Page 1

การประชุมวิชาการโครงงานวิศวกรรมเกษตรแหงชาติ ครั้งที่ 16 29 มกราคม 2553 มหาวิทยาลัยขอนแกน

การประยุกตใชเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนแบบเทอรโมไซฟอน กับกระบวนการผลิตแก็สชีวมวล Apply the thermosyphon heat exchanger for biomass gasification process

สุพัตรา ชายปา 1 , อนุรักษ ภักดิ์สันติพงศ 1 และ นําพร ปญโญใหญ Supattra Chaipa1 , Anurak Paksontipong1 and Numporn Panyoyai2 1 นักศึกษา, 2อาจารยที่ปรึกษา ภาควิชาวิศวกรรมอาหาร คณะวิศวกรรมและอุตสาหกรรมเกษตร มหาวิทยาลัยแมโจ 50290 Food Engineering Department, Faculty of Engineering, Maejo University 50290 โทร 053-878123 โทรสาร 053-498902 E-mail: n_panyoyai@hotmail.com

u t l ir cu

บทคัดยอ

l a r

g n ri

e e in

g n E

เครื่องแลกเปลี่ยนความรอนแบบเทอรโมไซฟอน เปนอุปกรณแลกเปลี่ยนความรอนที่มีประสิทธิภาพการนําความ รอนสูง โครงงานนี้จึงมีวัตถุประสงค เพื่อประยุกตใชเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนแบบเทอรโมไซฟอนกับกระบวนการผลิต แกสชีวมวล โดยออกแบบทอความรอนแบบเทอรโมไซฟอน ทําจากเหล็กมีขนาดเสนผานศูนยกลาง 2.45 cm มีความยาว รวม 1 m จํานวน 43 ทอ แบงออกเปน 2 สวน คือ สวนทําระเหย 50 cm และสวนควบแนน 50 cm ใชน้ําเปนสารทํางาน ซึ่งมีอัตราสวนการเติม 50% ของปริมาตรทั้งหมดในสวนควบแนน กระบวนการผลิตแกสชีวมวลใชเศษไมลําไยเปน เชื้อเพลิง โดยยอใหมีขนาด 1- 2 cm จํานวน 10 kg จากการทดลองพบวาผลิตภัณฑที่ไดจากการเผาแกสชีวมวลคือ น้ํามัน ดินนและแกส เมื่อติดตั้งเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนแบบเทอรโมไซฟอนในกระบวนการไดผลการทอลองดังนี้ ไดปริมาณ น้ํามันนดิน 2.27 kg และระยะเวลาของแกสติดไฟที่ไดจากกระบวนการผลิตแกสชีวมวล 75.33 min โดยมีอัตราการถายเท ความรอนของเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนแบบเทอรโมไซฟอนมีคาเทากับ 0.6017 kW คาอัตราการถายเทความรอนตอพื้นที่ ของทอความรอนมีคาเทากับ 363.55 W/m2ตอตารางเมตร และมีประสิทธิผลเทากับ 74.46% ดังนั้นเครื่องแลกเปลี่ยนความ รอนแบบเทอรโมไซฟอนสามารถนํามาใชรวมกับกระบวนการผลิตแกสชีวมวลเพื่อลดปริมาณน้ํามันดินในระบบไดมากขึ้น คําสําคัญ : เครือ่ งแลกเปลี่ยนความรอนเทอรโมไซฟอน , กระบวนการผลิตแกสชีวมวล , น้ํามันดิน

t e ci

g A f

o y

o S i a h

T

ABSTRACT Thermosyphon is a high potential heat exchanger. This project aims to apply 43 thermosyphons designed with biomass gasification process .The designed thermosyphons has 2.45 cm in diameter and 1 m in length. Euch of thermosyphons has designed into 2 parts: evaporator and condenser sections, which both secion have 50 cm in length. The water is served as working fluid which has addition ratio 50% of total volume.Ten kilograms of shivers were used in each experiment with length approximately 1-2 cm. The result showed that 2.27 kg of tar and gas proportions were 15


การประชุมวิชาการโครงงานวิศวกรรมเกษตรแหงชาติ ครั้งที่ 16 29 มกราคม 2553 มหาวิทยาลัยขอนแกน

founded in thermosyphon heat exchanger per 10 kg of fuel gas derived from biomass gasification process can be used 75.33 min. per 10 kg of fuel. The ratio of heat transfer of thermosyphon heat exchanger was 0.6017 kW and efficiency was 73.46%. The surface area of heat transfer was 363.55 W/m2. This study suggested thermosyphon heat exchanger could be applied with biomass gasification process for efficiently decreasing tar from devived gas. Keywords: Thermosyphon , biomass gasification process

บทนํา การผลิตแกสชีวมวล เปนกระบวนการที่ทําใหเชื้อเพลิงชีวมวลไดรับความรอนในสภาพแวดลอมที่จํากัดออกซิเจน เพื่อผลิตแกสที่ติด ไฟได (Combustible Gas) ความรอนที่ใชในการผลิตแกสเกิดขึ้นในสวนของการเผาไหมวัสดุ หรือ Oxidation Zone จะมี อุณหภูมิอยูระหวาง 700 oC - 1100 oC และในสวนของ Reduction Zone จะอยูระหวาง 600 oC - 900 oC อนุตร (2541) กลาววาการออกแบบสรางเตาเผาเพี่อผลิตแกสชีวมวลตองคํานึงถึงการเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่เกิดขึ้น เนื่องจากอุณหภูมิ อัตราความเร็วในการเผาไหม ปริมาณของอากาศในเตาเผา เปนตน กระบวนการผลิตแกสชีวมวลอาจแบง ออกไดดังนี้ ก) Air gasification เปนกระบวนการผลิตแกสชีวมวลแบบที่งายที่สุด ซึ่งแกสที่ไดในกระบวนการประกอบดวย แกสคารบอนมอนอกไซด ไฮโดรเจน และไนโตรเจน เนื่องจากมีแกสไนโตรเจนที่เปนแกสเฉื่อยดวย จึงทําใหแกสที่ไดมี พลังงานต่ํา ข) Oxygen gasification ในการเผาไหมเพื่อผลิตแกสชีวมวลโดยใชแกสออกซิเจนโดยตรง แกสเชื้อเพลิงที่ไดจะ ใหพลังงานปานกลาง ซึ่งมีศักยภาพพอที่จะสงแกสไปตามทอสงไดหรือใชในการสังเคราะหทางเคมีเพื่อใชในการผลิต เมทธานอล แอมโมเนีย หรือมีเทน อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะสูงและเร็วกวาแบบแรก จึงกอใหเกิดฝุนละอองที่มากับแกสนอย กวา ในการผลิตแกสชีวมวลจํานวน 1 ton จะตองใชปริมาณออกซิเจน 1/3 ton เนื่องจากแกสออกซิเจนมีราคาแพงจึงไมมีการ ผลิตแกส ชีวมวลในอุตสาหกรรมขนาดเล็ก ค) Pyrolysis gasification เนื่องจากแกสชีวมวลที่ไดจะมีองคประกอบที่เปนสารระเหยสูงเมื่อเทียบกับถานหินและ เราสามารถใชวิธีการกลั่นสลายเพื่อใหไดแกสที่มีพลังงานปานกลาง ซึ่งมีองคประกอบเปนแกสมีเทน (Light hydiocarbon) และยังไดถานและน้ํามันในกระบวนการอีกดวย ง)Hydrogen gasification การนําไฮโดรเจนไปใชในที่มีความดันสูงจะสามารถเปลี่ยนองคประกอบภายในของ แกสชีวมวลได ทําใหไดผลิตภัณฑที่เปนของเหลวหรือแกสทั้งนี้ขึ้นอยูกับสภาวะของการเกิดปฏิกิริยา ซึ่งเปนวิธีการที่ นาสนใจสําหรับที่ซึ่งมีปริมาณไฮโดรเจนมากอยางเพียงพอ จ)Chemical and electrochemical gasification กระบานการนี้จะกอใหเกิดการเปลี่ยนแปลงของปฏิกิริยา ท า ง เคมีไดผลิตภัณฑที่นาสนใจขึ้น อาทิปฏิกิริยาการรวมตัวของแกสชีวมวลกับแกสโบรมีน เพื่อที่จะใหไดแกสไฮโดรโบรมีน และคารบอนมอนนอกไซด แลวนําไฮโดรโบรมีนที่ไดไป Electrolyzed เพื่อใหไดแกสไฮโดรเจน อุณหภูมิ การเผาไหมของเชื้อเพลิงจะแปรผันตามอุณหภูมิเริ่มแรกและจะเกิดขึ้นแบบชาๆ และเกิดตอเนื่องไปเรื่อยๆ ความ รอนที่ไดจะไปเพิ่มอุณหภูมิของเชื้อเพลิงและอากาศใหสูงขึ้น ทําใหอัตราการเผาไหมเพิ่มขึ้น ดังนั้นปริมาณความรอนจาก ภายนอกที่เพียงพอสําหรับการเพิ่มปฏิกิริยาเปนสิ่งที่จําเปนสําหรับการเผาไหมและจะทําใหปฏิกิริยาดําเนินตอไปไดปกติ ในการเผาไหมนั้นตองการใหมีอุณหภูมิสูงถึง 600 – 900 0C (Baker et al. , 1988) แตอาจมีขอจํากัดที่สําคัญ คือ ชนิดของ

g n ri

e e in

t e ci

g A f

u t l ir cu

o y

o S i a h

T

16

l a r

g n E


การประชุมวิชาการโครงงานวิศวกรรมเกษตรแหงชาติ ครั้งที่ 16 29 มกราคม 2553 มหาวิทยาลัยขอนแกน

เชื้อเพลิงซึ่งจะทําใหอุณหภูมิไดอยางจํากัดที่ปริมาณแตกตางกัน นอกจากนี้การที่อุณหภูมิสูงมากเกินไป อาจทําใหเกิด สารประกอบออกไซดไนโตรเจนที่เปนแกสพิษและเกิดกาก (Slag) เกาะติดผนังเตา ทําใหลดความสามารถในการถายเท ความรอนและกอใหเกิดปญหาการกัดกรอนของผนังเตาได ทอความรอน (Heat pipe) ทอความรอนแบบเทอรโมไซฟอนนั้น จัดเปนอุปกรณถายเทความรอนชนิดหนึ่ง ที่สามารถถายเทความรอนไดดี โดยไมตองอาศัยแหลงพลังงานจากภายนอก สามารถทํางานไดโดยใชหลักการการถายเทความรอนจากความรอนแฝงของ สารทํางานภายในทอความรอน ซึ่งสารทํางานจะระเหยตัวโดยการรับความรอนจากแหลงความรอนและที่มีอุณหภูมิสูง ถายเทความรอน โดยการควบแนนเปนการถายเทความรอนใหกับแหลงความรอนที่มีอุณหภูมิต่ํากวา หลักการทํางานของ ทอความรอนแบบธรรมดา คือ เมื่อทอความรอนไดรับความรอนจากสวนทําระเหยจะทําใหสารทํางานภายในทอความรอน ซึ่งมีสภาวะเปนของเหลวอิ่มตัว เปลี่ยนสถานะเปนไอและลอยขึ้นสูดานบนไปยังสวนควบแนนซึ่งมีอุณหภูมิต่ํากวา เมื่อสาร ทํางานถายเทความรอนออกจะทําใหเกิดการควบแนนของสารทํางาน และไหลกลับลงสูสวนทําระเหยดวยแรงโนมถวงเพื่อ กลับมารับความรอนในสวนทําระเหยอีกครั้งหนึ่ง

g n ri

e e in

g A f

u t l ir cu

l a r

g n E

o y

ภาพที่ 1 รูปทอความรอน (Heat pipe) ที่มา: S.W.Chi. (1976)

t e i อน คุณสมบัติโดยทั่วไปของทอความร c 1.มีการนําความรอนที่สo ูง S 2.มีความสามารถในการแปลงอั ตราการไหลของความรอน i a 3.มีพื้นh ที่ผิวที่อุณหภูมิเทากันตลอดโดยที่ความตานทานความรอนต่ํา ผิวสวนควบแนนของทอ ความรอนเพิ่มที่สวนใด ก็จะ มีไT อที่ระเหยเพิ่มมากขึ้นที่นั่นและทําใหอุณหภูมคิ งที่ที่ระดับเดิม จุดเดนของเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนแบบทอความรอน 1.ไมตองใชพลังงานเสริมในการใชงาน ทอความรอนสามารถทํางานไดเองเมื่ออุณหภูมิของทอและของไหลใชงานถึง อุณหภูมิจุดเดือด 2.อุณหภูมิที่ใชงานมีความชวงกวางและความสามารถทํางานได แมวาผลตางอุณหภูมิระหวางแหลงใหความรอนและแหลง รับความรอนจะไมมาก ซึ่งจะขึ้นอยูกับคุณสมบัติของสารทํางานภายในทอความรอนที่ชวงอุณหภูมิที่เหมาะสม 3.อัตราการถายเทความรอนไดเร็ว เมื่อเปรียบเทียบกับการนําความรอนของโลหะที่ใชทําทอ 4.ไมมีชิ้นสวนเคลื่อนไหวดูแลรักษางาย ตนทุนการผลิตต่ําและมีอายุการใชงานไดยาวนาน 5.การนําไปประยุกตใชงานเชิงความรอนใหผลตอบแทนสูง

17


การประชุมวิชาการโครงงานวิศวกรรมเกษตรแหงชาติ ครั้งที่ 16 29 มกราคม 2553 มหาวิทยาลัยขอนแกน

สมการในการคํานวณคาอัตราการถายเทความรอน …(1)

Q = mC p ΔT

เมื่อ

Q = อัตราการถายเทความรอน (kJ/s) m& = อัตราการไหลเชิงมวล (kg / s) C p = ความรอนจําเพาะของวัตถุ (kJ / kg o C ) ΔT = ผลตางของอุณหภูมิ ( C ) o

การหาคาสมรรถนะตาง ๆ ของทอความรอนแบบเทอรโมไซฟอน คาสมรรถนะตาง ๆ ของทอความรอนแบบเทอรโมไซฟอน สามารถหาไดโดยการใชขั้นตอนเดียวกันกับเครื่อง แลกเปลี่ยนความรอนแบบไหลสวนทางกัน (Pure countercurrent) ซึ่งนํามาใชประเมินสมรรถนะ ดังนี้ (พิชัย, 2529) คาประสิทธิผล (Effectiveness) เปนอัตราสวนของการถายเทความรอนจริงตออัตราสวนของการถายเทความรอนสูงสุดที่ เปนไปไดของเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนนั้น ดังนั้น การถายเทความรอนสูงสุด คือ

g n ri

e e in

Qmax = (mc p )min ΔTmax

l a rกับ

เมื่อ (mc p )min = อัตราความจุความรอนตัวที่มีคา นอยระหวาง mc ph

g...(2) n E

u t l = ความแตกตางระหวางอุณหภูมิของของไหลขาเข า u c คาประสิทธิผลของเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนเปrนiตัวเปรียบเทียบอัตราการถายเทความรอนจริงกับอัตราการ ถายเทความรอนสูงสุดของเครื่องแลกเปลี่ยนความรอน ซึg ่งสามารถเขียนไดดังนี้คือ A f ...(3) o ดังนั้น เขียนไดy วา แต t ...(4) e ( ) (( ) ) i c จาก = ...(5) o S ...(6) จะได ( )( ) ( ) i a ...(7) ( )( ) h T จากสมการขางตน (2) สามารถเขียนไดวา mc po

ΔTmax

ε = Q / Qmax

Q = UAΔTm

ε

ε = UAΔTm / mc p

Q = mh c ph (Thi − Tc o )

ΔTmax

mc c po (Tc o − Tc i )

ε = m h c ph Thi − Tho / mop

= m c c po Tc o − Tc i / mcp

min

min

min

Thi − Tc o

(Thi − Tc o )

ε = Qh / Qmax = Qc /Q max = Qavc / Qmax

โดยที่

Qh = mc p (Thi − Tho )

Qc = mc p (Tc o − Tci ) Qmax = mc p min (Thi − Tc i )

Qave = (Qh +Q c ) / 2

เมื่อ ε = คาประสิทธิผล (Effectiveness) Q = ปริมาณการถายเทความรอน 18

...(8)


การประชุมวิชาการโครงงานวิศวกรรมเกษตรแหงชาติ ครั้งที่ 16 29 มกราคม 2553 มหาวิทยาลัยขอนแกน .

m = อัตราการไหลเชิงมวล

Cp = คาความรอนจําเพาะของของไหล T = อุณหภูมิ h = ดานรอน c = ดานเย็น

i = ทางเขา o = ทางออก ave = เฉลี่ย

อุปกรณและวิธีการ

g n ri

-เตาแกสซิฟเคชั่นแบบ fixed bed -เครื่องแลกเปลี่ยนความรอนแบบเทอรโมไซฟอน

t e ci

g A f

e e in

u t l ir cu

l a r

g n E

o y ภาพที่ 1 เตาแกสซิฟเคชั่นแบบเบดนิ่ง

o S i a h

T

ภาพที่ 2 เครื่องแลกเปลี่ยนความรอนเทอรโมไซฟอน (Thermosyphon)

19


การประชุมวิชาการโครงงานวิศวกรรมเกษตรแหงชาติ ครั้งที่ 16 29 มกราคม 2553 มหาวิทยาลัยขอนแกน

อุปกรณและเครื่องมือวัด -เครื่องชั่งน้ําหนัก ยี่หอ สิงโตทอง -ชุดบันทึกขอมูลอุณหภูมิ (Data logger) ยี่หอ Brain Child รุน VR18 ชวงการวัดอุณหภูมิ -200 ถึง 1370 ๐C -เครื่องวัดความเร็วลม ยี่หอ Digicon รุน DA-44 -พัดลมดูดอากาศ ยี่หอ Hatari รุน HB-VW30M2(N) -เทอรโมคัปเปล (Thermocouples) ชนิด -นาฬิกาจับเวลา -เครื่องคอมพิวเตอร วัสดุและอุปกรณ -เศษไม วิธีการทดสอบ ก) ยอยเศษไมที่ใชเปนเชื้อเพลิงใหมีขนาดประมาณ 1 cm ถึง 2 cm ดังแสดงในภาพที่ 3 แลวบรรจุลงในเตาประมาณ 10 kg และปดล็อคฝาเตาใหเรียบรอย ข) เปดวาลวสําหรับปอนอากาศ และจุดไฟที่ Ignite port โดยการใช Pilot flame ค) ทําการเก็บขอมูลตาง ๆ ดังนี้ 1) อุณหภูมิที่จุดตาง ๆ ดังแสดงในภาพที่ 4 โดย T1 คือ อุณหภูมิในเตา T2 คือ อุณหภูมิกอนออกจากเตา , T3 คือ อุณหภูมิ กอนเขาเทอรโมไซฟอน T4 คือ อุณหภูมิหลังออกจากเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนเทอรไซฟอน , T5 คือ อุณหภูมิภายใน อุโมงคชวงดูด และ T6 คือ อุณหภูมิภายในอุโมงคชวงอบแหง

g n ri

e e in

t e ci

g A f

u t l ir cu

l a r

g n E

o y

o S i a h

T

ภาพที่ 3 กระบวนการผลิตแกสชีวมวลโดยใชเทอรโมไฟอน เปนเครื่องแลกเปลี่ยนความรอน

20


การประชุมวิชาการโครงงานวิศวกรรมเกษตรแหงชาติ ครั้งที่ 16 29 มกราคม 2553 มหาวิทยาลัยขอนแกน

2) อุณหภูมิที่จุดตาง ๆ ดังแสดงในภาพที่ 5 โดย T1 คือ อุณหภูมิในเตา T2 คือ อุณหภูมิกอนออกจากเตา , T3 คือ อุณหภูมิ กอนเขาคอนเดนเซอร T4 คือ อุณหภูมิหลังออกจากคอนเดนเซอร

g n ri

e e in

l a r

g n E

u t l u c i r ขอมูลในการประเมินประสิทธิภาพเชิงความรอนของแกสg โดยทําการทดสอบการติดไฟของแกสผลิตภัณฑ ง) วัดปริมาณน้ํามันดินที่ไดจากกระบวนการ และวั ดA คาความรอนของแกสผลิตภัณฑโดยทําการทดสอบการติดไฟของแกส f o ระยะเวลา แลวทําการทดลองซ้ําตามขอ ก-ค เพื่อเปรียบเทียบประสิทธิภาพเชิงความรอนของแกสผลิตภัณฑระหวาง y t กระบวนการผลิตแกสชีวมวลโดยเทอร โมไซฟอนเปนเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนกับใชคอนเดนเซอรทั่วไปเปนเครื่อง e i แลกเปลี่ยนความรอน c o มีการวางแผนการทดสอบแบบ RCBD (Randomized Complete Block Design) ทดสอบ 3 ซ้ําเพื่อทดสอบ S iตภัณฑแกสชีวมวลที่ไดทําการออกแบบ โดยไดจัดการทดสอบเปนแบบทางเดียว (One-way experiment) กระบวนการผลิ a โดยเชื้h อเพลิง (เศษไม) จะถูกปอนเขาทางดานบนของเตา สวนอากาศจะถูกปอนเขาสูเตาในสวนใหและรับออกซิเจน T (Combustion and reduction zone) โดยใชวาลวในการปรับปริมาณการไหลของอากาศ ซึ่งการทดสอบไดกําหนดการปอน ภาพที่ 4 กระบวนการผลิตแกสชีวมวลโดยใชคอนเดนเซอรเปนเครื่องแลกเปลี่ยนความรอน

เชื้อเพลิงใหคงที่ตลอดการทดสอบคือ 10 kg แลวนําเชื้อเพลิงดังกลาวไปคํานวณเพื่อหาอัตราสวนปริมาณแกสตอเชื้อเพลิงที่ ใชในการเผาไหมและปริมาณแกสตอเชื้อเพลิงที่ใชในการเผาไหมและปริมาณน้ํามันดินตอเชื้อเพลิงที่ใชในการเผาไหม เพื่อ ใชในการวิเคราะหผลตอไป ดังนั้นจึงสามารถสรุปตัวแปรในการทดสอบไดดังนี้ ตัวแปรตน คือ จํานวนเชื้อเพลิง 10 kg ตัวแปรตาม คือ ระยะเวลาของแกสการติดไฟ ปริมาณน้ํามันดิน ตัวแปรควบคุม คือ ทอความรอนทํามาจากเหล็ก กระบวนการผลิตแกสชีวมวลโดยใช นําเชื้อเพลิงดังกลาวไปคํานวณเพื่อหาอัตราสวนปริมาณแกสตอเชื้อเพลิงที่ใช ในการเผาไหมและปริมาณน้ํามันดินตอเชื้อเพลิงที่ใชในการเผาไหม เพื่อใชในการวิเคราะหผลจากสมการ 21


การประชุมวิชาการโครงงานวิศวกรรมเกษตรแหงชาติ ครั้งที่ 16 29 มกราคม 2553 มหาวิทยาลัยขอนแกน

ปริมาณความรอนของแกส = m gas C p ρΔT จ. วัดปริมาณน้ํามันดิน โดยนําน้ํามันดินที่ดักไดมาชั่งน้ําหนัก

...(9)

.

ผลการทดลองและอภิปรายผล ผลการทดสอบอุปกรณแลกเปลี่ยนความรอนแบบคอนเดนเซอรน้ํากับกระบวนการผลิตแกสชีวมวล การทดสอบเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนแบบคอนเดนเซอรน้ํากับกระบวนการผลิตแกสชีวมวล อุณหภูมิขาเขา-ขา ออกของน้ําเครื่องแลกเปลี่ยนความรอน เมื่ออุณหภูมิในเตามีการเปลี่ยนแปลง และผลิตภัณฑที่เกิดจากหลังการเผาจะถูก นํามาวิเคราะหดวยกระบวนการวิเคราะหแบบประมาณ ซึ่งไดทดการทดสอบ 3 ซ้ํา และนํามาหาคาเฉลี่ย ไดผลการทดสอบ ดังตารางที่ 1 และตารางที่ 2 ตามลําดับดังนี้

g n ri

ตารางที่ 1 อุณหภูมิเฉลี่ยขาเขา–ออกของเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนแบบคอนเดนเซอรน้ํา ตําแหนงทีวัดอุณหภูมิ อุณหภูมิ (oC) ขาเขา (oC) 92.30 o ขาออก ( C) 32.20 ตารางที่ 2 ผลการวิ เคราะหผลิตภัณฑของกระบวนการผลิตแกส ชี วมวลรวมกับ เครื่องแลกเปลี่ยนความรอ นแบบ คอนเดนเซอรน้ํา

e e in

g n E

l a ผลิตภัณฑที่เกิดหลังจากการเผา ตอเชื้อเพลิrง 10 kg u1.53 kg t l น้ํามันดิน แกส ir cu 70 นาที g A ผลการทดสอบเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนแบบเทอร โมไซฟอนกับกระบวนการผลิตแกสชีวมวล f o การทดสอบเครื่องแลกเปลี่ยนความร อนแบบเทอรโมไซฟอนกับกระบวนการผลิตแกสชีวมวลเมื่ออุณหภูมิในเตา y มีการเปลี่ยนแปลง และผลิตภัณฑทtี่เกิดหลังจากการเผาจะถูกนํามาวิเคราะห ไดผลการทดสอบดังตารางที่ 3 และ 4 ie ตามลําดับดังนี้ c o S i มิเฉลี่ยขาเขา–ออกของอากาศไหลผานเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนแบบเทอรโมไซฟอน ตารางที่ 3 อุa ณหภู Th ตําแหนงทีวัดอุณหภูมิ อุณหภูมิ ( C) o

ขาเขา (oC) ขาออก (oC)

119.58 53.65

ตารางที่ 4 ผลการวิเคราะหผลิตภัณฑของกระบวนการผลิตแกสชีวมวลกับเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนแบบเทอรโมไซฟอน ผลิตภัณฑที่เกิดหลังจากการเผา น้ํามันดิน แกส

22

ตอเชื้อเพลิง 10 kg 2.27 kg 75.33 นาที


การประชุมวิชาการโครงงานวิศวกรรมเกษตรแหงชาติ ครั้งที่ 16 29 มกราคม 2553 มหาวิทยาลัยขอนแกน

ตารางที่ 5 อุณหภูมิเฉลี่ยขาเขา-ออกอุโมงคลม ของกระบวนการผลิตแกสชีวมวลรวมกับเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนแบบ เทอรโมไซฟอน ตําแหนงทีวัดอุณหภูมิ อากาศขาเขา (oC) อากาศขาออก (oC)

อุณหภูมิ (oC) 32.00 48.00

ปริมาณน้าํ มันดิน (กิโลกรัม)

ความแตกต า งของปริ ม าณผลิ ต ภั ณ ฑ ที่ ไ ด จ ากกระบวนการผลิ ต แก ส ชี ว มวลร ว มกั บ เครื่ อ งแลกเปลี่ ย นความร อ นแบ คอนเดนเซอรน้ํากับเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนแบบเทอรโมไซฟอน การทดสอบเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนแบบคอนเดนเซอรน้ําและเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนแบบเทอรโมไซ ฟอน เมื่อนําปริมาณผลิตภัณฑที่ได คือ น้ํามันดินและแกสที่ไดจากกระบวนการผลิตแกสชีวมวลมาเปรียบเทียบดังตารางที่ 1 และ 2 ตามลําดับ จะพบวาปริมาณน้ํามันดินและแกสที่ไดจากกระบวนการผลิตแกสชีวมวลรวมกับเครื่องแลกเปลี่ยนความ รอนแบบเทอรโมไซฟอน มีคามากกวาอุปกรณแลกเปลี่ยนความรอนแบบคอนเดนเซอร ดังภาพที่ 6 และ 7ตามลําดับ

e e in

2.27

2.5 2

g n ri

1.53

1.5

al

1 0.5 0

น้ําไหลวน

g A f

r u t l ir cu

g n E

น้ําไหลวน

เทอรโมไซฟอน

เทอรโมไซฟอน

ชนิดของเครื่องแลกเปลี่ ยนความรอน

o y

ภาพที่ 5 การเปรียบเทียบปริมาณน้ํามันดินหลังเกิดกระบวนการผลิตแกสชีวมวล

t e i ยบเทียบน้ํามันดินพบวาในกระบวนการผลิตแกสชีวมวลที่ไดผานเครื่องแลกเปลี่ยนนค จากแผนภูมิแทงแสดงการเปรี c o ปริมาณน้ํามันดินมากกวาคอนเดนเซอรน้ํา เนื่องจากการเทอรโมไซฟอนสามารถรถ วามรอนแบบเทอรโมไซฟอนจะได S i อนไดดีกวาจึงทําใหเกิดการกลั่นน้ํามันดินไดดีกวาคอนเดนเซอรน้ํา แลกเปลี่ยนความร a 75.33 Th ปริมาณแก ส ที่ได (นาที)

76 74 72

น้ําไหลวน

70

เทอรโมไซฟอน

70 68 66

น้ําไหลวน

เทอรโมไซฟอน

ชนิดของเครื่องแลกเปลี่ ยนความรอน

ภาพที่ 6 การเปรียบเทียบปริมาณแกสหลังเกิดกระบวนการผลิตแกสชีวมวล 23


การประชุมวิชาการโครงงานวิศวกรรมเกษตรแหงชาติ ครั้งที่ 16 29 มกราคม 2553 มหาวิทยาลัยขอนแกน

จากแผนภูมิแทงแสดงการเปรียบเทียบแกสที่ไดจากกระบวนการผลิตแกสชีวมวล พบวาเครื่องแลกเปลี่ยนความรอน แบบเทอรโมไซฟอนมีปริมาณแกสมาก นั่นแสดงวาเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนแบบเทอรโมไซฟอนสามารถนํามาใชใน กระบวนการผลิตแกสชีวมวลได เนื่องจากระยะทางของเทอรโมไซฟอนสั้นจึงทําใหเกิดการเคลื่อนตัวของแกสไดเร็วกวา คอนเดนเซอรน้ําเพราะวาแกสจะไหลผานเทอรโมไซฟอนเขาและออกโดยใชระยะเวลาที่สั้นกวาคอนเดนเซอรน้ํา 140

119.58

120

อุณหภูมิ (องศา)

100

92.3

80

53.65

60

น้ําไหลวน เทอรโมไซฟอน

g n ri

32.2

40

e e in

20

g n อุณหภูมิแกสรอนขาเขา อุณหภูมิแกสรอนขาออกE l a ภาพที่ 7 การเปรียบเทียบอุณหภูมิระหวางคอนเดนเซอร นr้ํากับเทอรโมไซฟอน u t l u c i ผลการคํานวณอัตราการถายเทความรอนของเครื่องแลกเปลี่ยrนความรอน g โมไซฟอนกับกระบวนการผลิตแกสชีวมวล เมื่อนําผล จากการทดสอบอุปกรณแลกเปลี่ยนความรอนแบบเทอร A f อน จะได 5.348 KW การทดสอบมาคํานวณหาคาอัตราการถายเทความร o y t สรุปและขอเสนอแนะ ie c จากผลทดสอบoการใชเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนแบบเทอรโมไซฟอนกับกระบวนผลิตแกสชีวมวล โดยใชเศษ S กษาสามารถสรุปไดดังนี้ ไมเปนเชื้อเพลิงi ผลการศึ a เคราะหแบบประมาณการ (Proximate analysis) พบวาเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนแบบเทอรโมไซฟอน ผลการวิ h T แกสชีวมวลดีกวา เครื่องแลกเปลี่ยนความรอนแบบคอนเดนเซอร ซึ่งเปรียบเทียบไดจากระยะของแกสชีวมวล สามารถให 0

ผลการวิเคราะหแบบประมาณการ (Proximate analysis) พบวาเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนแบบเทอรโมไซฟอน สามารถกลั่นน้ํามันดินไดดีกวาเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนแบบคอนเดนเซอร ซึ่งเปรียบเทียบไดจากจํานวนน้ํามันดิน อัตราการถายเทความรอนของเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนแบบคอนเดนเซอร เทากับ 59.33 W อัตราการถายเทความรอนของเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนแบบเทอรโมไซฟอน เทากับ 5,367 W และอัตราการถายเทความรอนตอพื้นที่ เทากับ 323.14 W/m2 คาประสิทธิผลของเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนแบบเทอรโมไซฟอน เทากับ 75.46 %

24


การประชุมวิชาการโครงงานวิศวกรรมเกษตรแหงชาติ ครั้งที่ 16 29 มกราคม 2553 มหาวิทยาลัยขอนแกน

กิตติกรรมประกาศ โครงงานดังกลาวไดรับการสนับสนุนทุนในการออกแบบและสรางจากคณะวิศวกรรมและอุตสาหกรรมเกษตร มหาวิทยาลัยแมโจ และทุนสนับสนุนจากสํานักงานพลังงานทดแทนกระทรวงพลังงาน ทางผูจัดทําวิจัยขอขอบคุณมา ณ โอกาสนี้ดวย

เอกสารอางอิง อนุตร จําลองกุล. 2541. พลังงานทดแทน 1. ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องจักรกลเกษตร คณะวิศวกรรมและ เทคโนโลยีการเกษตร สถาบันเทคโนโลยีราชมงคล คลองหก. ปทุมธานี. Akachi H., F., Polasek and P., Stule. Nov. 1996. Pulsating Heat Pipe. Procs. Of the 5th International Heat Pipe Symposium, Melbourne Australia. Alexis T. Belonio.2005. Rice Husk Gas Stove. The Department of Agricultural Engineering and Environmental Management of the college of Agriculture, central Philippine University, Iloilo city, Philippines. ASHRAE Fundamentals Handbook (SI) Chapter 20.2001.Thermophysical Properties of Refrigerants. p 20.33. ASHRAE Fundamentals Handbook (SI) Chapter 20.2001.Thermophysical Properties of Refrigerants. p 20.59. Dossat, Roy J. 1997. Principles of Refrigeration. 4th ed. Upper Saddle River, NJ. : Prentice-Hall. Fukuda. M et all. (1993). Development of an artificial Permafrost Storage Using Heat Pipes. Heat Pipe Technology Vol.2.New Youk : Begill House.p.305-318. Hahnc. E and U. Gross.1826. The Influence of the Inclination Angle on the Performance of a Closed Two-Phase Thermosyphon. Advances in Heat Pipe Technology. Oxford: PergamomPress. p.125-136. Hoi, W. K. 1992. Development of a 35 kW rubberwood gasifier. Second international energy conference on energy from biomass residues 93: 33-37. Kiatsiriroat T. and N. Dussadee. (2001). Reduction of Heat Accumulated in Thermosyphon Paddy Bulk Storage. International Journal of Ambient energy. Vol.22.No. 1.p.12-18.

g n ri

e e in

t e ci

g A f

u t l ir cu

o y

o S i a h

T

25

l a r

g n E


Apply the thermosyphon heat exchanger for biomass gasification process  

Food Engineering Department, Faculty of Engineering, Maejo University

Advertisement
Read more
Read more
Similar to
Popular now
Just for you