชนิด เชํน ก๏าซออกซิเจน โอโซน ก๏ า ซ ค ล อ รี น ค ล อ รี น ไ ด อ อ ก ไ ซ ด์ แ ล ะ สารประกอบเพอร์ออกไซด์ เป็นต๎ น การฟอกสี เยื่ อ กระดาษจะสํ ง ผลให๎ ค วามขาวสวํ า งของ กระดาษดีข้ึน และชํวยลดปัญหาเรื่องการเปลี่ยน สีข องกระดาษเมื่ อถู ก แสงแดดหรือ เมื่ อเก็ บ ไว๎ เป็นเวลานานๆ เยื่อที่เตรียมได๎ทั้งเยื่อบริสุทธิ์และเยื่อ จาก กระดาษที่ใช๎งานแล๎วจะถูกนาไปผํานขั้นตอนการ ผลิตเยื่อดังนี้ การเตรียมน้าเยื่อ (Stock preparation) วัตถุป ระสงค์หลั กของการเตรีย มน้าเยื่อ คื อ เพื่ อ พั ฒ นาศั ก ยภาพของเส๎ น ใย และเพื่ อ

ป รั บ ป รุ งส มบั ติ ข อง กระ ดา ษ ใ ห๎ ต รง ตา ม วัตถุประสงค์ในการใช๎งาน กระบวนการเตรียม น้าเยื่อประกอบด๎วยขั้นตอนตํางๆ ดังตํอไปนี้

เยื่อกํอนและหลังการฟอกสีด๎วยออกซิเจน [9] การตีเยื่อ (Pulping) โดยการนาเยื่อ ซึ่งอยูํในรูปของเยื่อแผํน แห๎ง มีความชื้นอยูํระหวํางร๎อยละ 5-50 มาตี รวมกับน้าในถังตีเยื่อ (Pulper) ทาให๎เยื่อกระจาย ตัวในน้าจนมีความชืน้ ถึงร๎อยละ 90 การทาความสะอาดเยื่อ (Cleaning) เป็นขั้นตอนในการกาจัดสิ่งสกปรกที่ เป็น ของหนัก เชํน เศษหิน กรวด ทราย ลวด ออก จากเยื่ อ กํ อ นที่ จ ะเข๎ า สูํ ก ระบวนการบดเยื่ อ เนื่องจากสิ่งสกปรกเหลํานี้จะไปทาให๎ Refiner มี อายุการใช๎งานสั้นลง เครื่องทาความสะอาดเยื่อ มีหลายประเภท เชํน centrifugal cleaner ซึ่ง หลักการทางานของเครื่องแบบนี้คือ อาศัยแรง เหวี่ยงหนีศูนย์กลางจากการหมุนของเครื่อง ทา ให๎เส๎นใยและน้าที่มนี ้าหนักเบากวําลอยตัวขึ้นมา ในขณะที่สิ่งสกปรกที่มีน้าหนักมากกวําจะตกลง ด๎านลําง สํวนเครื่องทาความสะอาดเยื่ออีกชนิด หนึ่งคือ ตะแกรงคัดขนาด (Screen) ซึ่งมีทั้ง

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

44


กระบวนการผลิตเยื่อกระดาษและกระดาษ ตะแกรงคั ด ขนาดแบบหยาบและตะแกรงคั ด ขนาดแบบละเ อี ย ด หลั ก การท างานของ เครื่ องแบบนี้ คื อ การแยกสิ่ ง สกปรกที่ มีข นาด ใหญํห รือ แข็ง กระด๎ า งออกจากน้าเยื่ อ โดยน้ า เยือ่

209301

เยื่อจะถูกปั๊มเข๎าไปในตะแกรงคัดขนาด ซึ่งจะมี ใบพั ด ดั น ให๎ น้ าเยื่ อ ลอดรู ข องตะแกรงออกมา พร๎อมทั้งทาความสะอาดรูตะแกรงไปด๎วย

การตีเยือ่

การทาความสะอาดเยือ่

การบดเยือ่

(Pulping)

(Cleaning)

(Refining)

การกรองและการทา ความสะอาดเยือ่

การผสม

การป้อนเข้าสู่ เครือ่ งจักรผลิตกระดาษ (Stock approach)

(Screening) กระบวนการเตรียมน้าเยื่อ (Stock preparation)

การบดเยื่อ (Refining) เป็นกระบวนการบดเยื่อ เพื่อให๎เยื่อแตก ตัวออกมาเป็นเส๎นใยยํอยๆ จนมีสมบัติเหมาะสม กับการผลิตกระดาษ โดยใช๎เครื่องบดที่เรียกวํา Refiner ซึ่งใช๎หลักของความเสียดทานของเส๎นใย กับผิวของ Refiner plate บดให๎เส๎นใยแตกแขนง ออกเป็นฝอยๆ ซึ่งเส๎นใยที่ผํานการบดแล๎วจะมี ขนาดเล็กลง อํอนนุํม มีพื้นที่ผิวเพิ่มขึ้น เส๎นใย อุ๎มน้าได๎ดขี นึ้ และเกิดพันธะระหวํางกันได๎งํายขึ้น

เครื่องบดเยื่อ (Refiner)

(Proportioning)

การผสม (Proportioning) เป็นขั้นตอนที่จะนาเยื่อใยยาวและเยื่อใย สั้นมาผสมกัน โดยมี Control valve ควบคุม อั ต ราการไหลและสั ด สํ ว นผสม และในบาง โรงงานอาจมี ก ารน ากระดาษที่ เ หลื อ จาก กระบวนการผลิต (Recycled paper) เชํ น ขอบ กระดาษ กระดาษ ที่ ไ มํ ไ ด๎ ม าตรฐาน (Rejected paper) เป็นต๎น นอกจากนี้ยังมีการ เติ ม สารเคมี บ างตั ว ในขั้ น ตอนนี้ เยื่ อ ที่ ผํ า น ขั้นตอนนี้จะมีความข๎ นประมาณร๎อยละ 3-3.5 มีสมบัติพร๎อมที่จะนาไปทาเป็นแผํน การกรองและการทาความสะอาดเยื่อ (Screening) ขั้ น ต อ น นี้ เ ป็ น ก า ร ท า ค ว า ม ส ะ อ า ด สํวนผสมของเยื่อ ซึ่งเป็นขั้นตอนสุดท๎ายกํอนเข๎า เครื่องผลิตกระดาษแผํน อุปกรณ์ที่ใช๎กรองและ

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

45


กระบวนการผลิตเยื่อกระดาษและกระดาษ ทาความสะอาดเยื่อจะมี 2 แบบ คือ Centrifugal cleaner และ Machine screen เมื่อน้าเยื่อผําน การท าความสะอาดแล๎ ว จะถู ก ปู อ นเข๎ า Head box ของเครื่องจักรผลิตกระดาษตํอไป ซึ่งความ เข๎มข๎นของน้าเยื่อในขั้นตอนนี้จะมีคําประมาณ ร๎อยละ 0.5-0.6 การผลิตกระดาษ (Paper making) การผลิตกระดาษเป็นกระบวนการที่นาน้า เยื่อจากกระบวนการเตรียมเยื่อมาทาให๎อยูํในรูป ของกระดาษแผํ น ซึ่ ง ในการผลิ ต กระดาษใน ระดับอุตสาหกรรมจะใช๎เครื่องจักรผลิตกระดาษ (Paper machine) เครื่อ งจัก รผลิ ตกระดาษ มีอ ยูํ หลาย ประเภท แตํเครื่องจักรผลิตกระดาษทุกประเภท จะมีสวํ นประกอบหลักเหมือนกัน ดังนี้  ส่วนทาแผ่น (Forming section) น้าเยื่อจะถูกทาให๎กระจายแผํเป็นแผํนบน ตะแกรงลวดเดินแผํน (Wire) และน้าจะถูกแยก ออก โดยไหลลอดผํ า นตะแกรงลวดเดิ น แผํ น จนกระทั่งแผํนกระดาษมีความชื้นประมาณร๎อย ละ 80 ซึ่งในสํว นท าแผํนนี้ จะประกอบด๎ว ย

209301

อุปกรณ์ที่สาคัญ คือ Head box ตะแกรงลวด เดินแผํน และระบบน้าหมุนเวียน  ส่วนกดรีดนา (Press section) แผํ น กระด าษ จะถู ก บี บ รี ด น้ าออ ก จนกระทั่งมีความชืน้ ประมาณร๎อยละ 50 ในสํวน กดรีดน้านี้จะประกอบด๎วย ชุดกดรีด และระบบ น้าหมุนเวียน  ส่วบอบแห้ง (Dryer section) กระดาษจะถู กอบให๎แห๎งด๎วยลูก อบหนึ่ง ลูกหรือหลายลูก จนกระทั่งมีความชื้นสมดุล กับ ความชื้นในบรรยากาศ ซึ่งมีคําประมาณร๎อยละ 5-10 นอกจากสํวนประกอบหลักทั้งสามสํวนนี้ แล๎ ว เครื่ อ งจั ก รผลิ ต กระดาษอาจมี สํ ว นอื่ น ๆ เพิ่มเติมด๎วย เชํน เครื่องจักรผลิตกระดาษพิมพ์ เขียนจะมีเครื่องฉาบแปูง (Size press) และสํวน รีดเรียบ (Calender) เครื่องจักรผลิตถุงบรรจุ ซีเมนต์ จะมีหนํวยทากระดาษยํน (Clupak unit) เป็นต๎น

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

46


กระบวนการผลิตเยื่อกระดาษและกระดาษ

209301

 ประเภทของเครื่องจักรผลิตกระดาษ การแบํงประเภทของเครื่องจักรผลิตกระดาษ สามารถแบํงได๎หลายแบบตามลักษณะการ ออกแบบของสํวนประกอบหลัก หากแบํงตามการออกแบบสํวนทาแผํน จะสามารถแบํงออกเป็น 4 ประเภทดังนี้ เครื่องจักรแบบโฟร์ดริเนียร์ (Fourdrinier) สํวนทาแผํนของเครื่องจัก รประเภทนี้จะประกอบด๎วยแผํนตะแกรงลวดเดินแผํนวางอยูํใ น แนวราบ เมื่อน้าเยื่อถูกปลํอยลงด๎านบนของตะแกรงลวดเดินแผํน น้าจะถูกระบายออกด๎านลํางด๎วยอุป กรณระบายน้าตํางๆ ในขณะที่เส๎นใยและสารเติมแตํงตํางๆ จะค๎างอยูํดา๎ นบน มักใช๎ในการผลิตกระดาษ เหนียว เครื่องจักรประเภทนี้ชํวยให๎เนือ้ กระดาษมีความสม่าเสมอดีและเกิดรูเข็มน๎อย

เครื่องจักรผลิตกระดาษแบบโฟร์ดริเนียร์ (Fourdrinier) [10] เครื่องจักรแบบตะแกรงลวดเดินแผํนคูํ (Twin-wire) สํวนทาแผํนของเครื่องจักรประเภทนีจ้ ะประกอบด๎วยตะแกรงลวดเดินแผํน 2 ผืนประกบกันใน แนวดิ่ง น้าเยื่อจะถูกปูอนเข๎าชํองหํางระหวํางตะแกรงลวดเดินแผํนทั้งสองผืน และน้าถูกระบายออกทั้ง สองด๎านของตะแกรงลวดเดินแผํน เครื่องจักรประเภทนี้มักใช๎ในการผลิตกระดาษหนังสือพิมพ์และ กระดาษทิชชูํ

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

47


กระบวนการผลิตเยื่อกระดาษและกระดาษ

209301

เครื่องจักรผลิตกระดาษแบบตะแกรงลวดเดินแผํนคูํ (Twin-wire) [11] เครื่องจักรแบบไฮบริด (Hybrid machine) ชํวงแรกของการระบายน้าออกในสํวนทาแผํนของเครื่องจักรประเภทนี้จะเป็นแบบโฟร์ดริเนียร์ หลังจากนั้นจะมีการระบายน้าทางด๎านบนของกระดาษด๎วย มักใช๎ในการผลิตกระดาษพิมพ์เขียน เครื่องจักรแบบตะแกรงกลม (Cylinder mold machine) สํวนทาแผํนของเครื่องจักรประเภทนี้จะเป็นตะแกรงลวดเดินแผํนทรงกระบอก ใช๎ในการผลิต กระดาษแข็ง ที่มนี ้าหนักมาตรฐานสูง

ลักษณะตะแกรงของเครื่องจักรแบบตะแกรงกลม [10]

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

48


กระบวนการผลิตเยื่อกระดาษและกระดาษ

209301

นอกจากนี้ยังสามารถแบํงประเภทของเครื่องจักผลิตกระดาษตามการออกแบบสํวนอบแห๎ง ได๎ดังนี้ เครื่องจักรแบบลูกอบแห๎งหลายลูก (Multicylinder machine) สํวนอบแห๎งของเครื่องจักรประเภทนี้จะประกอบด๎วยลูกอบแห๎ง (Cylinder) เรียงกันหลายลูก (40-100 ลูก) โดยเส๎นผํานศูนย์กลางของลูกอบแห๎งแตํละลูกประมาณ 1.5-1.8 เมตร เครื่องจักรแบบแยงกี้ (Yankee machine) สํวนอบแห๎งของเครื่องจักรประเภทนี้จะมีลูกอบแห๎งเพียงลูกเดียว โดยมีเส๎นผํานศูนย์กลาง ประมาณ 4-7 เมตร

เครื่องจักรแบบแยงกี้ [12] เครื่องจักรแบบผสม สํวนอบแห๎งจะประกอบด๎วยชุดของลูกอบแห๎งหลายลูก ประมาณ 1-2 ชุดและลูกอบแยงกี้อีก 1 ลูก

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

49


กระบวนการผลิตเยื่อกระดาษและกระดาษ กระบวนการผลิตกระดาษ หลังจากผสมน้าเยื่อเรียบร๎อยแล๎ว น้าเยื่อ จะถูกสํงเข๎าสูํเครื่องจักรผลิตกระดาษ เพื่อทาให๎ เป็นแผํนกระดาษที่ยาวตํอเนื่องเรียกวํา กระดาษ ม๎ว น น้าเยื่อจะถู กปูอนเข๎าสูํเครื่องจักรผลิต กระดาษทางถังจํายเยื่อ (Headbox) ซึ่งเป็น อุปกรณ์ชิ้นแรกของเครื่องจักรผลิตกระดาษ ทา หน๎ า ที่ จํ า ยน้ าเยื่ อ เข๎ า สูํ ต ะแกรงลวดเดิ น แผํ น ทาลายกลุํมเส๎นใย (Flocculated fiber) ���นน้าเยื่อ และปลํ อ ยน้ าเยื่ อ ลงบนตะแกรงลวดเดิ น แผํ น อยํางสม่าเสมอตลอดความกว๎างของเครื่องจักร เฮดบ๏อกซ์ที่ใช๎กันทั่วไปมีอยูํ 2 ชนิด คือ ชนิด เบาะอากาศ (Air cushion headbox) และชนิด ไฮดรอลิก (Hydralic headbox)

209301

เฮดบ๏อกซ์ (Headbox) [13] หลั ง จากผํ า นถั ง จํ า ยเยื่ อ หรื อ เฮดบ๏ อ กซ์ แ ล๎ ว น้ า เ ยื่ อ จ ะ ต๎ อ ง ผํา น สํ ว น ตํ า ง ๆ ข อ ง เครื่ อ งจั ก รผลิ ต กระดาษ เพื่ อ แปรรู ป เป็ น กระดาษแผํน ดังนี้

สํวนประกอบของเครื่องจักรผลิตกระดาษ [14]

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

50


กระบวนการผลิตน้ามันเพื่อการบริโภค 209301  ส่วนตะแกรงลวดเดินแผ่น (Wire section หรือ Forming section) ทาหน๎าที่สาคัญสองประการ คือ การกํอ ตัวเป็นแผํนกระดาษด๎วยกระบวนการกรองและ การแยกน้าออก (Dewatering) แผํนเปียกที่ออก จากสํวนนี้จะมีน้าอยูํถึงร๎อยละ 80 สํวนตะแกรง ลวดเดิ น แผํ น นี้ เ ป็ น อุ ป กรณ์ ที่ ส าคั ญ มากตํ อ ความสม่าเสมอของเส๎นใยในเนื้อกระดาษ ลาน้า เยื่อจากเฮดบ๏อกซ์จะตกกระทบตะแกรงลวดเดิน แผํนที่ฟอร์มมิ่งบอร์ด ความเร็วของลาน้าเยื่อจะ สู ง หรื อ ต่ ากวํ า ความเร็ ว ของตะแกรงลวดเดิ น แผํนเล็กน๎อย เพื่อให๎ได๎ความแข็งแรงและความ สม่าเสมอของเส๎นใยในเนื้อกระดาษ ความ แตกตํางของความเร็วลาน้าเยื่อและตะแกรงลวด เดินแผํนรํวมกับตาแหนํงที่น้าเยื่อตกบนฟอร์มมิ่ง บอร์ด เป็นปัจจัยสาคัญที่มีผลตํอคุณภาพของ กระดาษอยํางมาก (บางครั้งเรียกอัตราสํวนของ ความเร็ว น้าเยื่อตํอความเร็ว ของตะแกรงลวด เดินแผํนวํา Efflux ratio) เมื่อน้าเยื่อผํานมาบน ตะแกรง น้าบางสํวนของน้าเยื่อรวมทั้งเส๎นใย และสารเติมแตํงที่มีขนาดเล็กกวําขนาดของชํอง ตะแกรงจะไหลผํานตะแกรงออกไปโดยอาศั ย แรงดึงดูดของโลกและแรงดูดจากอุปกรณ์เสริม อื่นๆ ที่ติดตั้งอยูํใต๎ตะแกรง น้าที่หายไปมีผลทา ให๎ เ ส๎ น ใยเซลลู โ ลสอยูํ ใ กล๎ ชิ ด กั น และเกี่ ย ว ประสานกั น ได๎ มากขึ้น จนเกิ ด ลั ก ษณะเป็ น แผํนกระดาษ แผํนกระดาษที่ได๎มีผิวหน๎าสอง ด๎านที่มีสมบัติหลายประการแตกตํางกัน ทั้งนี้ การเรียกด๎านของกระดาษใช๎การสัมผัสและไมํ สั ม ผั ส ตะแกรงเป็ น เกณฑ์ โดยด๎ า นของ แผํนกระดาษที่สัมผัส ตะแกรงเรียกวํา “ด๎าน

ตะแกรง” (Wire side, WS) สํวนด๎านของ แผํนกระดาษที่อยูํตรงข๎ามด๎านตะแกรงเรียกวํา “ด๎านสักหลาด” (Felt side, FS) ซึ่งเป็นด๎านที่ สัมผัสกับผืนสักหลาดที่ทาหน๎าที่ในการสํงผําน สายของแผํนกระดาษ (Paper wed) บนเครื่อง ผลิตกระดาษ ปริมาณน้าที่อยูํในแผํนกระดาษ หลังการแยกน้าออกแล๎วมีอยูํประมาณ 80-85 เปอร์เซนต์โดยน้าหนัก  ส่วนกดรีดน้า (Pressing section) สายของแผํน กระดาษที่ เ กิ ดขึ้ น หลั งจาก การแยกน้ าแล๎ ว จะเคลื่ อ นที่ เ ข๎ า ไประหวํ า ง ลูกกลิ้งกดรีดน้า (Press rolls) ในขั้นตอนนี้มี วัตถุประสงค์เพื่อขจัดน้าออกจากแผํนกระดาษ ให๎ได๎มากที่สุดกํอนที่จะสํงตํอไปยังหนํวยทาแห๎ง ปริมาณน้าที่ยั งมีอยูํใ นแผํ นกระดาษเปีย กหลัง ผํานการกดรีดน้าแล๎วเหลืออยูํประมาณ 60-70 เปอฺร์เซนต์โดยน้าหนัก ในสํวนกดรีดน้านี้ จะมี การจั ด เรี ย งของชุ ด ลู ก กลิ้ ง กดรี ด น้ าหลาย รูป แบบ ขึ้ น อยูํ กั บ ชนิ ด ของกระดาษที่ ผ ลิ ต สาหรับกระดาษพิมพ์เขียนซึ่งต๎องการให๎ผิวสอง ด๎านของกระดาษเรียบเทําๆ กัน ผิวทั้งสองด๎าน ของกระดาษต๎องถูกกดด๎วยผิวลูกกลิ้งกดรีดน้า ที่เรียบโดยไมํมีผ๎าสักหลาด แตํการกดรีดน้าโดย ไมํมีผ๎าสักหลาดรองรับ จะทาให๎น้าระบายออก จากกระดาษได๎ ย าก การระบายน้ าไมํ มี ประสิทธิภาพ ดังนั้นจึงมักมีผ๎าสักหลาดหนึ่ง หรือสองผืนเสมอ ในชุดของลูกกลิ้งกดรีดน้า ทั้ง หมด จะมีอ ยูํ ลู ก กลิ้ ง หนึ่ง ลู ก ที่ เ ป็ น แบบ ลูกกลิ้งกดรีดน้า สุญญากาศ หรือลูกกดรัดน้าที่ มีผิวเป็นรูหรือชํอง เพื่อให๎น้าระบายออกจาก

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

51


กระบวนการผลิตเยื่อกระดาษและกระดาษ กระดาษได๎มากขึ้น นอกจากการกดรีดน้าออก แล๎ว ลูกกลิง้ กดรีดน้ายังมีหน๎าที่คล๎ายกับลูกกลิ้ง แดนดี (Dandy roll) กลําวคือ ชํวยกดอัดให๎เส๎น ใยเซลลูโลสมาอยูํใกล๎กันและเกิดพันธะเคมีตํอ กันได๎มากยิ่งขึ้น ท าให๎แผํนกระดาษมีความ แข็งแรงเพิ่มขึน้ รวมทั้งชํวยเพิ่มความเรียบให๎กับ ผิวกระดาษด๎วย  ส่วนอบแห้งกระดาษ (Drying section) การท าแห๎ ง กระดาษท าโดยอาศั ย ความ ร๎อนจากไอน้าอิ่มตัวความดันต่าที่ถูกจํายเข๎าไป ข๎างในลูกอบแห๎ง ทาให๎ผิวลูกอบแห๎งร๎อนขึ้น แล๎วกลั่นตัวเป็นคอนเดนเสท (Condensate) คอน เดนเสทจะฟอร์มตัวเป็นฟิล์มอยูํที่ผิวด๎านในของ ลูกอบแห๎ง ฟิล์มนี้ต๎องไมํหนาจนเกินไปเพราะจะ ทาให๎การถํายเทความร๎อนระหวํางไอน้าและผิว ลูกอบไมํดี การระบายคอนเดนเสทออกจากลูก อบแห๎งเป็นปัจจัยสาคัญที่สงํ ผลตํอประสิทธิภาพ ในการอบแห๎งกระดาษและรวมถึงคําใช๎จํายด๎วย ซึ่ ง ความร๎ อ นนี้ จ ะท าให๎ ป ริ ม าณน้ าที่ มี อ ยูํ ใ น แผํนกระดาษเหลืออยูํประมาณ 2-8 เปอร์เซนต์ โดยน้าหนัก ซึ่งในหนํว ยท าแห๎งนี้อาจมีก าร เคลือบสารละลายของสารเพิ่มความแข็งแรงผิว ให๎แกํกระดาษ การเคลือบสารเพิ่มความแข็งแรง ผิวบนกระดาษเกิดขึ้นเมื่อสายของแผํนกระดาษ เคลื่ อ นที่ ผํ า นเข๎ า ไปในหนํ ว ยเคลื อ บสารเพิ่ ม ความแข็งแรงผิว ซึ่งอยูํกํอนสํวนทาแห๎งสํวน สุดท๎ายของหนํวยทาแห๎ง เมื่อสารเพิ่มความ แข็ ง แรงผิ ว ได๎ รั บ การเคลื อ บบนกระดาษแล๎ ว สายของกระดาษก็จะเคลื่อนที่เข๎าสูํสํวนทาแห๎ง สํวนสุดท๎าย เพื่อทาให๎สารเพิ่มความแข็งแรงผิว

209301

บนกระดาษเกิ ด การแห๎ ง ตั ว กํ อ นที่ ส ายของ แผํนกระดาษจะเคลื่อนเข๎าสูํขนั้ ตอนตํอไป

ชุดลูกกลิง้ อบแห๎งกระดาษ [15]  ส่วนฉาบผิวกระดาษ (Size-press section) กระดาษที่ผํานสํวนอบแห๎งชุดแรกจะถู ก ฉาบผิว (Surface sizing) ด๎วยน้าแปูงที่ต๎มสุก โดยน้าแปูงจะฉาบอยูํที่ผิวกระดาษทั้งสองด๎าน ทาให๎ผิวกระดาษแข็งแรงขึ้นและทาให๎กระดาษมี ความต๎านทานน้าเพิ่มขึ้นด๎วย เพราะน้าแปูงจะ ไปอุดรูหรือชํองวํางที่ผิวกระดาษ ถัดจากเครื่อง ฉาบผิวจะเป็นสํวนให๎ความร๎อนแบบลมร๎อน (Air foil) และสํวนอบแห๎งชุดหลังเพื่อให๎กระดาษแห๎ง อาจมีการเติมสารเติมบางอยํางลงในน้าแปูงด๎วย เชํน สารฟอกนวล เป็นต๎น

ลูกกลิง้ ฉาบผิวกระดาษ [16]

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

52


กระบวนการผลิตเยื่อกระดาษและกระดาษ  ส่วนรีดผิวกระดาษ (Calendering section) เป็นอุป กรณ์ที่อยูํถั ด จากสํว นอบแห๎งชุด หลัง ประกอบด๎วยลูกรีดทรงกระบอกซึ่งทาจาก โลหะวางซ๎อนกัน ผิวของลูกรีดจะแข็งและเรียบ มาก กระดาษจะถูกดึงผํานไประหวํางลูกรีด ทา ให๎กระดาษบางลง เรียบขึ้น และมีความหนา สม่าเสมอขึ้นด๎วย ลูกรีดเรียบลูกลํางสุดเรียกวํา King roll จะมีขนาดใหญํและมี Crown เพื่อให๎ ความดันสม่าเสมอตลอดหน๎ากว๎างของกระดาษ การรีด ผิว กระดาษนี้เ ป็นขั้นตอนสุด ท๎ายกํอนที่ สายของแผํนกระดาษจะเข๎าม๎วน (Peeling) แล๎ว นาออกจากเครื่องผลิตกระดาษเพื่อนาไปตัดเป็น ม๎วนขนาดเล็กหรือเป็นแผํนเพื่อจาหนํายตํอไป การตกแต่งกระดาษ นอกจากขั้นตอนตํางๆ ที่ได๎กลําวมาแล๎ว ในข๎างต๎น ยังมีอีกสองขั้นตอนที่กระดาษอาจ ต๎องผํานการปรับ ปรุงคุ ณภาพของผิวกระดาษ กํอนออกจาหนําย ได๎แกํ  การเคลือบผิวกระดาษ (Coating) การเคลือบผิวกระดาษเป็นขั้นตอนสาหรับ เคลือบผิวกระดาษด���วยตัวเติม โดยมีสารยึดตัว เติมให๎ติดบนผิวกระดาษได๎ การเคลือบผิวเพื่อ ชํวยให๎กระดาษมีผิว หน๎าที่เรียบขึ้นทาให๎สภาพ พิมพ์ข องกระดาษดีขึ้น กระดาษที่ผํา นการ เคลือบผิวมีชื่อเรียกวํา “กระดาษเคลือบผิว ” (Coated paper) ซึ่งการเคลือบผิวอาจเป็นแบบ “เคลือบด๎านเดียว” หรือ “เคลือบสองด๎าน” ของ

209301

กระดาษ และอาจ “เคลือบด๎าน” หรือ “เคลือบ มัน” ก็ได๎ ทั้งนี้การเคลือบด๎านหรือเคลือบมัน ขึ้น อยูํ กั บ องค์ป ระกอบของสารเคลื อบผิ วที่ ใ ช๎ ความมันวาวของกระดาษที่นามาเคลือบผิวและ วิธีการที่ใช๎ใ นการเคลือบผิวเป็นสาคัญ ทั้งนี้ อุปกรณ์ในการเคลือบผิวกระดาษอาจเป็นสํวน หนึ่ ง ของเครื่ อ งจั ก รผลิ ต กระดาษหรื อ แยก ออกมาตํางหากก็ได๎  การขัดผิวกระดาษ (Supercalendering) กระดาษที่ ผํ า นการรี ด ผิ ว และ/หรื อ ผํ า น การเคลือบผิวมาแล๎วเป็นกระดาษที่มีความเรียบ และความมันวาวในระดับหนึ่ง อยํางไรก็ตามเพื่อ เพิ่ ม ความมั น วาวของกระดาษให๎ มี ม ากยิ่ ง ขึ้ น กระดาษจะผํ า นการขั ด ผิ ว โดยใช๎ อุ ป กรณ์ ที่ เรี ย กวํ า “ซู เ ปอร์ ค าร์ แ ลนเดอร์ ” (Supercalender) ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ตํอแยกออก จากเครื่องจักรผลิตกระดาษ อุปกรณ์ดังกลําว ประกอบด๎ ว ยลู ก กลิ้ ง ขั ด ผิ ว จ านวนมาก มี ลักษณะเป็นกระบอกเรียงซ๎อนกันในแนวตั้ง โดย มีลูกกลิ้งที่ทาจากเหล็กกล๎าขัดมันเรียงสลับกับ ลูกกลิ้งที่หุ๎มด๎วยกระดาษหรือฝูาย เมื่อสายของ แผํนกระดาษผํานเข๎าไประหวํางลูกกลิ้งแรงกด อัดระหวํางลูกกลิ้งที่กระดาษได๎รับมีผลให๎เส๎นใย เซลลูโลสอัดตัวกันได๎มากขึ้น และทาให๎กระดาษ มีผิวที่เรียบมากขึ้น สํงผลทาให๎ความมันวาวของ กระดาษเพิ่มขึ้นตามจานวนครั้งที่กระดาษได๎รับ การขัดผิว

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

53


กระบวนการผลิตเยื่อกระดาษและกระดาษ

209301

เอกสารอ้างอิง [1] www.bonniesplants.com/bogs_marginals/papyrus.htm [2] sedge-egypt.blogspot.com/ [3] scientistsinaction.in/gallery/chrono/pages/S%208_jpg.htm [4] www.bot.or.th [5] www.i-do-it-yourself.com/2009/06/free-paper-bag-printables/ [6] www.emt-india.net/process/pulp_paper/Pulp_paper_process.htm [7] www.siam-euca.com [8] www.tappi.org/ [9] wood120.forestry.ubc.ca [10] papermachinery.en.made-in-china.com/ [11] www.made-in-china.com [12] www.zdqk.com [13] www.paper-machinery.com [14] www.intechopen.com [15] www4.ncsu.edu/~hubbe/bus.htm [16] www.papermachineries.com [17] www.paperonline.org

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

54


กระบวนการผลิตเยื่อกระดาษและกระดาษ

209301

บทที่ 5

กระบวนการผลิตน้ามันเพื่อการบริโภค น้ามันและไขมันสาหรับบริโภคได๎มาจาก การสกั ดจากพืชและสัตว์ นิย มใช๎ใ นการบริโ ภค หรือใช๎เตรียมอาหาร เพื่อเพิ่มรสชาติ และแปรรูป อาหารให๎ นํ า รั บ ประทานยิ่ ง ขึ้ น สํ ว นใหญํ จ ะมี ลักษณะเหลวในสภาพอุณหภูมิห๎อง น้ามันทั้งของ พืชและสัตว์เป็นสารประกอบเชิงอินทรีย์ที่เกิดจาก การรวมตั ว ของกรดคาร์ บ อกซิ ลิ ก (Carboxylic acid) หรื อ กรดไขมั น หลายโมเลกุ ล โดยมี กลีเซอรอลหรือกลีเซอรีน (Glycerol or Glycerine) เป็นตัวเชื่อม กรดไขมันแตํละชนิดมีสูตรโครงสร๎างของตัวเองโดยเฉพาะ มนุษย์รู๎จักการนาน้ามันและ ไขมันมาใช๎สาหรับปรุงอาหารมาเป็นเวลาช๎านานแล๎ว โดยในสมัยแรกๆ จะเป็นการใช๎น้ามันที่ผลิตได๎จาก ไขมันสั ตว์ โดยนาไขมันสัตว์มาท าให๎ล ะลายด๎วยความร๎อนจนได๎เ ป็นน้ามัน เชํน น้ามันหมู น้ามันไกํ น้ามันวัว จากนั้นจึงมีได๎มีการสกัดน้ามันจากพืชน้ามันตํางๆ เพื่อใช๎ทดแทนหรือผสมกับน้ามันสัตว์ให๎มี ปริมาณมากขึ้นเพียงพอตํอความต๎องการ จากการค๎นพบวํามีพืชหลายชนิดที่สามารถนามาสกัดน้ามัน ได๎ประกอบกับวิทยาการในการเพาะปลูก การสกัด และการแปรรูปได๎ก๎าวหน๎าตามลาดับ จึงได๎มีการนา น้ามันพืชไปแปรรูปเพื่อใช๎ประโยชน์ในด๎านอื่นๆ นอกเหนือจากการบริโภคอีกมากมายหลากหลายชนิด เชํน ทาสีและน้ามันผสมสี เครื่องสาอาง ยารักษาโรค สบูํ ผงซักฟอก เส๎นใยสังเคราะห์ หนังเทียม แผํน พลาสติก น้ามันเชื้อเพลิง และน้ามันหลํอลื่น อาจกลําวได๎วําน้ามันพืชได๎เข๎ามามีบทบาทสาคัญในการ ดารงชีวิตของมนุษย์ในปัจจุบันเป็นอยํางมาก สาหรับการบริโภคปัจจุบันผู๎บริโภคนิยมใช๎น้ามันพืชปรุง อาหารประเภททอดหรือผัดเป็นจานวนมากขึ้น เพราะสามารถหาซื้อได๎งํายและสะดวกในการใช๎ อีกทั้ง ยังมีประโยชน์ตํอรํางกาย คือ เป็นสารให๎พลังงานและความร๎อนแกํรํางกายได๎มากกวําสารอาหารชนิด อื่น และชํวยในการละลายไวตามินที่จาเป็นตํอรํางกายบางชนิด ได๎แกํ ไวตามินเอ ดี อี และเค รวมทั้ง ชํวยลดระดับไขมันในเลือดอันเป็นสาเหตหนึ่งที่ทาให๎เส๎นเลือดอุดตันได๎

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

55


กระบวนการผลิตน้ามันเพื่อการบริโภค 209301 ส่วนประกอบของน้ามัน น้ามันสาหรับประกอบอาหารทั้งที่ได๎จาก พื ช และสั ต ว์ ล๎ ว นประกอบด๎ ว ยกรดไขมั น 2 ประเภท คือ กรดไขมันอิ่มตัวและกรดไขมันไมํ อิ่ ม ตั ว กรดไขมั น ที่ มี ใ นน้ ามั น ได๎ แ กํ กรดคา โปรอิก กรดไมริสติก กรดปาล์มมิติก กรดสเตีย ริก กรดไลโนลีอิก กรดไลโนลีนิก กรดอราชิดิก เป็นต๎น [2]  กรดไขมันอิ่มตัว (Saturated fatty acidSAFA) เป็ น กรดไขมั น ที่ รํ า งกายไมํ ค วรรั บ มาก เกิ น ไป เพราะจะเพิ่ ม ระดั บ คอเลสเตอรอลใน เลือด ทาให๎เกิดการอุดตันในเส๎นเลือดได๎ จึงควร จากัดปริมาณที่ใช๎ไมํให๎เกินวันละ 10 เปอร์เซ็นต์ ของพลังงานหรือ 1 ช๎อนโต๏ะ วิธีสังเกตน้ามันที่มี กรดไขมันอิ่มตัวสูงคือจะแข็งตัวหรือเป็นไขเมื่อ อุ ณ หภู มิ เ ย็ น ลง เหมาะส าหรั บ ใช๎ ท อดอาหาร เพราะน้ามันชนิดนี้จะทนตํอความร๎อน ความชื้น และออกซิเจน ไมํเ หม็นหืน ทาให๎อาหารกรอบ นาน เชํน น้ามันปาล์ม น้ามันมะพร๎าว เป็นต๎น  กรดไขมันชนิดไม่อิ่มตัว (Unsaturated fatty acid) มีพันธะคูรํ ะหวํางคาร์บอน 1 แหํง หรือ 2 แหํง แบํงเป็น 2 ประเภท คือ  กรดไขมั น ไมํ อิ่ ม ตั ว เชิ ง เดี่ ย ว (Monounsaturated fatty acid-MUFA) มีคุณสมบัติชํวย ลดระดับคอเลสเตอรอลและไตรกลีเซอไรด์ใ น เลื อ ดได๎ นอกจากนี้ ยั งชํ ว ยให๎เ ลื อ ดไมํ ข๎ น หนื ด และเพิ่มระดับคอเลสเตอรอลชนิดดีได๎ด๎วย จึงมี ประโยชน์ตอํ สุขภาพหัวใจและหลอดเลือด

น้ามันที่มีกรดไขมันชนิดนี้เหมาะสาหรับอาหาร ทอดที่ต๎องใช๎น้ามันมากและปรุงนาน เชํน น้ามัน ปาล์ม น้ามันเมล็ดฝูาย เป็นต๎น  กรดไขมั น ไมํ อิ่ ม ตั ว เชิ ง ซ๎ อ น (Polyunsaturated fatty acid-PUFA) เป็นกรดไขมันที่ รํ า งกายสร๎ า งเองไมํ ไ ด๎ ต๎ อ งได๎ รั บ จากอาหาร เทํานั้น เหมาะสาหรับทาอาหารประเภทผัดหรือ ทอดแบบเร็ ว ๆ ที่ ใ ช๎ น้ ามั น น๎ อ ย เชํ น น้ ามั น ถั่ ว เหลื อ ง น้ ามั น เมล็ ด ดอกทานตะวั น น้ ามั น ข๎าวโพด เป็นต๎น กรดไลโนลีอกิ และไลโนลีนกิ เป็นกรดไขมัน ที่จาเป็นตํอรํางกาย (Essential fatty acid) ซึ่ง เป็นกรดไขมันที่ไมํสามารถสร๎างขึ้นในรํางกายได๎ จึงต๎องได๎รับจากอาหาร สํวนกรดอราชิโดนิกนั้น ก็จัดวําเป็นกรดไขมันที่จาเป็น แตํรํางกายมนุษย์ สามารถสร๎างกรดอราชิโดนิกได๎จากกรดไลโนลี อิก โดยที่กรดไลโนลีอิกมีมากในน้ามันข๎าวโพด น้ ามั น เมล็ ด ฝู า ย น้ ามั น ถั่ ว ลิ ส ง และน้ ามั น ถั่ ว เหลื อง กร ดไ ขมั น ที่ จ าเป็ นตํ อรํ า งก าย มี ความสาคัญในการสร๎างพรอสตาแกลนดินส์ ซึ่ง เป็นสารที่มีบทบาทมากตํอระบบตํางๆ ภายใน รํางกาย เชํน การขับน้ายํอยที่เป็นกรด การหด ตัวและคลายตัวของกล๎ามเนื้อเรียบ การควบคุม อุณหภูมิของรํางกาย การรวมตัวของแผํนเลือด นอกจากนี้ ไ ขมั น และน้ ามั น ยั ง เป็ น อาหารที่ ใ ห๎ พลังงานสูงมากโดยที่ไขมัน 1 กรัม ให๎พลังงาน ถึง 9 แคลอรี ซึ่งในผูใ๎ หญํควรได๎รับพลังงานจาก ไขมั น และน้ ามั น ร๎ อ ยละ 20-25 ของปริ ม าณ แคลอรีทั้งหมด และในวัย รุํนควรได๎รับ ร๎อยละ 30-35 ของปริมาณแคลอรี ทั้งหมดที่รํ างกาย

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

56


กระบวนการผลิตน้ามันเพื่อการบริโภค ควรได๎รับ ในแตํล ะวั น อยํางไรก็ ตามกรดไขมัน ชนิดอิ่มตัวและไมํอิ่มตัวทั้งเชิงเดี่ยวและเชิงซ๎อน ล๎วนสํงผลให๎เกิดภาวะไขมันในเลือดสูงและเป็น ปั จ จั ย เ สี่ ย ง ตํ อ ก า ร เ กิ ด โ ร ค หั ว ใ จ ซึ่ ง คณะ อนุ กร รม กา รส าขา โภ ชน ศา สต ร์ ใ น

209301

คณะกรรมการโภชนาการแหํ ง ชาติ แ นะน าให๎ ผู๎ ใ หญํ ป กติ รั บ ประทานไขมั น หรื อ น้ ามั น วั น ละ 2½ - 3 ช๎อนโต๏ะ หรือโดยเฉลี่ยรับประทาน ประมาณ 1 ช๎อนโต๏ะตํอมือ้

ชนิดและปริมาณของกรดไขมันในน้ามันพืช 10 ชนิด (กรัม/100 กรัม) [3] ชนิดของน้ามัน

น้ามันข้าวโพด น้ามันเมล็ดฝ้าย น้ามันมะกอก น้ามันปาล์ม น้ามันถัว่ ลิสง น้ามันดอกคาฝอย (ชนิดมีกรดไลโนเลอิก มาก) น้ามันดอกคาฝอย (ชนิดมีกรดโอเลอิก มาก) น้ามันงา น้ามันถัว่ เหลือง น้ามันดอกทานตะวัน

กรดไขมันอิ่มตัว ปาล์มติ กิ สเตียริก ทั้งหมด

โอเลอิก

กรดไขมันไม่อิ่มตัว ไลโนเล ไลโนเล อิก นิก 58.0 0.7 51.5 0.2 7.9 0.6 9.1 0.2 32.0 74.1 0.4

ทั้งหมด

10.9 22.7 11.0 43.5 9.5 6.2

1.8 2.3 2.2 4.3 2.2 2.2

12.7 25.9 13.5 49.3 16.9 9.1

24.2 17.0 72.5 36.6 44.8 11.7

4.8

1.3

6.1

75.3

14.2

-

89.5

8.9 10.3 5.9

4.8 3.8 4.5

14.2 14.4 10.3

39.3 22.8 19.5

41.3 51.0 65.7

0.3 6.8 -

81.4 81.2 85.2

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

82.9 69.7 82.1 46.3 78.2 86.6

57


กระบวนการผลิตน้ามันเพื่อการบริโภค 209301 น้ามันพืช (Vegetable oil) น้ามันพืช คือ ผลิต ภัณฑ์น้ามั นที่สกั ดได๎ จากพืชที่มีไขมันสูง เชํน มะพร๎าว ปาล์ม เมล็ด ฝูาย ถั่วลิสง ถั่วเหลือง ราข๎าว เป็นต๎น โดยทั่วไป น้ามันพืชเป็นสารประกอบไตรกลีเซอไรด์มีความ หนืดสูง สํวนใหญํมีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบใน กรดไขมั น ระหวํ า ง 12-18 ตั ว และมี ป ริ ม าณ ไขมันอยูํในโครงสร๎างถึงร๎อยละ 94-96 ของ น้าหนักโมเลกุลของไตรกลีเซอไรด์ น้ามันพืชที่ ผลิตจากพืชแตํละชนิดจะให๎สมบัติที่แตกตํางกัน ทั้ ง นี้ เ นื่ อ งจากความแตกตํ า งของชนิ ด และ ปริมาณกรดไขมันในโครงสร๎างโมเลกุล นั่นเอง น้ามันพืชสาหรับบริโภคที่จาหนํ ายในท๎องตลาด ปั จ จุ บั น มี ม ากมายหลายชนิ ด เชํ น น้ ามั น ถั่ ว เหลือง น้ามันปาล์ม น้ามันเมล็ดดอกทานตะวัน น้ามันข๎าวโพด น้ามันดอกคาฝอย น้ามันมะกอก เป็นต๎น พืชน้ามันซึ่งใช๎เป็นวัตถุดิบในอุตสาหกรรม การผลิตน้ามันสาหรับบริโภคมีหลายชนิด ทั้งพืช ยืนต๎นและพืชล๎มลุกซึ่งแบํงออกได๎ดังนี้ - น้ามันจากสํวนผลของพืชยืนต๎น ได๎แกํ น้ามัน มะกอก (Olive oil) และน้ามันปาล์ม (Palm oil) - น้ ามั น จากสํ ว นเมล็ ด ของพื ช ยื น ต๎ น ได๎ แ กํ น้ามันเมล็ดในปาล์ม (Palm kernel oil) น้ามัน มะพร๎าว (Coconut oil) และน้ามันเมล็ดนุํน (Kapok seed oil) - น้ ามั น จากสํ ว นเมล็ ด ของพื ช ล๎ ม ลุ ก ได๎ แ กํ น้ามันเมล็ดฝูาย (Cottonseed oil) น้ามันถั่ว เหลือง (Soybean oil) น้ามันงา (Sesame oil) น้ามันถั่วลิสง (Peanut oil) น้ามันเมล็ดดอก ทานตะวัน (Sunflower seed oil) น้ามันเมล็ด

ดอกคาฝอย (Safflower seed oil) น้ามันรา (Rice bran oil)  น้ามันถั่วเหลือง (Soybean oil) เป็ น น้ ามั น พื ช ที่ ผํ า นกระบวนการสกั ด น้ ามั น ดิ บ จาก เมล็ ด ถั่ วเหลื อง แล๎ วเข๎ า สูํ กระบวนการกลั่ น ด๎ ว ยระบบไอน้ าแรงดั น สู ง เพื่อให๎ได๎น้ามันบริสุทธิ์ออกมา น้ามันถั่วเหลือง จัด เป็ น น้ ามั น ที่คุ ณ ภาพดี เนื่ องจากมี ป ริ ม าณ กรดไขมันไมํอิ่มตัวสูงกวําน้ามันพืชที่ผลิตได๎จาก เมล็ดพืชหลายๆ ชนิด ทาให๎สามารถชํวยลดคอ เรสเตอรอลไมํดีได๎ ยิ่งกวํานั้นในเมล็ดถั่วเหลือง ยั ง มี โ ปรตี น สู ง นิ ย มใช๎ ใ นการปรุ ง อาหาร ท า น้ามั นสลัด และเนยเทีย ม น้ามัน ถั่ ว เหลือ งที่ ดี ต๎ อ งดู ใ สสะอาด คว่ าแล๎ ว ต๎ อ งไมํ มี ต ะกอน ทดสอบได๎ โ ดยเอาไปแชํ ทิ้ ง ไว๎ ใ นตู๎ เ ย็ น ชํ อง ธรรมดา 4-5 ชั่วโมง น้ามันถั่วเหลืองที่ดีต๎องไมํ เป็นไขและไมํขนุํ

น้ามันถั่วเหลือง [4]

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

58


กระบวนการผลิตน้ามันเพื่อการบริโภค  น้ามันปาล์ม (Palm oil)

น้ามันปาล์ม [5] สกัดจากปาล์มน้ามันซึ่งเป็นพืชน้ามันที่ให๎ ปริ ม าณน้ ามั น สู ง ถึ ง 0.6-0.8 ตั น /ไรํ / ปี เมื่ อ เปรีย บเทีย บกั บพืชน้ามันชนิด อื่ น น้ามันปาล์ม ดิบ จะถู ก นามาผํา นกระบวนการการแยกกรด ไขมันอิ่มตัวออกบางสํวน น้ามันที่ได๎จึงมีปริมาณ กรดไขมันไมํอิ่มตัวที่มีประโยชน์คํอนข๎างสูง โดย ประกอบด๎ว ยกรดไขมันอิ่มตัว ร๎อยละ 48 และ กรดไขมั น ไมํ อิ่ ม ตั ว ร๎ อ ยละ 38 น้ ามั น ปาล์ ม สามารถนาไปใช๎ได๎ทั้งในอุตสาหกรรมผลิตภัณ ฑ์ อาหารและในการประกอบอาหาร เนื่ อ งจาก สามารถความร๎ อ นได๎ สู ง ไมํ ท าให๎ เ กิ ด สารกํ อ มะเร็ ง และมี ร าคาต่ ากวํ า น้ ามั น พื ช ชนิ ด อื่ น น้ามันปาล์มเหมาะกั บการทอดอาหารสาเร็จรูป ปรุงอาหารและผลิตมาการีน

209301

ทั้ ง ยั ง ปู อ งกั น โรคความดั น โลหิ ต สู ง หั ว ใจ ล๎มเหลว หัวใจวาย ไตวาย เส๎น เลือ ดในสมอง แตก นอกจากนี้ยังชํวยให๎ระบบการทางานของ สํวนตํางๆ ในรํางกายดีขึ้น ทั้งกระเพาะอาหาร ตับ อํอน ลาไส๎ ตับ และถุ งน้าดี สํวนวิตามินเอ และสารต๎านอนุมูลอิสระที่มีอยูํในน้ามันมะกอก จะชํ ว ยให๎ ผิ ว หนั ง มี ค วามยื ด หยุํ น ปู อ งกั น โรค ผิวหนัง และลดริ้วรอยเหี่ยวยํน สาหรับผู๎สูงอายุ ที่ มั ก จ ะ มี ปั ญ ห า เ กี่ ย ว กั บ ก ร ะ ดู ก ห า ก รั บ ประทานน้ ามั น มะกอกเป็ น ประจ าจะชํ ว ย เสริมสร๎างกระดูก ปูองกันโรคกระดูกพรุน และ ชํวยให๎รํางกายดูดซึมแรํธาตุ และแคลเซียมได๎ดี ยิ่งขึ้น นอกจากนี้น้ามันมะกอกยังมีกรดไขมันที่ ชํวยตํอต๎านการกํอตัวของติ่งเนื้อหรือมะเร็งใน อวัย วะตํา งๆ ได๎อีก ด๎วย แตํน้ ามันมะกอกจะมี ราคาที่คํอนข๎างสูงกวําน้ามันพืชทั่วๆ ไป

น้ามันมะกอก [6]

 น้ามันมะกอก (Olive oil) เป็น น้ามั นพืช ที่อุด มไปด๎ว ยกรดไขมั นไมํ อิ่มตัว วิตามินเอ เบตา-แคโรทีน และสารต๎าน อนุมูลอิสระที่ให๎ผลดีตํอรํางกายหลายประการ เชํ น ชํ ว ยปู อ งกั น การเกิ ด ของหลอดเลื อ ดแดง แข็งตัว ชํวยให๎การหมุนเวียนของโลหืตดีขึ้น อีก

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

59


กระบวนการผลิตน้ามันเพื่อการบริโภค  น้ามันงา (Sesame oil)

น้ามันงา [7] เป็ น น้ ามั น พื ช ที่ นิ ย มน ามาใช๎ ใ นการปรุ ง อาหาร โดยเฉพาะชาวจีน ญี่ปุน และเกาหลีจะ ใช๎ น้ ามั น งาเป็ น สํ ว นผสมของอาหาร น้ ามั น งา บริ สุ ท ธิ์ จ ะมี ร สฝาดร๎ อ นแตํ ไ มํ มี ก ลิ่ น เหม็ น หื น เนื่องจากมีสารเซซามอล (Sesamol) ซึ่งเป็นสาร กันหืนเป็นองค์ประกอบอยูํ ในทางการแพทย์ได๎ ใช๎สารชนิดนี้ไปเป็นสํวนประกอบของยาเพื่อลด ความดั น โลหิ ต ชะลอความแกํ และลดการ แพรํกระจายของเซลมะเร็ง นอกจากสารเซซา มอลแล๎วน้ามันงายังมีกรดไขมันไมํอิ่มตัวสูงเมื่อ เทียบกับน้ามันชนิดอื่นๆ ซึ่งจะชํวยปูองกันไมํให๎ หลอดเลือดแข็งตัวอันเป็นเหตุของโรคหัวใจขาด เลื อ ด นอกจากนี้ ยั ง มี ก รดไขมั น ไลโนเลอิ ก ที่ จาเป็นตํอการเจริญเติบโต ชํวยควบคุมและลด คอเลสเตอรอลในเลื อ ด ปู อ งกั น การเป็ น โรคหัวใจ โรคที่เกี่ยวกับหลอดเลือดบางชนิด ทั้ง ยังให๎ความชุํมชืน้ แกํผิวหนังอีกด๎วย

209301

 น้ามันเมล็ดดอกทานตะวัน (Sunflower oil) ในเมล็ ด ดอกทานตะวั น นั้ น อุ ด มไปด๎ ว ย น้ ามั น และวิ ต ามิ น อี น้ ามั น ที่ ไ ด๎ จ ากเมล็ ด ทานตะวันจะมีกรดไลโนเลอิกสูงถึงร๎อยละ 4475 ซึ่ ง มี ค วามจ าเป็ น ตํ อ รํ า งกาย สามารถ ปู อ งกั น การแข็ ง ตั ว ของเลื อ ดในหลอดเลื อ ด ปูองกันโรคฆลอดเลือดหัวใจ สํวนวิตามินอีจะทา หน๎าที่เป็นสารต๎านอนุมูลอิสระ คอยดักจับและ ทาลายของเสียที่จะมาทาลายเซลล์ตํางๆ ชํวยให๎ ผิวพรรณเตํงตึง ลดไขมันในเส๎นเลือด ปูองกั น การเกิ ด มะเร็ ง บ ารุ ง สายตา ปู อ งกั น การเป็ น หมั น การแท๎ ง และปู อ งกั น เนื้ อ เยื่ อ ปอดถู ก ทาลายจากมลภาวะทางอากาศ นอกจากนี้ยังมี กรดไขมัน CLA (Conjugated Acid) หรือกรด ไขมั น ที่ รํ า งกายไมํ ส ามารถผลิ ต เองได๎ ซึ่ ง มี ประโยชน์ในการเรํงการเผาผลาญไขมันที่สะสม ตามสํว นตํ างๆ ของรํา งกาย โดยเพิ่ ม โฮโมนที่ ชํวยกระตุ๎นการทางานของเอนไซม์ที่ขํวยในการ เผาผลาญไขมันสะสมมาใช๎เ ป็นพลั งงานอยํา ง เต็มที่ พร๎อมทั้งลดปริมาณการเกิดไขมันสะสมที่ จะเกิดใหมํด๎วย

น้ามันเมล็ดดอกทานตะวัน [8]

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

60


กระบวนการผลิตน้ามันเพื่อการบริโภค  น้ามันราข้าว (Rice Bran oil) เป็ น น้ ามั น พื ช ที่ มี ก รดไขมั น ไมํ อิ่ ม ตั ว เชิงเดี่ยวสูงถึงร๎อยละ 44 ของปริมาณกรดไขมัน ทั้งหทด ซึ่งจะชํวยลดคอเลสเตอรอลที่ไมํดีและ เพิ่ ม คอเลสเตอรอลที่ ดี และด๎ว ยปริ ม าณกรด ไขมันที่สมดุลนี้เอง องค์การอนามัยโลก สมาคม โรคหัวใจแหํงสหรัฐอเมริกา และองค์การอาหาร และเกษตรแหํสหประชาชาติจึงแนะนาวําน้ามัน ร าข๎ า วเป็ น น้ ามั น ที่ เ หมาะตํ อ การบ ริ โ ภค นอกจากกรดไขมันแล๎วน้ามันราข๎าวยังมีวิตามิน และสารอาหารที่ ส าคั ญ ตํ อ รํ า งกายอี ก หลาย ชนิด ทั้งวิตามินอี โอรีซานอล โทโคไตรอีนอล ซึ่ ง เป็ น สารต๎ า นอนุ มู ล อิ ส ระ และชํ ว ยลด คอเลสเตอรอลในรํางกายอีกด๎วย

209301

แล๎ ว กลายเป็ น คอเลสเตอรอลไลโนเลเอท (Linoleate Choloesterol) และยังทาให๎ฤทธิ์ของ เอนไซม์ที่ใช๎ในการสังเคราะห์กรดไขมันลดลงอีก ด๎วย

น้ามันดอกคาฝอย [8]  น้ามันถั่วลิสง (Peanut oil) เป็น น้ามันที่ ป ริ มาณกรดโอเลอิก และไล โนเลอิ ก สู ง ถึ ง ร๎ อ ยละ 50-55 ของกรดไขมั น ทั้งหมด มักมีกลิ่นถั่ว (Nutty flavor) จึงทาให๎ไมํ เป็นที่นิย มน ามาใช๎ใ นการประกอบอาหารไทย แตํ มั ก ใช๎ ใ นการปรุ ง อาหารจี น อาหารอิ น เดี ย น้ามันถั่วลิสงมีราคาคํอนข๎างสูง เนื่องจากต๎อง นาเข๎าจากประเทศผู๎ผลิตโดยตรง

น้ามันราข๎าว [7]  น้ามันดอกคาฝอย (Safflower oil) น้ามันดอกคาฝอยประกอบด๎วยเบตา-แค โทรี น กรดไขมั น ชนิ ด ไมํ อิ่ ม ตั ว หลายชนิ ด ใน ปริ มาณสู ง เชํ น กรดไลโนเลอิก กรดไลโนลิ ก และกรดโอเลอิก เป็นต๎น ทาให๎ชํวยลดปริมาณ คอเลสเตอรอลในเลือดได๎ ทั้งนี้เนื่องจากกรดไล โนเลอิกทาปฏิกิริยากับคอเลสเตอรอลในเลือด

น้ามันถั่วลิสง [9]

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

61


กระบวนการผลิตน้ามันเพื่อการบริโภค 209301 อุตสาหกรรมน้ามันพืชของประเทศไทย แตํเ ดิม น้ามัน จากไขสั ตว์ โ ดยเฉพาะน้ามัน หมูมี บ ทบาทเดํน ในตลาดน้ามัน บริ โ ภคมาตลอด เนื่องจากในสมัยกํอนคนไทยนิยมบริโภคน้ามันหมู ที่เป็นผลพลอยได๎จากการผลิตเนื้อหมูซึ่งเป็นอาหาร หลักประเภทเนื้อที่นยิ มบริโภคกันมาก ทาให๎การบริโภคน้ามันพืชไมํเป็นที่นิยมมากนัก อุตสาหกรรมการ ผลิตน้ามันพืชในสมัยนั้นจึงเป็นการผลิตในโรงงานขนาดเล็กหรือเป็นอุตสาหกรรมในครัวเรือน มีกาลัง การผลิตไมํมากนัก ลักษณะการผลิตเป็นแบบดั้งเดิมที่สกัดน้ามันพืชโดยการหีบผล เนื้อ หรือเมล็ดของ พืชน้ามันให๎ได๎น้ามันดิบออกมา และนาไปใช๎ในการปรุงอาหารเป็นสํวนใหญํ แตํหลังจากที่รัฐบาลได๎มี การสํงเสริมให๎มีการผลิตน้ามันพืชภายในประเทศเพื่อทดแทนการนาเข๎าตั้งแตํปี พ.ศ. 2505 เป็นต๎นมา โรงงานผลิตน้ามันพืชขนาดกลางและขนาดใหญํจึงเปิดกิจการเพิ่มมากขึ้น รวมทั้งโรงงานกลั่นน้ามันพืช บริสุทธิ์ขนาดใหญํด๎วย ผลผลิตน้ามันพืชที่ได๎จะเน๎นไปทางอุตสาหกรรมมากขึ้น แตํเดิมน้ามันพืชหลักที่ มีการผลิตในประเทศไทยคือน้ามันมะพร๎าว แตํการผลิตน้ามันมะพร๎าวมักมีกาลังการผลิตที่ ไมํแนํนอน เนื่องจากคนไทยยังนิยมบริโภคมะพร๎าวในรูปแบบอื่นๆ อีกด๎วย เชํน การทากะทิหรือการบริโภคผลสด ทาให๎การผลิตน้ามันมะพร๎าวต๎องแขํงขันกันหาวัตถุดิบ ตํอมาน้ามันพืชอีก 3 ชนิดเริ่มเข๎ามามีบทบาท สาคัญตํอตลาดน้ามันพืชเพื่อการบริโภคของไทย ได๎แกํ น้ามันถั่วเหลือง น้ามันราข๎าว และน้ามันปาล์ม ตลาดน้ามันพืชเพื่อการบริโภคเริ่มมีการขยายตัวอยํางรวดเร็วมาตั้งแตํปี พ.ศ. 2520 เมื่อมี ผู๎ประกอบการผลิตน้ามันพืชบริโภครายใหญํเริ่มทาการผลิตในประเทศไทย นอกจากนี้ยังมีการเปิด ตลาดผู๎บริโภคโดยวิธีการบรรจุน้ามันพืชในขวดพลาสติกใสขนาดพอดีใช๎ รวมถึงการโฆษณาที่ทาให๎ ผู๎บริโภครู๎สึกวําน้ามันพืชมีความสะอาดและมีคุณภาพกวําน้ามันหมู สาหรับน้ามันพืชที่ใช๎สาหรับการ อุตสาหกรรมเป็นสํวนที่มีลั กษณะตลาดที่แยกออกไปจากน้ามันพืชบริโภค การใช๎น้ามันพืชเพื่อการ อุตสาหกรรมโดยสํวนใหญํมักใช๎เป็นวัตถุดิบของการผลิตสินค๎าในอุตสาหกรรมตํางๆ เชํน น้ามันปาล์ม ใช๎เป็นวัตถุดิบในการผลิตสบูํและสารซักฟอก น้ามันถั่วเหลืองใช๎ในอุตสาหกรรมอาหาร ได๎แกํ ปลา กระป๋อง บะหมี่สาเร็จรูป ขนมทอดกรอบ ขนมหวาน และอาหารสัตว์ เป็นต๎น

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

62


กระบวนการผลิตน้ามันเพื่อการบริโภค 209301 กระบวนการผลิตน้ามันเพื่อการบริโภค กระบวนการผลิตน้ามันพืชจากสํวนตํางๆ ของพืชน้ามันแบํงออกเป็น 2 ขั้นตอน คือ การ สกัดน้ามันและการทาน้ามันพืชให๎บริสุทธิ์ การสกัดน้ามัน (Oil extraction) เมล็ดพืชหลายชนิดอาจต๎องมีการเตรียม กํอนการสกัด โดยเมล็ดพืชจะผํานการทาความ สะอาด (Screening and cleaning) เพื่อแยกเอา สิ่งปลอมปนและสํวนที่ไมํให๎น้ามันออกกํอน โดย การใช๎ตะแกรงรํอนแยกสิ่งที่ใ หญํและเล็ก กวํา เมล็ดพืชออกไป สาหรับอุตสาหกรรมขนาดใหญํ เมื่ อ ท าความสะอาดเมล็ ด พื ช แล๎ ว จะท าการ อบแห๎งเมล็ดพืชแล๎วสํงเข๎าไปเก็บในไซโลที่มีการ ควบคุมอุณหภูมิและความชื้นให๎เหมาะสม เพื่อ ลดความเสี่ ย งในการขาดแคลนวั ต ถุ ดิ บ หรื อ เพื่อให๎การผลิตมีตํอเนื่อง จากนั้นนาเมล็ดพืชไป ปอกเปลือก (Dehulling) และถูกนาไปบดหรือทา

ให๎แตกเป็นชิ้น (Breaking) เพื่อให๎สามารถสกัด เอาน้ามันออกมาได๎งํายขึ้น เพราะการบดทาให๎ ผนังของเมล็ด พืชแตกออกและน้ามัน สามารถ ไหลออกมาได๎ดีขึ้น สาหรับการสกัดน้ามันด๎วย การบี บ นั้ น ควรบดเมล็ ด พื ช ให๎ ล ะเอี ย ดมากๆ เพราะจะได๎ปริมาณผลผลิตมากตามไปด๎วย แตํ สาหรับการสกัดน้ามันด๎วยตัวทาละลาย ไมํควร บดเมล็ดพืชให๎ละเอียดเกินไป เพราะจะทาให๎เกิด การอุดตันทางเดินของสารละลายในเครื่องสกัด ทาให๎สารละลายไหลไมํสะดวก ดังนั้นจึงควรบด เมล็ดพืชให๎ละเอียดพอประมาณหรืออัดเป็นแผํน บาง (Flaking) หลังการบดให๎ละเอียดแล๎วเมล็ด พืชจะถูกนาไปนึ่งให๎ร๎อน (Cooking) เพื่อทาลาย โปรตีนที่ผนังเซลล์และลดความหนืดของน้ามัน เพื่อท าให๎ น้ามั นไหลออกมาได๎งํ ายขึ้ น จากนั้ น เมล็ ด พื ช ก็ จ ะถู ก สํ ง ตํ อ ไปยั ง หนํ ว ยสกั ด น้ ามั น ตํอไป

แผนผังขั้นตอนการเตรียมเมล็ดพืชกํอนการสกัดน้ามัน

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิท���าลัยเชียงใหม่

63


กระบวนการผลิตน้ามันเพื่อการบริโภค 209301 กรรมวิธี ที่นิย มใช๎ใ นการสกั ด น้ามันออก จากพืชน้ามันได๎แกํ การบีบและการสกัดด๎วยตัว ทาละลาย  การบีบหรือใช้แรงอัด (Pressing or mechanical expression) เป็นการบีบน้ามันออกจากเมล็ดพืชโดยใช๎ แรงกลที่มีความดันสูง การสกัดน้ามันจากเมล็ด พืชด๎วยวิธีบีบนี้สามารถทาได๎ 2 แบบคือ การบีบ เย็นและการบีบร๎อน การบีบเย็น (Cold pressing) เป็ น การสกั ด น้ ามั น พื ช ด๎ ว ยวิ ธี ที่ มี ก าร ควบคุมอุณภูมิ ทาให๎สารในน้ามันไมํถูกทาลาย เหมือนในกระบวนการใช๎ความร๎อน นิยมใช๎กับ พืชที่มีปริมาณน้ามันสูง เชํน ถั่วลิสง ถั่วเหลือง งา มะกอก มะพร๎าว แรงกดที่ให๎แกํเนื้อเยื่อของ เมล็ดพืชจะทาให๎ผนังเซลล์แตก ทาให๎สามารถ บีบเอาน้ามันแยกออกมาได๎ น้ามันที่ได๎สามารถ น า ไ ป ใ ช๎ ไ ด๎ เ ล ย โ ด ย ไ มํ จ า เ ป็ น ต๎ อ ง ผํ า น กระบวนการทาน้ามันให๎บริสุทธิ์ น้ามันที่ได๎จาก การบี บ เย็ น จะมี คุ ณ ภาพดี ที่ เ รี ย กวํ า Extra virgin oil มีสี กลิ่น รส ตามธรรมชาติเพราะ น้ามันไมํมีการเปลี่ยนแปลงทางเคมี แตํการบีบ เย็ น นี้ มั ก มี ป ระสิ ท ธิ ภ าพต่ า เนื่ อ งจากยั ง มี ปริมาณน้ามันเหลืออยูํในกากอีกมาก

เครื่องสกัดที่นิยมใช๎สาหรับการบีบน้ามัน พืช ได๎แกํ เครื่องไฮโดรลิก (Hydraulic press) เป็นเครื่องที่เหมาะสาหรับ พืชน้ามันที่มีเ ปลือก นิ่มไมํแข็งเกินไป เชํน ถั่วเหลือง ราข๎าว ถั่วลิสง เป็นต๎น น้ามันที่ได๎จะมีคุณภาพดี แตํจะได๎น้ามัน ปริ ม าณน๎ อ ย คื อ ประมาณ 20-30% เทํ า นั้ น และเครื่องสกัดอีกประเภท คือ เครื่องสกรูเพรส (Screw press) ซึ่งเหมาะสาหรับพืชน้ามันเปลือก แข็ ง หรื อ พื ช น้ ามั น ที่ ไ มํ ส ามารถบี บ ได๎ โ ดยใช๎ เครื่องไฮโดรลิก เชํน เมล็ดงา เมล็ดทานตะวัน เป็ น ต๎ น น้ ามั น จะถู ก บี บ ออกมาโดยแรงบดไป ระหวํ า งสกรู ใ นแนวนอน จนได๎ น้ ามั น ออกมา น้ามันประเภทนี้จัดเป็นน้ามันคุณภาพดี เพราะ ไมํผํานความร๎อนเลย แตํจะมีความร๎อนเกิดขึ้น จากแรงเสียดสีระหวํางการบด ปริมาณน้ามันที่ สกั ด ได๎ มากกวํา การสกั ด ด๎ว ยเครื่ องไฮโดรลิ ก คื อ ประมาณ 30-40% เมื่ อ ได๎ น้ ามั น จะต๎ อ ง นาไปกรองด๎วยกระดาษกรอง น้ามันจะยังคงมีสี กลิ่น และรสตามธรรมชาติ

การบีบร้อน (Hot pressing) มีประสิทธิภาพดีกวําการบีบเย็น โดยกาก ที่เหลือจากการบีบร๎อนจะมีน้ามันเหลือติดอยูํใน กากเพียงร๎อยละ 2-4

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

64


กระบวนการผลิตน้ามันเพื่อการบริโภค  การสกัดด้วยตัวทาละลาย (Solvent extraction) การสกัดด๎วยตัวทาละลายเป็นวิธีที่นิยมใช๎ กั น มากโดยใช๎ ส กั ด น้ า มั น จากเมล็ ด พื ช ที่ มี ปริมาณน้ามันต่าหรือสกัดจากกากที่เหลือจาก การบี บ การสกั ด ด๎ ว ยตั ว ท าละลายนี้ อ าศั ย หลั ก การสกั ด ของแข็ ง ด๎ ว ยของเหลว (Solidliquid extraction) โดยตัวทาละลายที่ใช๎ในการ สกัดต๎องไมํเป็นอันตรายตํอรํางกายที่นิยมใช๎กัน ได๎แกํ เฮกเซน ไตรคลอโรเอทิลี น คาร์บ อนได ซั ล ไฟด์ และเอทิ ล อี เ ทอร์ หลั ง การสกั ด จะได๎ ผลิ ต ภั ณ ฑ์ ส องสํ ว น คื อ มิ ส เซลลา (Miscella) และกาก สํวนของมิสเซลลาซึ่งเป็นน้ามันพืชดิบ

209301

ปนตั ว ท าละลายจะถู ก สํ ง ไปให๎ ค วามร๎ อ นด๎ ว ย เครื่ อ งระเหย (Evaporator) เพื่ อ ระเหย ตัวทาละลายและน้าออกจากน้ามันพืชดิบ ตัวทา ละลายถู ก สํ ง ตํ อ ไปยั ง หอกลั่ น แยก (Striping Column) เพื่อแยกตัวทาละลายกลับไปใช๎ใหมํอีก สํ ว นน้ ามั น พื ช ดิ บ จะถู ก สํ ง ตํ อ ไปยั ง หนํ ว ยท า น้ามันพืชให๎บริสุทธิ์ตํอไป สาหรับสํวนกากซึ่งมี สารละลายปนอยูํจะถูกสํงไปให๎ความร๎อนด๎วย เครื่อง Desolventizer และ Toaster เพื่อระเหย ตัวทาละลายออก แล๎วนาตัวทาละลายกลับไปใช๎ ใหมํ สาหรับกากจะสํงไปนึ่งให๎สุก ไลํความชื้น อบให๎แห๎ง และปุนเพื่ อขายโรงงานอาหารสัตว์ ตํอไป

เครื่องมือที่ใช้สาหรับการสกัดด้วยตัวทาละลาย  เครื่องสกัดแบบห้องหมุน (Rotocel extractor) เครื่องสกัดแบบห๎องหมุน เป็นเครื่องมือ การสกัดน้ามันที่กระทาในขณะที่ชั้นของเมล็ด พืชมีการเคลื่อนที่ เครื่องสกัดแบบห๎องหมุน ประกอบด๎วยถังกลม 2 ชั้นวางตัวแนวราบ มี ผนังแบํงออกเป็นห๎องๆ เรียกวํา เซลล์ (Cell) โดยถังชั้นบนเป็นสํวนที่ใช๎สาหรับบรรจุเมล็ด พืช บริเ วณด๎านลํางของถั งชั้นบนนี้ จะมีการ เจาะเป็นรูปรุเพื่อให๎ตัวทาละลายไหลผํานลง ไปยังถังชั้นลํางได๎ ถังชั้นบนจะถูกควบคุมให๎ เครื่องสกัดแบบห๎องหมุน (Rotocel extractor) [10] หมุนอยํางช๎าๆ ด๎วยมอเตอร์ โดยแตํละเซลล์ ของถังชั้นบนจะมีการสูบตัวทาละลายที่มีน้ามันปนอยูํเล็กน๎อยหรือฮาล์ฟมิสเซลลา (Half miscella) จาก ถังด๎านลํางมาฉีดพรมลงสูํเมล็ดพืชที่บรรจุในเซลล์ ตัวทาละลายหรือมิสเซลลาจะไหลชะเมล็ดพืชลงสูํ ถังชั้นลําง การทางานของเครื่องสกัดแบบห๎องหมุนนี้จะเป็นการสกั ดแบบไหลสวนทางกันของเมล็ดพืช และตัวทาละลาย (Counter-current) ซึ่งเป็นการสกัดที่ให๎ประสิทธิภาพการสกัดสูง

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

65


กระบวนการผลิตน้ามันเพื่อการบริโภค

209301

การทางานของเครื่องสกัดแบบห๎องหมุน เริ่มจากเซลล์ที่วํางของถังชั้นบนเคลื่อนที่ไปยังจุด ปูอนเมล็ดพืชเพื่อรับเมล็ดพืชเข๎ามา สํวนตัวทาละลายใหมํ (Fresh solvent) จะถูกพํนลงบนเมล็ดพืชที่ ผํานการสกัดมาแล๎วที่เซลล์สุดท๎ายกํอนจุดระบายออก ตัวทาละลายจะไหลสงสูํถังชั้นลํางและจะถูกปั๊ม จากด๎านลํางของถังสกัดขึ้นไปพํนลงบนเมล็ดพืชในเซลล์กํอนหน๎าไปเรื่อยๆ ดังนั้นเมล็ดพืชใหมํที่ยังไมํ ผํานการสกัดจะถูกชะด๎วยมิสเซลลาที่ได๎สกัดน้ามันจนมีปริมาณน้ามันเต็มที่แล๎วเรียกวํา ฟลูมิสเซลลา (Full miscella) โดยฟลูมิสเซลลานี้จะถูกสํงตํอไปยังหนํวยการทาให๎บริสุทธิ์ตํอไป สาหรับกากของแข็งที่ ผํานการสกัดแล๎ว (Cake) ในถังชั้นบนจะถูกระบายออกที่ตาแหนํงแรกแล๎วบรรจุเมล็ดพืชใหมํอีก เครื่ อ งสกั ด แบบห๎ อ งหมุ น ปกติ มี ข นาดเส๎ น ผํ า นศู น ย์ ก ลางประมาณ 3.4-11.3 เมตร สู ง ประมาณ 6.4- 7.3 เมตร บรรจุของแข็งสูงประมาณ 1.8-3.0 เมตร สามารถสกัดเมล็ดถั่วเหลืองได๎มาก ถึงสามล๎านกิโลกรัมตํอวัน จานวนเซลล์สามารถเปลี่ยนแปลงได๎ และเวลาที่ของแข็งถูกสกัดก็สามารถ เปลี่ยนแปลงตามอัตราการหมุนของถังได๎  เครื่องสกัดแบบตะกร้าหรือแบบบอลล์แมน (Basket extractor or Bollman extractor)

เครื่องสกัดแบบบอลล์แมน (Bollman extractor) [11]

เครื่ อ งสกั ด แบบบอลล์ แ มน เป็ น เครื่องมือสกัดที่กระทาในขณะที่ชั้นของแข็ง มีการเคลื่อนที่หรือเรียกวํา เครื่องชะละลาย ชั้น เคลื่ อ นที่ (Moving bed leaching equipment) เครื่ อ งสกั ด บอลล์ แ มน ประกอบด๎วยถังสูง โดยที่บริเ วณก๎นถั งจะ เจาะรู ไ ว๎ ส องรู สาหรั บ สูบ ถํ า ยสารละลาย ฮาล์ฟมิสเซลลา (Half miscella) และฟลู มิสเซลลา (Full miscella) ออก ภายในถังมี ตะกร๎ า โลหะจ านวนมากท าหน๎ า ที่ บ รรจุ ของแข็ ง ที่ ต๎ อ งการชะละลาย ซึ่ ง ตะกร๎ า เหล็ ก นี้ ส ามารถเคลื่ อ นที่ ภ ายในภั ง ใน ลักษณะเป็นวงในแนวดิ่งได๎ด๎วยระบบโซํที่ เชื่ อมตํอ กั บ มอเตอร์ ที่ ก๎น ตะกร๎ าถู ก เจาะ เป็ น รู พ รุ น ท าให๎ ตั ว ท าละลายสามารถซึ ม ผํานชั้นของแข็งลงมาจากตะกร๎าหนึ่งสูํอีก ตะกร๎าด๎านลํางได๎

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

66


กระบวนการผลิตน้ามันเพื่อการบริโภค

209301

การทางานของเครื่องสกั ดบอลล์แมนเริ่มจากการบรรจุเ มล็ดพืชที่เตรียมไว๎เ พื่อสกั ดลงใน ตะกร๎าทางบริเ วณ���ังด๎านบนขวาของเครื่องสกั ด ในขณะที่ตะกร๎าเคลื่อนที่ลงจะมีการฉีดพํนฮาล์ฟ มิสเซลลาลงบนตะกร๎า เพื่อสกัดชะละลายน้ามันจากเมล็ดพืชที่อยูํภายในตะกร๎าและซึมผํานของแข็ง จากตะกร๎าบนลงสูํตะกร๎าลําง ฮาล์ฟมิสเซลลาจะมีความเข๎มข๎นของน้ามันเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ แล๎วตกลงสูํบํอ ที่อยูํด๎านลํางขวาของเครื่องสกัดกลายเป็นฟลูมิสเซลลา ซึ่ง จะถูกสูบออกเพื่อนาไปทาให๎บริสุทธิ์ตํอไป สาหรับเมล็ดพืชที่บรรจุในตะกร๎าจะเคลื่อนที่ขึ้นทางด๎านซ๎ายของเครื่องสกัด และมีการฉีด พํนตัวทา ละลายบริ สุ ท ธิ์ ล งในตะกร๎ าบริเ วณด๎า นบนซ๎ ายของเครื่อ งสกั ด เพื่อ ชะละลายน้ามัน ที่เ หลื ออยูํอี ก เล็กน๎อยในเมล็ดพืชออกจนหมดได๎เป็นฮาล์ฟมิสเซลลาตกลงสูํบํอที่อยูํด๎านลํางซ๎ายของเครื่องสกัด ซึ่ง ฮาล์ฟมิสเซลลานี้จะถูกสูบกลับขึน้ ไปใช๎ในการชะละลายเมล็ดพืชใหมํที่บริเวณด๎านบนขวามือของเครื่อง สาหรับเมล็ดพืชที่ผํานการสกัดแล๎วจะถูกระบายออกทางสายพานเมื่อตะกร๎าเคลื่อนที่ไปถึงตาแหนํง บนสุดของเครื่องสกัด การทางานของเครื่องสกัดแบบบอลล์แมนนี้มีทั้งการสกัดแบบไหลทางเดียวกันของเมล็ดพืช และตัวทาละลาย (Co-current extraction) ซึ่งเกิดบริเวณด๎านขวาของเครื่องสกัด และแบบไหลสวนทาง กันของเมล็ดพืชและตัวทาละลาย (Counter-current extraction) ซึ่งเกิดบริเวณด๎านซ๎ายของเครื่องสกัด ขนาดของเครื่องสกัดบอลล์แมนสูงประมาณ 14 เมตร ตะกร๎าแตํละใบบรรจุของแข็งสูงประมาณ 0.5 เมตร ตะกร๎าหมุนช๎ามากประมาณหนึ่งรอบตํอชั่วโมง เวลาที่ของแข็งถูกชะละลายจึงใช๎เวลานาน 60 นาที ตะกร๎าแตํละใบบรรจุของแข็งขนาดเล็กหนักประมาณ 350 กิโลกรัม นอกจากนี้ยังมีการออกแบบเครื่องสกัดที่ใช๎หลักการเชํนเดียวกับเครื่องสกัดบอลล์แมน แตํ เป็นเครื่องสกัดที่วางตัวในแนวนอนแบบตํอเนื่อง

เครื่องสกัดแบบบอลล์แมนแบบวางแนวนอน

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

67


กระบวนการผลิตน้ามันเพื่อการบริโภค

209301

 เครื่องสกัดแบบสายพาน (Moving belt extractor) การทางานของเครื่องสกัดแบบสายพานเริ่มต๎นจากเมล็ดพืชถูกปูอนเข๎าสูํฮอปเปอร์ (Hopper) ลงสูํสายพานที่มีรูพรุนและเคลื่อนที่ช๎าๆ อยํางตํอเนื่อง โดยความสูงของเมล็ดพืชที่วางกองบนสายพาน ถูกควบคุมโดยชุดแผํนปรับ (Damper) ให๎สูงตามความต๎องการ ความเร็วของสายพานถูกควบคุ มโดย ระบบควบคุ ม อั ต โนมั ติ ใ ห๎ เ หมาะสมกั บ ความสู ง ของเมล็ ด พื ช ที่ ว างกองอยูํ บ นสายพาน ส าหรั บ ตัวทาละลายบริสุทธิ์จะถูกพํนลงบนเมล็ดพืชด๎วยอุปกรณ์ฉีดพํนตัวทาละลายตรงบริเวณท๎ายสายพาน ตัว ท าละลายจะเกิ ด การชะละลายน้ ามั นในเมล็ ดพื ช และไหลผํ า นกองเมล็ ด พื ช ตกลงด๎ า นลํ า งของ สายพานเป็นฮาล์ฟมิสเซลลา ซึ่งจะมีปั๊มสูบฮาล์ฟมิสเซลลานี้ขึ้นไปพํนบนกองเมล็ดพืชในตาแหนํงกํอน หน๎าไปเรื่อยๆ เกิดการสกัดแบบไหลสวนทางกันของเมล็ดพืชและตัวทาละลาย

เครื่องสกัดแบบสายพาน [12] โดยปกติความสูงของกองเมล็ดพืชบนสายพานประมาณ 0.8-2.6 เมตร หนึ่งหนํวยสายพาน ยาวประมาณ 7-37 เมตร สายพานกว๎างประมาณ 0.5-9.5 เมตร

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

68


กระบวนการผลิตน้ามันเพื่อการบริโภค

209301

การทาน้ามันพืชให้บริสุทธิ์และการปรับปรุงคุณภาพน้ามันพืช เนื่องจากน้ามันพืชที่สกัดได๎ยังไมํบริสุทธิ์หรือสะอาดพอที่จะนาไปบริโภคได๎ จึงต๎องนาไปผําน กระบวนการทาให๎บริสุทธิ์ตํางๆ ดังนี้ น้ามันพืชดิบ

การกาจัดยางเหนียว

ไขมันแข็ง เพื่อบริโภค

การปรับปรุงคุณภาพ

(Degumming)

(Modification)

การล้างด้วยด่าง (Alkali Refining)

การฟอกจางสี (Bleaching)

การกาจัดไข (Winterization)

การกาจัดกลิน่ (Deodurization)

น้ามันพืช เพื่อบริโภค

กระบวนการทานามันพืชให๎บริสุทธิ์และการแปรรูปน้ามันพืช การทาน้ามันพืชให้บริสุทธิ์  การกาจัดยางเหนียว (Degumming) เป็นขั้นตอนการแยกสารประกอบฟอสฟา ไทด์ ห รื อ สารประกอบเชิ ง ซ๎ อ นของไขมั น และ โปรตี น ซึ่ ง มี ลั ก ษณะเป็ น ยางเหนี ย วออกจาก น้ ามั น พื ช โดยท าปฏิ กิ ริ ย ากั บ กรดฟอสฟอริ ก ความเข๎มข๎น 0.05% เกิดเป็นตะกอนแยกออกไป หรือนาน้ามันพืชมาผสมกับน้าอุํน 58-59 องศา เซลเซียส ยางเหนียวจะแยกออกมาในชั้นของน้า จากนั้ น จึ ง น าไปเข๎ า เครื่อ งเหวี่ ย งเพื่ อ แยกยาง เหนียวออก

 การล้างด้วยด่าง (Alkaline refining) เป็นการกาจัดกรดไขมันอิสระซึ่งมักปนอยูํ ในน้ ามั น พื ช ให๎ เ ป็ น กลางโดยท าปฏิ กิ ริ ย ากั บ โซดาไฟ (NaOH) ที่อุณหภูมิ 75 องศาเซลเซียส ได๎สบูํเกิดขึ้นแล๎วนาไปแยกสบูํออกจากน้ามันพืช ด๎วยเครื่องเหวี่ยงแยก เพื่อสํงเป็นวัตถุดิบในการ ผลิตสบูํ สาหรับน้ามันพืชจะถูกล๎างด๎วยน้าเพื่อ ละลายสบูํออกอีก ครั้ง แล๎วท าการเหวี่ย งแยก เอาน้าสบูํเจือจางทิ้งไป  การฟอกจางสี (Bleaching) เป็นกระบวนการแยกรงควัตถุ (Pigments) เชํน คลอโรฟิล และแคโรทีน ออกจากน้ามันพืช

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

69


กระบวนการผลิตน้ามันเพื่อการบริโภค โดยการดูดซับด๎วยตัวดูดซับ เชํน แรํเบนโทไนท์ หรือถํานกัมมันต์ เป็นต๎น จากนั้นนาไปทาให๎แห๎ง ในเครื่องทาแห๎งสูญญากาศ (Vacuum dryer) แล๎วกรองแยกตัวดูดซับและสิ่งสกปรกออกด๎วย เครื่องกรองแบบอัด (Filter press)  การกาจัดกลิ่น (Deodorization) เป็นการกาจัดสารระเหยที่กํอให๎เกิดกลิ่น ที่ไมํพึงประสงค์ออกจากน้ามันพืช โดยการพํน ไอน้าร๎อนจัด (Superheated steam) ผํานไปยัง น้ามันพืชในสภาวะสูญญากาศ ที่ความดัน 138800 Pa อุณหภูมิ 210-275 องศาเซลเซียส  การกาจัดไข (Winterization) เป็ น กระบวนการตกผลึ ก ไขมั น ที่ มี จุ ด หลอมเหลวสูงและมีปริมาณน๎อยออกจากน้ามัน เพื่ อ ปู อ งกั น การขุํ น ของน้ ามั น พื ช หรื อ การเกิ ด ผลึกไขมันเมื่อเก็บที่อุณหภูมติ ่า ทาให๎น้ามันพืชมี ความใส น้ามันพืชที่ผํานกระบวนการกาจัดไป

209301

แล๎วจะสามารถเก็บในที่อุณหภูมิต่าได๎โดยไมํเกิด ไข การกาจัดไขออกจากน้ามันพืชทาได๎โดยการ ลดอุณหภูมิน้ามันพืชลง เพื่อให๎ไขมันเกิดการตก ผลึ ก จากนั้ น จึ ง แยกผลึ ก ไขมั น ออกด๎ ว ยการ กรองแบบอัด น้ามันพืชที่มีไตรกลีเซอไรด์ที่มีจุด หลอมเหลวสู ง เป็ น องค์ ป ระกอบ เชํ น น้ ามั น ป า ล์ ม ห รื อ น้ า มั น ร า ข๎ า ว ที่ มี แ ว็ ก ซ์ เ ป็ น องค์ประกอบจะผํานกระบวนการกาจัดไขเสมอ แตํสาหรับ น้ามันถั่ วเหลืองที่เ ป็นน้ามันที่มีก รด ไขมั น ไมํ อิ่ ม ตั ว เป็ น องค์ ป ระกอบสู ง มี จุ ด หลอมเหลวต่า (-8 ถึง -18 องศาเซลเซียส) จะ มี ค วามคงตั ว ไมํ เ ป็ น ไขเมื่ อ เก็ บ ในตู๎ เ ย็ น ท าให๎ น้ามันถั่งเหลืองไมํจาเป็นต๎องผํานกระบวนการ กาจัดไข น้ามันพืชที่ผํานกระบวนการทาให๎บริสุทธิ์ แล๎วจะบรรจุลงในภาชนะภายใต๎บรรยากาศของ ไนโ ตรเ จนเ พื่ อ ปู องกั นกา รเกิ ดป ฏิ กิ ริ ย า ออกซิเดชันของน้ามัน

กระบวนการกาจัดกลิ่นในน้ามันพืช [13]

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

70


กระบวนการผลิตน้ามันเพื่อการบริโภค

209301

การกาจัดไขในน้ามันพืช การปรับปรุงคุณภาพน้ามันพืช เป็ น กระบวนการการปรั บ ปรุ ง น้ ามั น พื ช มี คุ ณ ภาพดี ขึ้ น มี ค วามเหมาะสมในการน าไปใช๎ ประโยชน์ หรือดัดแปรเพื่อให๎มีคุณสมบัติที่มีประโยชน์หลากหลายเพิ่มขึ้น ตัวอยํางกระบวนการแปรรูป น้ามันพืช ได๎แกํ  การเติมไฮโดรเจน (Hydrogenation) เป็นการทาให๎น้ามันพ���ชที่อยูํในสภาพของเหลวเปลี่ยนเป็นไขมันที่มีสภาพแข็งขึ้นหรือเป็นของ กึ่งเหลว ทาได๎โดยการผํานไฮโดรเจนลงในน้ามันพืชที่มีนิเกิลฟอร์เมท Ni(HCOO)2 เป็นตัวเรํงปฏิกิริยา ที่ อุณหภูมิ 190 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 1 ชั่วโมง เพื่อให๎ไฮโดรเจนเข๎าไปทาปฏิกิริยาที่พันธะคูํของกรด ไขมันไมํอ่มิ ตัวในน้ามันพืช ทาให๎ได๎ผลิตภัณฑ์ที่มีกรดไขมันอิ่มตัวเพิ่มขึ้น น้ามันที่ได๎มีความคงตัวตํอการ เหม็นหืนและทาให๎น้ามันมีสีอํอน ปัจจุบันนิยมใช๎กระบวนการแบบตํอเนื่องภายใต๎ความดัน 50-250 ปอนด์ตํอตารางนิ้ว อุณหภูมิ 120-150 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 1-5 นาที การเติมไฮโดรเจนในน้ามัน พืชพบในอุตสาหกรรมการผลิตเนยเทียมและเนยขาว  การอินเทอร์เอสเทอริฟายน์ (Interesterification) เป็นปฏิกิริยาของไขมันและน้ามันหรือสารที่ประกอบด๎วย Fatty acid esters กับกรดไขมัน แอลกอฮอล์หรือเอสเทอร์อื่นที่มีการแลกเปลี่ยนกรดไขมัน ทาให๎เกิดเอสเทอร์ชนิ ดใหมํ ผลจากการอิน เทอร์เอสเทอริฟายน์ทาให๎คุณสมบัติของน้ามันเปลี่ยนแปลงไป แตํเปลี่ยนแปลงมากน๎อยเทําไหรํจะ ขึ้นกับองค์ประกอบและการจัดเรียงตัวของกรดไขมัน และสภาวะที่เหมาะสม น้ามันที่ผํานการอินเทอร์

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

71


กระบวนการผลิตน้ามันเพื่อการบริโภค

209301

เอสเทอริฟายน์จะมีจุดหลอมเหลวเปลี่ย นแปลงไป โดยมีคําเพิ่มสูงขึ้นและมีปริมาณของแข็งเพิ่มขึ้น ปฏิกิรยิ านี้จะเกิดได๎ต๎องมีการให๎ความร๎อนกับน้ามันมากกวํา 250 องศาเซลเซียส ซึ่งทาได๎ยาก จึงต๎อง ใช๎ตัวเรํงปฏิกิริยา เชํน Sodium methoxide, Sodium ethoxide, Sodium metal หรือ Sodium-potassium alloy เป็นต๎น โดยใช๎ประมาณ 0.01-0.1% และสามารถหยุดปฏิกิริยาได๎ด๎วยน้า วิธีการนี้ใช๎สาหรับการ ดัดแปรให๎ได๎ไขมันและน้ามันที่จะนาไปใช๎เฉพาะอยําง หรือเป็นการปรับสมบัติของน้ามันให๎เหมาะสม มากขึ้น

เอกสารอ้างอิง [1] W. Hamm, R.J. Hamilton and G. Colliauw, “Edible oil processing”, 2nd edition, WilleyBlackwell, Canada. [2] นิธิยา รัตนาปนนท์ (2548), วิทยาศาสตร์การอาหารของไขมันและน้ามัน, สานักพิมพ์โอเดียนสโตร์ กรุงเทพมหานคร [3] www.dss.go.th [4] www.seedoilpress.com [5] thaioilpalm.com [6] www.the-than.com [7] www.tirupatioilindustries.com [8] www.worldhealth.net [9] burgerfi.com [10] www.oilmillmachinery.net [11] McCabe, Smith and Harriott, Unit Operations of Chemical Engineering, 5th edition, McGrawHill Inc., NY (1993). [12] J.D. Seader and E.J. Henley, Separation Process Principles, John Wiley & Sons, NY (2006). [13] www.chempro.in [14] W. Hamm and R. Hamilton, Edible Oil Processing, Sheffield Academic Press, Liverpool, UK (2003). [15] E. Bernardini, Oilseeds, Oils and Fats, 2nd Edition, B.E. Oil Publishing House, Italy (1985).

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

72


กระบวนการผลิตสารสีและสีทา 209301

บทที่ 6

กระบวนการผลิตสารสีและสีทา มนุ ษ ย์ เ ริ่ ม มี ก ารใช๎ สี ตั้ ง แตํ สมั ย กํ อ นประวั ติ ศ าสตร์ มี ทั้ ง การเขี ย นสี ล งบนผนั ง ถ้ า ผนั ง หิ น พื้ น ผิ ว เครื่ อ งปั้ น ดิ น เผา และที่อื่นๆ การเขียนสีบ นผนัง ถ้ า (Rock painting) เริ่ ม ท า ตั้ง แตํ สมั ย กํ อนประวั ติศ าสตร์ ใ น ท วี ป ยุ โ ร ป โ ด ย ค น กํ อ น ประวั ติ ศ าสตร์ ใ นสมั ย หิ น เกํ า ตอนปลาย (ประมาณ 25,00030,000 ปี) ภาพเขียนสีที่มีชื่อเสียงในยุคนี้พบที่ฝรั่งเศสและประเทศสเปน ซึ่งในยุคนั้นยังมีการค๎นพบ สารสีไมํมากนัก โดยสารสีเหลํานี้สํวนใหญํได๎มาจากดินและแรํตํางๆ เชํน ดินแดงและดินเหลือง (Red and yellow ochre) แรํเฮมาไทต์ (Hematite) แมงกานีสออกไซด์ (Manganese oxide) และถําน (Charcoal) เป็นต๎น นอกจากนี้ยังมีการค๎นพบภาพเขียนสีบนผนังในประเทศอียิปต์ที่เขียนด๎วยสี 6 สี ได๎แกํ ขาว ดา ฟูา แดง เหลือง และเขียว ซึ่งถึงแม๎วําภาพเขียนนี้ได๎ถูกเขียนขึ้นมาตั้งแตํประมาณ 2,000 ปีมาแล๎ว แตํพบวําสีของภาพเขียนยังคงความสมบูรณ์ ทั้งนี้เนื่องจากชาวอียิปต์ได๎ผสมสารสีกับสาร หนืดบางชนิดกํอนนาไปเขียนบนผนัง สาหรับในประเทศไทย กรมศิลปากรได๎สารวจพบภาพเขียนสี สมัยกํอนประวัติศาสตร์บนผนังถ้าและเพิงหินในที่ตําง ซึ่งมีอายุอยูํระหวําง 1,500-4,000 ปี เป็นสมัย หินใหมํและยุคโลหะ โดยได๎ค๎นพบตั้งแตํปี พ.ศ. 2465 ในครั้งแรกพบบนผนังถ้าในอําวพังงา และตํอมา ก็ได๎ค๎นพบอีกหลายแหํงทั่วไป เชํน จังหวัดกาญจนบุรี อุทัยธานี เป็นต๎น

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

77


กระบวนการผลิตน้ามันเพื่อการบริโภค

209301

อุตสาหกรรมสีของประเทศไทย อุตสาหกรรมการผลิตสีของไทยเติบโตจากการผลิตเพื่อทดแทนการนาเข๎าจากตํางประเทศ โดยภาครัฐบาลได๎ให๎การสนับสนุนมาโดยตลอด ทาให๎อุตสาหกรรมมีการพัฒนาและเติบโตขึ้นอยําง ตํอเนื่อง ในปัจจุบันมีผู๎ประกอบการรวมทั้งสิ้นมากกวํา 200 ราย ผู๎ผลิตสํวนใหญํประมาณร๎อยละ 90 เป็นกิจการขนาดเล็กที่ลงทุนโดยคนไทย สํวนผู๎ประกอบการรายใหญํมีเพียง 6 ราย ได๎แกํ บริษัท ทีโอ เอเพ๎นท์ (ประเทศไทย) จากั ด บริษัท อีซึ่น เพ๎นท์ จากั ด(มหาชน) ซึ่งเป็นบริษัทที่ผู๎ผลิตเป็นคนไทย ทั้งหมด สํวนบริษัท นิปปอนเพ๎นต์ (ประเทศไทย) จากัด บริษัท สีไทยกันไซเพ๎นท์ จากัด บริษัท ไอซีไอ (ประเทศไทย) จากัด และบริษัท โจตันไทย จากัด เป็นผู๎ผลิตที่รํวมทุนกับบริษัทผู๎ผลิตสีคุณภาพดีจาก ตํางประเทศ เชํน อังกฤษ นอร์เวย์ เนเธอร์แลนด์ ไต๎หวัน ฮํองกง และญี่ปุน โดยได๎รับการถํายทอด ด๎านเทคโนโลยีและเทคนิคการผลิตจากบริษัท แมํ ทั้งนี้อุตสาหกรรมสีของไทยสามารถจาแนกตาม ลักษณะการใช๎งานได๎เป็น 2 ประเภท ได๎แกํ สีทาอาคาร (Decorative paint) ซึ่งแบํงออกเป็นสีน้า พลาสติก (Emulsion paint) สีน้ามัน (Enamel paint) สีทาไม๎ (Wood coating) ทินเนอร์ และสีอื่นๆ และสี อุตสาหกรรม (Industrial paint) เชํน สีพํนรถยนต์ (Automotive refinished paint) สีพํนรถจักรยานยนต์ (Motorcycle coating) สีเคลือบบรรจุภัณฑ์ (Packaging coating) สีเคลือบพลาสติก (Plastic Coating) สี เคลื อ บเหล็ ก แผํ น ขึ้ น รู ป (Coil Coating) และสี เ คลื อ บงานเฟอร์ นิ เ จอร์ โดยก าลั ง การผลิ ต ของ ผูป๎ ระกอบการรายใหญํมสี ัดสํวนสูงถึงร๎อยละ 90–95 ของกาลังการผลิตทั้งหมด ตัวอยํางรายชื่อผูป๎ ระกอบการรายใหญํในอุตสาหกรรมสีในประเทศไทย บริษัท ประเภทสี ทีโอเอ เพ๎นท์ (ประเทศไทย) จากัด สีนาพลาสติ ้ ก สีน้ามัน สีอุตสาหกรรม นิปปอนเพ๎นต์ (ประเทศไทย) จากัด สีนาพลาสติ ้ ก สีน้ามัน สีฝุน สีอตุ สาหกรรม สีไทยกันไซเพ๎นท์ จากัด สีนาพลาสติ ้ ก สีน้ามัน สีอุตสาหกรรม ไอซีไอ (ประเทศไทย) จากัด สีนาพลาสติ ้ ก สีน้ามัน สีฝุน สีอุตสาหกรรม โจตันไทย จากัด สีนาพลาสติ ้ ก สีน้ามัน สีฝุน สีอุตสาหกรรม อีซึ่น เพ๎นท์ จากัด (มหาชน) สีอุตสาหกรรม เบเยอร์ จากัด สีนาพลาสติ ้ ก สีน้ามัน สีอุตสาหกรรม แอ๏ดว๎านซ์เพ๎นท์ แอนด์ เคมิเคิล สีนาพลาสติ ้ ก สีน้ามัน สีอุตสาหกรรม (ประเทศไทย) จากัด (มหาชน)

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

ตรา TOA Nippon Thai Kansai ICI Jotun Eason, Royal Guard Beger Dutch Boy

78


กระบวนการผลิตสารสีและสีทา 209301 อุตสาหกรรมสีเป็นอุตสาหกรรมที่มีความเกี่ยวเนื่องกับอุตสาหกรรมอื่นๆ เชํน อุตสาหกรรม ยานยนต์ อุต สาหกรรมบรรจุภั ณฑ์ อุต สาหกรรมการตํอเรือ อุต สาหกรรมเครื่องใช๎ไ ฟฟูา และ อุตสาหกรรมสิ่งพิมพ์ เป็นต๎น ในชํวงระยะเวลาหลายปีที่ผํานมา อุตสาหกรรมสีภายในประเทศขยายตัว อยํางตํอเนื่อง เฉพาะอยํางยิ่งสีอุตสาหกรรมซึ่งเติบโตตามการขยายตัวของอุตสาหกรรมเกี่ยวเนื่อง สํงผลให๎ความต๎องการใช๎สีภายในประเทศเพิ่มขึ้นอยํางรวดเร็ว อีกทั้งผู๎ประกอบการในอุตสาหกรรมสี และผลิต ภัณ ฑ์ ที่เ กี่ ย วข๎ อ ง มีก ารยกระดั บ มาตรฐานการผลิต ด๎ว ยการน าเทคโนโลยี ที่ ทัน สมั ย จาก ตํางประเทศมาใช๎ จากกา���พัฒนาปรับปรุงคุณภาพของผลิตภัณฑ์อยํางตํอเนื่อง จนสามารถผลิตเพื่อ ตอบสนองความต๎องการบริโภคภายในประเทศที่มีสัดสํวนสูงถึงประมาณร๎อยละ 70 ของการผลิต ทั้งหมดแล๎ว สํว นที่เ หลือสํงออกไปจาหนํายในตลาดตํางประเทศ โดยตลาดสํงออกที่สาคัญ ได๎แกํ ฟิลิปปินส์ มีสํวนแบํงตลาดสูงสุด 11.9% ของมูลคําการสํงออกทั้งหมด รองลงมาคือ มาเลเซีย 10% อินโดนีเซีย 8.8% และตลาดอื่นๆ อีก 69.3% การสํงออกสีสามารถนารายได๎เข๎าประเทศเฉลี่ยปีละ 2,970 ล๎านบาทในชํวง 2–3 ปีที่ผํานมา อยํางไรก็ตามปริ มาณการใช๎สีตํอหัวของคนไทยยังอยูํในระดับ ต่ามากหากเทียบกับตํางประเทศ โดยมีอัตราการใช๎อยูํที่ 5 กิโลกรัม/คน/ปี เทียบกับประเทศพัฒนามี การบริโภคสีถึง 20–40 กิโลกรัม/คน/ปี ดังนั้นจะเห็นวําโอกาสในการขยายตัวของอุตสาหกรรมสีของ ไทยยังมีได๎อกี มาก ปัจจุบันอุตสาหกรรมสี ของไทยยั งเผชิญ กั บ ปั ญ หาตํางๆ ซึ่งเป็นอุป สรรคตํอการขยายตั ว ได๎แกํ การชะลอตัวลงของภาคอสังหาริมทรัพย์และธุรกิจกํอสร๎างตามภาวะเศรษฐกิจในประเทศที่ ชะลอตัวลง ทาให๎ความต๎องการใช๎สีชะลอลงตามกาลังซื้อของผู๎บริโภคที่ลดลงด๎วย เฉพาะอยํางยิ่ง ตลาดสีทาอาคาร การปรับตั วสูงขึ้นของต๎นทุนการผลิตจากการสูงขึ้นของราคาวัตถุดิบที่ใช๎ในการ ผลิต ซึ่งบางสํวนยังต๎องการนาเข๎าจากตํางประเทศ เชํน ผงสี เรซิน ตัวทาละลาย สารเติมแตํง และ เคมีภัณฑ์อื่นๆ ประกอบกับคําจ๎างแรงงานของไทยที่สูงกวําของประเทศคูํแขํง และราคาน้ามันที่ยัง เคลื่อนไหวอยูํในระดับสูง สํงผลให๎ต๎นทุนการผลิตของผู๎ประกอบการสูงขึ้น ภาวะการแขํงขันรุนแรง จากการแขํงขันในการทาตลาดของอุตสาหกรรมสีไทยที่คํอนข๎างรุนแรง ทาให๎ในแตํละปีผู๎ผลิตต๎องเสีย คํ า ใช๎ จํ า ยในการสํ ง เสริ ม การขายเป็ น จ านวนมาก จึ ง ท าให๎ ค วามสามารถในการท าก าไรของ อุตสาหกรรมนีม้ ีไมํมากนัก นอกจากนี้ การเปิดเสรีทางการค๎าในตลาดสี เฉพาะอยํางยิ่งสีอุตสาหกรรม อาจท าให๎ มี ก ารน าเข๎ า สี อุ ต สาหกรรมส าเร็ จ รู ป จากตํ า งประเทศที่ มี ร าคาต่ ากวํ า เข๎ า มาจ าหนํ า ย ภายในประเทศ มากขึ้น เชํน สีอุตสาหกรรมจากสาธารณรัฐประชาชนจีน ได๎แกํ หมึกพิมพ์ เป็นต๎น ด๎านอัตราแลกเปลี่ยนเงินตราตํางประเทศ จากการที่อุตสาหกรรมสีบางสํวนเป็นการผลิตเพื่อการ สํงออก หากเงินบาทเมื่อเทียบกับเงินดอลลาร์สหรัฐฯ ยังคงมีทิศทางแข็งคําขึ้นเชํนในปัจจุบัน อาจ ทาให๎มูลคําการสํงออกในรูปเงินบาทขยายตัวในอัตราที่ชะลอลง

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

77


กระบวนการผลิตสารสีและสีทา 209301 สารสี (Pigment) สารสีมีลักษณะเป็นผงละเอียด โดยอาจ เป็นสารอินทรีย์หรือสารอนินทรีย์ก็ได๎ เป็นสาร ให๎สีที่ทาให๎เรามองเห็นสิ่งตํางๆ รอบตัวเรามีสี สารสีที่ใช๎ในปัจจุบันมีทั้งสารสีที่ได๎จากธรรมชาติ เชํน จากสํวนตํางๆ ของพืช สัตว์ หรือแรํธาตุ ซึ่ง อาจเป็นอินทรียสารหรืออนินทรียสารก็ได๎ และ สารสีที่ได๎จากการสังเคราะห์ทางเคมี ซึ่งเกิดขึ้น ครั้งแรกในประเทศอังกฤษ สารสีที่สังเคราะห์ขึ้น ครั้งแรก คือ สารสีมํวง ซึ่งนามาใช๎เป็นสีย๎อมผ๎า สารสี ที่ส ามารถนาไปใช๎งานได๎ ดี ต๎ องมี สมบั ติ สาคัญ ได๎แกํ ทาให๎เกิดสี เปลี่ยนหรือปกปิดสี เดิมของผิวหน๎า ปรับปรุงสมบัติการยึ ดติดกับ ผิวหน๎าของฟิล์ม ปรับปรุงความแข็งแรงของ ฟิล์ม ปรับปรุงความทนทานตํอการใช๎งานและ สภาพอากาศของฟิล์ม ลดความเงาของฟิล์ม และปรับปรุงสมบัติการไหลและการเคลือบของ สีทา ประเภทของสารสี ป ร ะ เ ภ ท ข อ ง ส า ร สี ซึ่ ง จ า แ น ก ต า ม แหลํงกาเนิดและสํว นประกอบสามารถแบํงได๎ เป็น 2 ประเภท ได๎แกํ  สารสีอนินทรีย์ (Inorganic pigment) สารสีอนินทรีย์มักได๎มาจากสารประกอบ ของแรํ ซึ่ ง มั ก เป็ น สารประกอบออกไซด์ ห รื อ ซัล ไฟด์ข องโลหะตํ างๆ สารสี ป ระเภทนี้มี ข๎อ ดี คือ สามารถทนแสงสวํางและเคมีภัณฑ์ตํางๆ ได๎ ดี แตํมีข๎อเสีย คือ แข็ง บดยาก นอกจากนี้ยังให๎ ก าลั ง การผสมต่ า ท าให๎ ต๎ อ งใช๎ ป ริ ม าณมาก เพื่อให๎สีเข๎ม สามารถแบํงออกเป็น 4 ชนิด คือ

- Earth pigments เป็นสารสีธรรมชาติที่ได๎จาก การนาหินตํางๆ มาบด ล๎าง และทาให๎แห๎ง เชํน ดินเหลือง (Ochres) ดินเผาสีน้าตาล (Sienna) และ Green earth เป็นต๎น - Mineral pigments เป็นสารสีที่ได๎จากแรํธาตุ ตํางๆ เชํน โดโลไมต์ (Dolomite) และแคลเซียม คาร์บอเนต เป็นต๎น - ส า ร สี อ นิ น ท รี ย์ สั ง เ ค ร า ะ ห์ (Synthetic inorganic pigments) เชํน ไทเทเนียมไดออกไซด์ (Titanium dioxide) ซิงค์ออกไซด์ (Zinc oxide) และอัลตรามารีน (Ultramarine) เป็นต๎น - สารสีโลหะ (Metallic pigments) เป็นสารสีที่ ได๎จากการบดโลหะให๎เ ป็นผงละเอีย ด เชํน ผง อะลูมิเนียม ผงบรอนซ์ และผงสังกะสี เป็นต๎น  สารสีอินทรีย์ (Organic pigment) สารสีอินทรีย์มีข๎อดีเหนือสารสีอนินทรีย์ คือ อนุภาคเล็ก ไมํแข็ง บดงําย สีเข๎ม มีสมบัติ ทางวิทยากระแส และสมบัติการพิมพ์ที่ดี แตํมี ข๎อเสีย คือ มีความสามารถในการปิดบังผิวหน๎า ต่ากวําและมีการดูดกลืนน้ามันสูง สามารถแบํง ออกเป็น 3 ชนิด คือ - Pigment dyestuffs เป็นสารประกอบอินทรีย์ ที่มีสีและมํละลายในตัวท าละลายตํางๆ สารสี ชนิ ด นี้ ไ มํ มี ห มูํ ฟั ง ก์ ชั น ที่ ส ามารถเกิ ด เกลื อ ได๎ ได๎แกํ สารประกอบเอโซ (Azo compound) เชํน โทลูดีนเรด (Toluidene red) และพาราเรด (Para reds) เป็นต๎น - สารสีโทนเนอร์ (Toner pigments) เป็นสารสี ที่สามารถละลายน้าได๎ สามารถผลิตโดยการ

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

77


กระบวนการผลิตสารสีและสีทา ตกตะกอนสารละลายสี ด๎ ว ยเกลื อ โลหะหรื อ ตกตะกอนด๎วยกรด

- สารสีเลก (Lake pigments) เป็นสารสีที่ เตรี ย มได๎ จ ากสี ย๎ อ มที่ ล ะลายน้ าได๎ โดยท าให๎ ตกตะกอนบนตัวยึดที่เป็นสารรอนินทรีย์

ความแตกตํางระหวํางสารสีอนินทรีย์และสารสีอินทรีย์ รายละเอียด สารสีอนินทรีย์ แรํ แหล่งกาเนิด ด๎าน ลักษณะสี ต่า กาลังสี/กาลังย้อม ทึบแสง ความทึบ ดีมาก ความคงทนต่อแสง ไมํละลายในตัวทาละลาย การละลาย อาจไมํปลอดภัย ระดับของความปลอดภัย ไมํคํอยดี เสถียรภาพทางเคมี ปานกลาง ราคา การผลิตสารสี วิธีการผลิตสารสีมีหลายวิธี ได๎แกํ - การบดและการนอนก๎ น (Grinding and setting) นิย มใช๎ส าหรับ การผลิตสารสีป ระเภท Earth pigments และ Mineral pigments - การตกตะกอน (Precipitation) ใช๎สาหรับการ ผลิตสารสีตาํ งๆ เชํน ลิโทโพน (Lithopone) โครม เยลโลว์ (Chrome yellow) พรั ส เซีย นบลู (Prussian blue) และสารสีอนิ ทรีย์สํวนใหญํ - การเผา (Calcination) โดยการเผาสารที่ อุณหภูมิสูง ใช๎สาหรับการผลิตสีตํางๆ เชํน

209301

สารสีอินทรีย์ การกลั่นน้ามัน สวําง สูง โปรํงใส ต่า-สูง ละลายได๎เล็กน๎อย ปลอดภัย ดี คํอนข๎างแพง

ไทเทเนี ย มไดออกไซด์ อัล ตรามารีน ลิโ ทโพน และโครเมียมออกไซด์กรีน เป็นต๎น - การระเหย (Evaporation) ตัวอยํางสารสีที่ ผลิตโดยวิธีนี้ เชํน แอนทิโมนีออกไซด์และซิงค์ ออกไซด์ เป็นต๎น - การกัดกรํอนโลหะ (Corrosion of metals) โดยการนาโลหะมากัดกรํอนด๎วยกรด ซึ่งทาให๎ ได๎ผงสีตํางๆ เชํน ผงตะกั่วขาว (White lead) เป็น ต๎น

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

78


กระบวนการผลิตสารสีและสีทา 209301 สีทา (Paint) สี ท ามี อิ ท ธิ พ ลตํ อ สิ่ ง มี ชี วิ ต โดยเฉพาะ มนุ ษ ย์ เ ป็ น อยํ า งยิ่ ง เชํ น จิ ต รกรใช๎ สี เ ป็ น สื่ อ แสดงออกถึ งจินตนาการในรูปแบบตํางๆ หรือ นั ก อุ ต สาหกรรมใช๎ เ คลื อ บปู อ งกั น พื้ น ผิ ว วั ส ดุ โครงสร๎างให๎มีความคงทนมากขึ้น เป็นต๎น สีทา จัดเป็นสารเคลือบผิว (Surface coating) ชนิด หนึ่ง ซึ่งมีวัตถุประสงค์หลักอยูํ 2 ประการ คือ - เพื่อปูองกันพื้นผิววัสดุจากมลภาวะตํางๆ สี ทาหรือสารเคลือบผิวชํวยให๎ผิวหน๎าของวัสดุที่ ถู ก เคลื อ บมี ค วามท นท านตํ อ อากาศ น้ า แสงแดด และสารเคมีตํางๆ ได๎ดีขึ้น นอกจากนี้ ยั ง ชํ ว ยให๎ ผิ ว หน๎ า ของวั ส ดุ มี ค วามแข็ ง แรงขึ้ น ทนทานตํอการขัดสีได๎ดีขึ้น และทาให๎อายุการใช๎ งานของวัสดุยาวนานขึน้ - เพื่ อ ตกแตํ ง พื้ น ผิ ว วั ส ดุ ใ ห๎ ส วยงาม ความ สวยงามของพื้นผิววัสดุหลังการเคลือบผิวอาจ มาจากสี ความเงา ลวดลายตกแตํง หรือความ สวําง หรือจากทั้งหมดรวมกัน นอกจากนี้ ก ารใช๎ ง านสี ท าอาจมี เ พื่ อ วัตถุประสงค์อ่นื ๆ เชํน - เพื่อสุขลักษณะและความสะอาด การทาสีที่ ผํ า นการเลื อ กใช๎ อ ยํ า งดี ถู ก ต๎ อ งตามลั ก ษณะ การใช๎สอยของพื้นที่ในสํวนตําง ๆ แล๎ว จะชํวย ท าให๎ผิ ว หน๎า ของพื้น ผิว เมื่ อมี ก ารใช๎ งานจะท า

ความสะอาดได๎งํายไมํดูดซึมน้าและสารละลาย ตํางๆ ได๎ เชํน ครัว ควรใช๎สีที่ท าความสะอาด งํ า ย เชํ น สี น้ ามั น ห รื อ สี อ ะคริ ลิ ก อยํ า ง ดี ห๎ อ งปฎิ บั ติ ก ารทางวิ ท ยาศาสตร์ ค วรใช๎ สี ที่ มี ความทนทานตํอสารเคมี และห๎องน้าควรใช๎สีที่ ทนตํอน้าและความชื้นได๎ดี ทาความสะอาดงําย เป็นต๎น - เพื่ อ ปรั บ ความเข๎ ม ของแสง บรรดาเฉดสี ตํ า งๆ นอกจากจะมี ผ ลตํ อ อารมณ์ ค วามรู๎ สึ ก เชํน ท าให๎ดูโ ลํงกว๎า ง ดูหนัก แนํน หรือดูเ ร๎าใจ แล๎วก็ ยั งมีสํวนชํวยในการปรับ ความเข๎ม จาง ของแสงจากแสงแดดและแสงไฟฟูา เฉดของสีมี สํวนชํวยเพิ่มหรือลดความเข๎มของแสงในอาคาร ได๎ เชํน ในห๎องอํานหนังสือที่ต๎องการแสงสวําง มาก ๆ ก็ควรใช๎เฉดสีสวําง เชํน สีขาว ในขณะที่ ห๎องชมภาพยนตร์ ควรจะเลือ กใช๎เฉดสีที่มืด ไมํ รบกวนการชมภาพยนตร์ เป็นต๎น ในห๎องที่แสง ไมํพอ ก็สามารถ ใช๎เฉดสีสวํางเข๎ามาชํวยทาให๎ แสงภายในห๎องดีขนึ้ ได๎สํวนหนึ่ง - เพื่อใช๎เป็นสัญลักษณ์เครื่องหมาย บางครั้งก็ มี ก ารใช๎ สี สื่ อ ความหมาย เป็ น เครื่ อ งหมาย สัญลักษณ์ในรูปกราฟฟิก สีบางชนิดจะมีการสื่อ ความหมายเป็ น แบบมาตรฐานสากลได๎ เชํ น ปูายจราจร สัญลักษณ์ระวังอันตรายตํางๆ เป็น ต๎น

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

77


กระบวนการผลิตสารสีและสีทา องค์ประกอบของสีทา สีทาสํวนใหญํประกอบด๎วยสํวนประกอบ สาคัญ 4 สํวน ได๎แกํ  สารสี (Pigment) สารสีมีลักษณะเป็นผงละเอียด อาจเป็น สารอินทรีย์หรืออนินทรีย์ก็ได๎ เป็นสารให๎สีและมี ความสามารถในการปิ ด บั ง พื้ น ผิ ว ท าให๎ เ กิ ด สี ส รรสวยงามและเพิ่ ม ความแข็ ง ให๎ กั บ ชั้ น สี กํอนการใช๎งานสารสีเหลํานี้จะแขวนลอยอยูํในสี ทา และจะติดอยูํภายใต๎ชั้นฟิล์มของพอลิเมอร์ ภายหลังจากที่สแี ห๎ง ตัวอยํางสารสีที่มักเติมในสี ทาทั่วไปคือ ไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO2) ซึ่ง เป็นสารสีขนาด 0.22 ไมครอนที่ทาให๎สีทามีสี ขาวละทึบแสง สาหรับสารเคลือบผิวบางชนิดที่ ไมํ มี ส ารสี เ ป็ น สํ ว นประกอบ เชํ น วานิ ช หรื อ สี เคลือบเงา ทาให๎ไมํเกิดสีสรรสวยงามภายหลัง จากการใช๎งาน จึงท าหน๎าที่ปูองกั นพื้นผิวและ งํายตํอการทาความสะอาดเทํานั้น

สารสี [8]

209301

 สารยึดหรือสิ่งนาสี (Binder) ท าหน๎ า ที่ เ ป็ น โครงสร๎ า งหลั ก ให๎ แ กํ สี ท า ชํวยยึดประสานอนุภาคของสารประกอบในสีทา ไว๎ ด๎ ว ยกั น ท าให๎ เ กิ ด เป็ น ฟิ ล์ ม ที่ มี ส มบั ติ แ ข็ ง เหนี ย ว ใส และเป็ น มั น วาวเคลื อ บติ ด แนํ น กั บ พื้ น ผิ ว ที่ ถู ก เคลื อ บ ท าให๎ พื้ น ผิ ว วั ส ดุ มี ค วาม สวยงามและทนตํอสภาพแวดล๎อม สารยึ ดในสี ทามั ก เป็ น สารประเภทเรซิ น ซึ่ ง มี ทั้ ง เรซิ น ธรรมชาติและเรซินสังเคราะห์ เราอาจแบํงสาร ยึดเกาะแบํงเป็น 2 กลุํม ได๎แกํ กลุํมละลายใน น้ามัน (Solvent base) เชํน Alkyd Resin, Acrylic resin, Epoxy resin, Polyurethane resin, Amino resin, Silicone resin เป็นต๎น และกลุํมที่ละลาย อยูํในน้า (Water base) เชํน Acrylic emulsion, Styrene-Acrylic emulsion, Polyurethane dispersion, Silicone modified emulsion เป็นต๎น  ตัวทาละลาย (Solvent) เป็ น สารเคมี ที่ ท าหน๎ า ที่ ป รั บ ความหนื ด ของสีทาให๎เหมาะตํอการผลิต หรือทาให๎ใช๎งาน ได๎ งํ า ย ตั ว ท าละลายสามารถระเหยออกได๎ ภายหลังจากการทา ทาให๎สีทาแห๎งติดแนํนกับ พื้น ผิ ว ตัว ท าละลาย สามารถแบํ ง ออกเป็ น 2 ชนิด คือ น้าและตัวท าละลายอินทรีย์ แตํชนิด หลั ง มั ก กํ อ ให๎ เ กิ ด ความระคายเคื อ งตํ อ ระบบ หายใจของผู๎ ใ ช๎ และติ ด ไฟได๎ งํ า ย ในการเก็ บ รักษาและใช๎งานจะต๎องหํางจากเปลวไฟ ดังนั้ น ในปั จ จุ บั น นี้ สี ที่ มี น้ าเป็ น ตั ว ท าละลายจะ ปลอดภัยและเป็นที่นยิ มมากกวํา

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

78


กระบวนการผลิตสารสีและสีทา  สารเติมแต่ง (Additives) เป็นสารที่ชํวยทาให๎องค์ประกอบทั้ง 3 ที่ กลํ า วมาข๎ า งต๎ น ท างานรํ ว มกั น ได๎ อ ยํ า งมี ประสิทธิภาพเกิดเป็นผิวเคลือบที่เรียบสม่าเสมอ และดู ส วยงาม สารเติ ม แตํ ง บางตั ว ท าหน๎ า ที่ ปูองกันการจับตัวเป็นก๎อนของเม็ดสีและตัวเชื่อม

209301

ประสาน ปูองกันไมํให๎สีแข็งตัวเมื่อถูกเก็บหรือใช๎ ในที่เ ย็ นจัด และยั งอาจเป็นสารปู องกั นเชื้อรา สารต๎านทานแสงยูวี หรือเป็นสารที่เติมลงไปเพื่อ ใช๎แทนสํวนประกอบอื่นที่มีราคาแพง ทาให๎สีมี ราคาถูกลง เป็นต๎น

ตัวอยํางสํวนประกอบสาหรับการผลิตสีอะคริลิกอิมัลชันสีขาวสาหรับทาภายนอกอาคาร ส่วนประกอบ ร้อยละ น้า 5.2 สารลดแรงตึงผิวชนิดนอนอิออนิก 1.1 สารกันการเกิดฟอง 0.2 สารละลายแอมโมเนียมพอลิอะคริเลต 9.6 ไททาเนียมไดออกไซด์ชนิดรูไทล์ 20.5 ทัลก์ 8.4 แคลเซียมคาร์บอเนต 9.2 พรอพิลีนไกลคอล 2.1 น้ามันสน 0.3 สารถนอม 0.2 อะคริลิกอิมัลชัน 43.0 แอมโมเนีย 0.2

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

79


กระบวนการผลิตสารสีและสีทา 209301 หลักการทางานของสีทา เมื่อเราทาการทาสีทาลงบนพื้นผิววัสดุ สี ทาจะเปลี่ยนสภาพจากของเหลวไปเป็นฟิล์มยึด ติดแนํนกับพื้นผิว เรียกการเปลี่ยนสภาพของสี ทานี้วํา กระบวนการเกิดฟิล์ม (Film formation) ซึ่งสามารถแบํงออกเป็น 3 ขั้นตอน ได๎แกํ  การเคลือบผิว (Application) เป็นการนาสีทาไปเคลือบผิวหน๎าหรือทา ให๎ผิว หน๎าของวัส ดุ เ กิ ด ชั้นฟิล์มของเหลวบางๆ ขึ้น การเคลือบผิวหน๎าวัสดุอาจทาได๎โดยการใช๎ แปรงทา ลูกกลิง้ การพํน หรือการจุมํ เป็นต๎น  การติดแน่น (Fixation) เป็นการทาให๎ฟิล์มของเหลวที่เคลือบบน พื้นผิววัสดุติดแนํน ไมํหลุดลอกออก และไมํเกิด เป็นชั้นของฟิล์มที่ไมํตอ๎ งการ การเกิดฟิล์มของสี ทาที่มีตัวทาละลายอินทรีย์เป็นสํวนประกอบจะ เกิ ด โดยการระเหยของตัว ท าละลาย สํวนการ เกิดฟิล์มของสีทาระบบลาเท็กซ์จะเกิดโดยการ ระเหยของน้า  การบ่ม (Curing) เป็นการทาให๎ฟิลม์ ของเหลวที่ผํานขั้นตอน การติดแนํนแล๎ว เปลี่ยนสภาพเป็นฟิล์มแห๎งที่มี ความทนทานดีขึ้น โดยทั่วไปการบํมของสีทาจะ เกิดขึ้นรํวมกับการทาให๎สีทาแห๎ง ซึ่งสามารถทา ได๎ 2 วิธี คือ

- วิธีทางฟิสิกส์ (Physical drying) การบํมโดย วิธีนี้เ กิดจากการระเหยของตัวทาละลาย ด๎วย ความร๎อนหรือแสง ทาให๎สีทากลายเป็นฟิล์มยึด ติ ด กั บ ผิ ว ห น๎ า วั ส ดุ ด๎ ว ย พั น ธ ะ ทุ ติ ย ภู มิ (Secondary bond) อยํางอํอนๆ ดังนั้นฟิล์มที่ เกิ ด ขึ้ น จึ ง ยั ง คงสามารถละลายได๎ ใ นตั ว ท า ละลายนั้นๆ - วิธีทางเคมี (Chemical drying) ฟิล์มที่ได๎จาก การบํ ม โดยวิ ธี นี้ จ ะยึ ด ติ ด กั บ ผ��� ว หน๎ า วั ส ดุ ด๎ ว ย พัน ธะปฐมภูมิ (Primary bond) จากการ เกิ ด ปฏิ กิ ริ ย าเคมี ดั ง นั้ น ฟิ ล์ ม ที่ ไ ด๎ จ ะมี ค วาม แข็งแรงและทนตํอตัวทาละลาย วิธีทางเคมีนี้ทา ได๎โดยทาให๎เกิดปฏิกิรยิ าลักษณะตํางๆ เชํน การ เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันกับออกซิเจนในอากาศ ทาให๎ขนาดอณูของสีใหญํขึ้นจนรวมตัวเป็นฟิล์ม แห๎งแข๎งตามต๎องการ หรือการเกิดปฏิกิริยาเคมี อื่ น ๆ ซึ่ ง สี ท าประเภทนี้ สํ ว นใหญํ จ ะบรรจุ ใ น ภาชนะแยกกั น กํ อ นใช๎ จึ ง ต๎ อ งผสมกั น ตาม อั ต ราสํ ว นที่ ผู๎ ผ ลิ ต แนะน า ซึ่ ง เมื่ อ ผสมแล๎ ว จะ เกิดปฏิกิริยาเคมีได๎เป็นฟิล์มแห๎งแข็ง ดังนั้นเมื่อ ผสมแล๎ ว จึ งต๎ อ งใช๎ ใ ห๎ หมดภายในระยะเวลาที่ กาหนดไว๎ หากปฏิกิริยาเคมีเกิดที่อุณหภูมิห๎อง จะเรี ย กสี ท าชนิ ด นี้ วํ า สี บํ ม เย็ น แตํ ห ากการ เกิ ด ปฏิ กิ ริ ย าต๎ อ งใช๎ อุ ณ หภู มิ สู ง จะเรี ย กสี ท า ชนิดนี้วํา สีอบ (Stoving or baking coating) เป็น ต๎น

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

77


กระบวนการผลิตสารสีและสีทา 209301

กลไกการทางานของสีทา [1] กระบวนการผลิตสีทา กระบวนการผลิตสีทาในเชิงอุตสาหกรรม จะมีลักษณะที่ไมํซับซ๎อน ซึ่งกระบวนการผลิตสี ในโรงงานขนาดเล็ ก ที่ มี ก าลั ง การผลิ ต ไมํ ม าก มักจะเป็นกระบวนการที่ไมํตํอเนื่องและการเติม สํวนผสมไมํได๎เป็นแบบอัตโนมัติต๎องใช๎แรงงาน เป็นผู๎เติมสํวนผสมตํางๆ ด๎วยตัวเอง โดยมีระบบ การผสมเป็ นระบบเปิ ด แตํ ส าหรับ โรงงานที่ มี ขนาดใหญํและมีกาลังการผลิตสูงระบบการผลิต สีมักจะเป็นระบบตํอเนื่องเป็นระบบปิด และการ เติ ม สํ ว นผสมตํ า งๆ จะท าโดยเครื่ อ งจั ก ร กระบวนการผลิ ต สี ท ามี ขั้ น ตอนการผลิ ต โดย สรุป ดังนี้  การผสม (Premixing) เป็นขั้นตอนการนาสํวนผสมตํางๆ ที่ใช๎ใน การผลิ ต สี ม าผสมรวมกั น ด๎ ว ยเครื่ อ งผสมที่ มี ลั ก ษณะเป็ น ใบกวน ซึ่ ง ใบกวนนี้ จ ะกวนผสม สํวนผสมตํางๆ ของสีที่อยูํในถังผสมให๎เป็นเนื้อ

เ ดี ย ว กั น แ ล ะ พ ร๎ อ ม ที่ จ ะ น า ไ ป ใ ช๎ ง า น กระบวนการผสมจะเริ่มต๎นด๎วยสํวนผสมที่เป็น ของเหลว จากนั้นก็ จะเติมสํวนผสมที่มีสถานะ เป็นของแข็งลงไปผสมเรื่อยๆ โดยลาดั บการเติม สํวนผสมก็มีความสาคัญเนื่องจากจะทาให๎การ ผ ส ม เ ป็ น ไ ด๎ ร ว ด เ ร็ ว แ ล ะ ใ ช๎ เ ว ล า น๎ อ ย ล ง นอกจากนี้การเติมสํวนผสมผิดลาดับอาจจะทา ให๎ สํ ว นผสมท าปฏิ กิ ริ ย ากั น ในลั ก ษณะที่ เ ป็ น อันตราย โดยอาจจะทาให๎เกิดไอระเหยของสาร ไวไฟในปริมาณที่มากหรือท าให๎เ กิดก๏าซที่เป็น อันตรายตํอสุขภาพขึ้นได๎  การบด (Grinding) เป็ น ขั้ น ตอนที่ ท าให๎ อ นุ ภ าคของผงสี มี ขนาดเล็กลงตามต๎องการ ซึ่งทาให๎ผงสีเกิดการ เปี ย กและกระจายตั ว ในสํ ว นประกอบที่ เ ป็ น ของเหลวได๎ ดี ขึ้ น นอกจากนี้ ยั ง ท าให๎ เ นื้ อ สี มี คว า ม ล ะเ อี ย ด มา ก ขึ้ น เค รื่ อ ง บ ด ที่ ใ ช๎ ใ น

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

77


กระบวนการผลิตสารสีและสีทา

209301

อุ ต สาหกรรมการผลิ ต สี มี ห ลายประเภท เชํ น เครื่องบดแบบ Triple roll mill เครื่องบดแบบ Ball mill เครื่องบดแบบ Sand mill เครื่องบด แบบ Bead mill และเครื่องบดแบบ High speed disperser เป็นต๎น

 การควบคุมคุณภาพ (Quality control) เป็ น ขั้ น ตอนการตรวจสอบและควบคุ ม คุณภาพของสีทาให๎มีสมบัติตํางๆ ตามต๎องการ เชํ น ความหนื ด ความถํ ว งจ าเพาะ และ ระยะเวลาการแห๎ง เป็นต๎น

 การปรับความหนืด (Adjustment of consistency) เป็นขั้นตอนการปรับความข๎นเหลวของสี ทาเพื่ อ ให๎ เ หมาะตํ อ การใช๎ ง าน โดยการปรั บ ความหนืดสามารถทาได๎โดยการเติมสารยึด ตัว ทาละลาย หรือสารเติมแตํงลงไป

 การบรรจุ (Packing) หลั ง จากที่ ไ ด๎ สี ท าที่ มี คุ ณ สมบั ติ ต ามที่ ต๎องการแล๎ว ก็จะนาสีทาไปผํานการกรองแล๎ว จึงนาไปแบํงบรรจุในภาชนะขนาดเล็ก เชํน ถั ง หรื อ แกลลอนบรรจุ สี เพื่ อ น าไปจั ด จ าหนํ า ย ตํอไป กระบวนการบรรจุจะทาการถํายเทสีจาก ภาชนะบรรจุที่มีขนาดใหญํไปสูํภาชนะขนาดเล็ก โดยในโรงงานผลิตสีขนาดใหญํและมีกาลังการ ผลิ ต สู ง การบรรจุ สี ก็ จ ะมี เ ครื่ อ งจั ก รที่ มี ก าร ทางานแบบอัตโนมัติ แตํโรงงานขนาดเล็กจะเป็น การแบํงบรรจุสี โ ดยใช๎เ จ๎ าหน๎ าที่เ ป็ นผู๎ค วบคุ ม ทั้ ง นี้ สํ ว นใหญํ จ ะใช๎ ว าล์ ว ในการปลํ อ ยสี จ าก ภาชนะบรรจุขนาดใหญํลงไปในภาชนะบรรจุที่ ต๎องการ

การผลิตสีทา [8]  การปรับสี (Shading หรือ Tinting) เป็นขั้นตอนการเทียบสีของผลิตภัณฑ์ให๎ ตรงตามมาตรฐาน การปรั บ สี จ ะท าในเครื่ อ ง ผสม (Make-up tank หรือ Mixer)

การบรรจุสีทา

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

78


กระบวนการผลิตสารสีและสีทา 209301

แผนผังกระบวนการผลิตสีทา [6]

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

77


กระบวนการผลิตสารสีและสีทา

209301

เอกสารอ้างอิง [1] G.P.A. Turner (1988). Introduction to Paint Chemistry, 3rd Edition, Chapman & Hall, New York, USA. [2] S. Paul (1985). Surface Coatings Science and Technology, A Willey-Interscience Publication, New York, USA. [3] อรอุษา สรวารี (2537). สารเคลือบผิว (สี วาร์นิช และแลกเกอร์) , สานักพิมพ์จุฬาลงกรณ์ มหาวิทยาลัย, กรุงเทพมหานคร. [4] www.paintquality.com [5] www.realpaints.com [6] www.apmf.asn.au [7] www.ppg.com [8] work.wellingtonnz.com

ดรรชนี พัทธวรากร: ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

78


เคมีกระบวนการผลิต