1. ประชุมวิชาการวิศวกรรมเคมีและเคมีประยุกต์แห่งประเทศไทย ครั้งที่ 24
"Changes: Cleaner Energy, Leaner Processes, Better Living"
จ.เชียงใหม่ 18-19 ธันวาคม 2557
การหาค่าที่เหมาะสมในกระบวนการผลิตไบโอดีเซล
โดยการให้ความร้อนจากไมโครเวฟด้วยวิธีของทากูชิ
ดนุพงษ์ สรรพอุดม1,*
ชาญณรงค์ อัศวเทศานุภาพ2
1
สาขาวิชาวิศวกรรมเคมี คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ ศูนย์-รังสิต
ตาบลคลองหนึ่ง อาเภอคลองหลวง จังหวัดปทุมธานี 12120
2
สาขาวิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ ศูนย์รังสิต
ตาบลคลองหนึ่ง อาเภอคลองหลวง จังหวัดปทุมธานี 12120
* ผู้นิพนธ์ประสานงาน อีเมล์ dhanupong.s@gmail.com
บทคัดย่อ
งานวิจัยนี้เป็นการทดลองผลิตไบโอดีเซลจากน้ามันปาล์ม และเม-
ทานอล ด้วยการทาปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชั่นโดยอาศัยการ
ให้ความร้อนจากไมโครเวฟในการทาปฏิกิริยา และใช้ KOH เป็น
ตัวเร่งปฏิกิริยา มุ่งเน้นการหาค่าที่เหมาะสมของปัจจัยต่างๆ ที่มี
ผลต่อปริมาณไบโอดีเซลสูงสุด (FAMEs) ชนิดของปัจจัยที่สนใจ
คือ อุณหภูมิในการทาปฏิกิริยา35-65 o
C ระยะเวลาในการทา
ปฏิกิริยา 2 - 6 นาที อัตราส่วนระหว่างเมทานอลกับน้ามันเป็น
6:1 - 9:1 และความเข้มข้นของตัวเร่งปฏิกิริยา 0.75 – 1.25 %wt
ใช้การออกแบบการทดลองทางสถิติด้วยวิธีของทากูชิ แผนการ
ทดลอง 3 ระดับ 4 ปัจจัย รวมทั้งสิ้น 9 การทดลอง (L9.34
) เป็น
เครื่องมือในการวิเคราะห์หาค่าแต่ละปัจจัย ได้ค่าที่เหมาะสมของ
ความเข้มข้นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ 1.25%wt ระยะเวลาในการทา
ปฏิกิริยา 4 นาที อุณหภูมิในการทาปฏิกิริยา 65 o
C และ
อัตราส่วนระหว่างเมทานอลกับน้ามัน เป็น 9:1
คาสาคัญ : การทดลองแฟคทอเรียล การออกแบบการทดลอง ไบ
โอดีเซล วิธีของทากูชิ
1. บทนา
ปัจจุบันประเทศไทยกาลังประสบวิกฤตการณ์ทางด้าน
พลังงาน จากปริมาณเชื้อเพลิงฟอสซิลที่เหลือน้อยลง จนต้องมีการ
นาเข้าเชื้อเพลิงปริมาณมาก เพื่อใช้ในภาคขนส่ง ทางภาครัฐจึงมี
นโยบายส่งเสริมการใช้พลังงานทดแทนจากหลายส่วน เพื่อลดการ
นาเข้าเชื้อเพลิงฟอสซิลลง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ประเทศไทยมีการ
เพาะปลูกพืช ทาเกษตรกรรมอยู่หลายท้องที่ มีความเหมาะสมจะ
นาผลผลิตที่ได้จากพืชไปผลิตเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพ เช่น ไบโอดีเซล
แก๊สโซฮอลล์ แต่น้ามันที่ใช้มากที่สุดในภาคขนส่ง คือ น้ามันดีเซล
ดังนั้นไบโอดีเซลจึงเป็นพลังงานที่สามารถทดแทนการใช้น้ามัน
ดีเซลได้อย่างมีนัยสาคัญและมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อย
วัตถุดิบที่สาคัญของกระบวนการผลิตไบโอดีเซลนั้นได้จากน้ามัน
พืช หรือไขมันสัตว์ ผสมกับแอลกอฮอล์ โดยมีตัวเร่งปฏิกิริยาและ
การให้ความร้อนในการทาปฏิกิริยาทางเคมี เรียกว่า ทรานส์เอ
สเทอริฟิเคชั่น (Transesterification) ซึ่งเป็นกระบวนการที่ใช้กัน
แพร่หลายมากที่สุด สุดท้ายได้ผลผลิตเป็นไบโอดีเซล (Esters) กับ
กลีเซอรอล ดังรูปที่ 1
รูปที่ 1 ปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชัน [1,2]
ภาควิชาวิศวกรรมเคมี คณะวิศวกรรมศาสตร์
มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ 226

2. ประชุมวิชาการวิศวกรรมเคมีและเคมีประยุกต์แห่งประเทศไทย ครั้งที่ 24
"Changes: Cleaner Energy, Leaner Processes, Better Living"
จ.เชียงใหม่ 18-19 ธันวาคม 2557
ระหว่างการเกิดปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันภายใต้
สภาวะต่ากว่าจุดวิกฤตของแอลกอฮอล์ จะต้องผ่านตัวเร่งปฏิกิริยา
กรด หรือ เบส ลงไป จากงานวิจัยส่วนใหญ่จะนาตัวเร่งปฏิกิริยา
เบส เช่น KOH NaOH และ CH3ONa มาใช้มากที่สุด เนื่องจาก
ระยะเวลาการเกิดปฏิกิริยาสั้นกว่าชนิดกรดถึง 4000 เท่า [1,2]
ในกระบวนการผลิตไบโอดีเซลนั้นสามารถให้ความร้อน
ได้ 2 วิธี คือ การให้ความร้อนแบบทั่วไป เป็นประเภทของการนา
และการพาความร้อน ใช้ขดลวดความร้อน หรือเผาไหม้เชื้อเพลิง
ก่อให้เกิดการสูญเสียพลังงานระหว่างการให้ความร้อนปริมาณมาก
เสียเวลาให้ความร้อนนาน แต่ยังมีอีกวิธีหนึ่ง คือ การให้ความร้อน
แบบไมโครเวฟ ซึ่งความร้อนเกิดขึ้นภายในโมเลกุลของสสาร มีการ
เสียดสีกันจากการเคลื่อนที่อย่างรวดเร็ว มีการกระจายตัวของ
อุณหภูมิที่ทั่วถึงและใช้เวลาสั้น [3-5] จึงสูญเสียพลังงานน้อยกว่า
เนื่องด้วยต้นทุนที่จากัดในการทดลอง และต้องการกาลัง
การผลิตต่อครั้งไม่มาก กระบวนการผลิตไบโอดีเซล จึงเลือกใช้การ
ผลิตแบบกะ แม้ว่าคุณภาพของไบโอดีเซลที่ได้จะไม่สม่าเสมอเท่า
การผลิตแบบต่อเนื่องก็ตาม [6] นอกจากนี้การผลิตไบโอดีเซลแบบ
กะมีปัจจัยจานวนมากที่ส่งผลกระทบต่อกระบวนการผลิต เช่น
ความเข้มข้นของตัวเร่งปฏิกิริยา อัตราส่วนแอลกอฮอล์ต่อน้ามัน
ระยะเวลาทาปฏิกิริยา และอุณหภูมิทาปฏิกิริยา ปัจจัยดังกล่าวนี้
ล้วนต้องทาการทดลองจานวนมาก เพื่อหาผลกระทบที่เกิดขึ้นจาก
ปัจจัยแต่ละตัว ด้วยระยะเวลาและค่าใช้จ่ายที่จากัดนี้ จึงใช้การ
ออกแบบการทดลองด้วยวิธีทางสถิติ (Design of Experimental)
การออกแบบการทดลอง คือการทดสอบโดย
เปลี่ยนแปลงค่าตัวแปรนาเข้าในระบบ อาจเป็นตัวแปรที่ควบคุมได้
และตัวแปรที่ควบคุมไม่ได้ ชี้ถึง สาเหตุต่างๆ ที่ก่อให้เกิดการ
เปลี่ยนแปลงของผลลัพธ์ที่ได้ดังรูปที่ 2 [7]
รูปที่ 2 ความสัมพันธ์ของตัวแปรต่างๆ ในกระบวนการทดลอง [7]
การออกแบบการทดลองมีอยู่หลายวิธี ขึ้นอยู่กับ
จุดประสงค์ในการทดลองที่ต่างกัน จากงานวิจัยส่วนใหญ่ที่ศึกษา
จานวนปัจจัยและระดับที่หลากหลาย พบว่า วิธีการออกแบบการ
ทดลองทางสถิติ ที่นามาประยุกต์ใช้ ได้แก่ การทดลอง
แฟคทอเรียลเต็มรูป การทดลองแฟคทอเรียลบางส่วน การทดลอง
แบบพื้นผิวตอบสนอง และการทดลองแบบทากูชิ
การทดลองแบบทากูชิ เป็นรูปแบบหนึ่งที่นิยมใช้กันมาก
เนื่องจากมีข้อได้เปรียบคือ มีตารางสาเร็จรูปให้เลือกใช้ ทาให้มี
ความง่ายขึ้นในการวิเคราะห์ผลโดยไม่ต้องใช้การแจกแจงทางสถิติ
และตารางวิเคราะห์ความแปรปรวน รวมทั้งช่วยลดจานวนการ
ทดลองลงจากแบบแฟคทอเรียลเต็มรูปอีกด้วย รูปแบบการ
ทดลองทากูชิมีลักษณะออร์ทอกอนัล (orthogonal array) แสดง
ตัวอย่างดังรูปที่3 เหมาะสาหรับการศึกษาผลกระทบปัจจัยหลัก
และผลกระทบระหว่างปัจจัย หรือคัดปัจจัยทิ้ง รวมทั้งส่วนที่
สาคัญที่สุดของ Taguchi คือ ค่าอัตราส่วนสัญญาณต่อสิ่งรบกวน
ระบบ (Signal-To-Noise Ratio) เป็นค่าที่ถูกพัฒนาขึ้นมาเฉพาะ
เพื่อจาแนกลักษณะทางคุณภาพ แบ่งได้ 3 กรณี คือ
1) กรณีค่ายิ่งมากยิ่งดี (Larger-the Better) เช่น
ผลผลิตที่ผลิตได้ (yield(%))
2) กรณีค่ายิ่งน้อยยิ่งดี (Smaller-the Better) เช่น
ปริมาณของเสียในกระบวนการ (%)
3) กรณีค่าตรงเป้าหมายดีที่สุด (Target-the Better)
เช่น ปริมาณไบโอดีเซลที่ 97.5% FAMEs
วิธีการออกแบบทากูชิ จะใช้สัญลักษณ์แทนแผนการ
ทดลองในรูปแบบ LABC
, A คือ จานวนการทดลองทั้งหมด (ไม่รวม
การทาซ้า), B คือจานวนระดับของแต่ละปัจจัย, C คือจานวน
ปัจจัยสูงสุดที่มีได้ในการทดลอง (จานวนปัจจัยหลัก ปัจจัยร่วม)
Experiment Factor 1 Factor 2 Factor 3 Factor 4
1 1 1 1 1
2 1 2 2 2
3 1 3 3 3
4 2 1 2 3
5 2 2 3 1
6 2 3 1 2
7 3 1 3 2
8 3 2 1 3
9 3 3 2 1
รูปที่ 3 Orthogonal Array L934
งานวิจัยนี้มุ่งศึกษาหาค่าของปัจจัยที่มีผลกระทบต่อ
ปริมาณไบโอดีเซลสูงสุด (FAMEs) จึงเลือกใช้การออกแบบการ
ทดลองด้วยวิธีการของทากูชิ[7] เพื่อลดระยะเวลาในการทดลอง
แผนการทดลองที่ใช้ คือ 3 ระดับ 4 ปัจจัย (L9.34
Orthogonal
227

3. ประชุมวิชาการวิศวกรรมเคมีและเคมีประยุกต์แห่งประเทศไทย ครั้งที่ 24
"Changes: Cleaner Energy, Leaner Processes, Better Living"
จ.เชียงใหม่ 18-19 ธันวาคม 2557
Array ) รวมทั้งสิ้น 9การทดลอง นอกจากนี้จะกาหนดปัจจัย
ควบคุมที่พิจารณา และค่าของแต่ละปัจจัยที่ระดับต่างๆ กัน
2. สารตั้งต้นและวิธีการทดลอง
สารตั้งต้นที่ใช้ทาปฏิกิริยาเป็นน้ามันปาล์มบริสุทธิ์
(Refine palm oil) ปริมาณ 300 กรัม มีองค์ประกอบของกรด
ไขมัน ดังตารางที่ 1 และมีปริมาณกรดไขมันอิสระ 0.15% ซึ่งถือ
ว่าอยู่ในเกณฑ์น้อย (ไม่เกิน 3-5%) จึงเหมาะสมที่จะทาปฏิกิริยา
ทรานส์เอสเทอริฟิเคชัน และใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดเบส
ตารางที่ 1 องค์ประกอบกรดไขมันของน้ามันปาล์มบริสุทธิ์ [2]
ส่วนประกอบ ปริมาณ (%wt.)
Myristic acid (C14:0) 1.0
Palmitic acid (C16:0) 40.1
Stearic acid (C18:0) 4.4
Oleic acid (C18:1) 40.7
Linoleic acid (C18:2) 12.1
Other 1.7
ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ คือ KOH (85.0% Q-Rec) และ
แอลกอฮอล์ที่ใช้ คือ เมทานอล (99.8% Q-Rec) นอกจากนี้ยังมี
การให้ความร้อนจากไมโครเวฟที่มีกาลังไฟฟ้าสูงสุด 2,000 วัตต์
พร้อมทั้งมีระบบควบคุมอุณหภูมิขณะใช้งาน ร่วมกับใบกวนเพื่อ
ช่วยการผสมกันของเมทานอลและน้ามัน ดังรูปที่ 4 และมี
กระบวนการผลิตไบโอดีเซล ดังรูปที่ 5
รูปที่ 4 การผลิตไบโอดีเซลให้ความร้อนด้วยไมโครเวฟแบบกะ
รูปที่ 5 กระบวนการผลิตไบโอดีเซล
สาหรับปัจจัยและค่าของปัจจัยที่ทาการศึกษาในงานวิจัย
นี้แสดงดังตารางที่ 2 โดยในส่วนของไบโอดีเซลที่ผลิตได้จะถูก
นาไปทดสอบเพื่อวิเคราะห์หาปริมาณของเมทิลเอสเตอร์ (Fatty
acid methyl ester, FAMEs) โดยเครื่อง Gas
Chromatography: ยี่ห้อ HEWLETT PACKARD รุ่น HP6890
เพื่อหาความบริสุทธิ์ของไบโอดีเซลที่ได้ สาหรับสภาวะที่ใช้ในการ
ทดลองทั้ง 9 การทดลอง แสดงดังตารางที่ 3
ตารางที่ 2 ปัจจัยและค่าของปัจจัยที่แต่ละระดับ
ปัจจัย
ค่าของปัจจัยที่แต่ละระดับ
ระดับ 1 ระดับ 2 ระดับ 3
ความเข้มข้นตัวเร่งปฏิกิริยา
(%wt Catalyst)
0.75 1.00 1.25
เวลาการทาปฏิกิริยา (นาที) 2 4 6
อุณหภูมิการทาปฏิกิริยา (o
C) 35 50 65
สัดส่วนเมทานอลต่อน้ามัน
(Molar ratio)
6:1 7.5:1 9:1
ผสมเมทานอล กับ ตัวเร่งปฏิกิริยา
ตวงน้ามัน
ผสมสารทั้งหมด และกวนให้เข้ากัน
รอจนสารผสมแยกชั้น
ไขกลีเซอรอลทิ้ง
ล้างไบโอดีเซล ด้วยน้าอุ่น
ต้มไล่น้าส่วนที่เหลือ
วัดค่า FAMEs
เครื่องกวน
คอนเดนเซอร์
ตัวควบคุมอุณหภูมิ
ไมโครเวฟ
ขวดบรรจุน้ามัน,
เมทานอลและ ตัวเร่ง
ปฏิกิริยา ที่ผสมกันแล้ว
228

4. ประชุมวิชาการวิศวกรรมเคมีและเคมีประยุกต์แห่งประเทศไทย ครั้งที่ 24
"Changes: Cleaner Energy, Leaner Processes, Better Living"
จ.เชียงใหม่ 18-19 ธันวาคม 2557
ตารางที่ 3 สภาวะการทดลองทั้ง 9 การทดลอง
การ
ทดลอง
ความเข้มข้น
ตัวเร่ง
ปฏิกิริยา
ระยะเวลา
การทา
ปฏิกิริยา
อุณหภูมิ
การทา
ปฏิกิริยา
อัตราส่วน
เมทานอล
ต่อน้ามัน
1 0.75%wt 2 นาที 35o
C 6:1
2 0.75%wt 4 นาที 50 o
C 7.5:1
3 0.75%wt 6 นาที 65 o
C 9:1
4 1.00%wt 2 นาที 50 o
C 9:1
5 1.00%wt 4 นาที 65 o
C 6:1
6 1.00%wt 6 นาที 35o
C 7.5:1
7 1.25%wt 2 นาที 65 o
C 7.5:1
8 1.25%wt 4 นาที 35o
C 9:1
9 1.25%wt 6 นาที 50 o
C 6:1
3. ผลการทดลอง
ในการวิเคราะห์ผลที่ได้จากการทดลองทั้ง 9 การทดลอง
ด้วยวิธีการออกแบบการทดลองทากูชิ ที่ 3 ระดับ 4 ปัจจัย จะ
พิจารณาค่าเฉลี่ยของผลตอบสนองที่สนใจ คือปริมาณไบโอดีเซล
สูงสุด และค่าเฉลี่ยของอัตราส่วนสัญญาณต่อสิ่งรบกวนสูงสุด ตาม
ลักษณะเงื่อนไขที่เรียกว่า larger-the better
การพิจารณาค่าที่เหมาะสมของแต่ละปัจจัยนั้น สามารถ
หาความสัมพันธ์ของค่าเฉลี่ยผลตอบสนองกับค่าของปัจจัยที่แต่ละ
ระดับปัจจัย ทั้ง 4 ปัจจัย ได้ดังนี้
1) ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณเมทิลเอสเทอร์ (FAMEs) กับ
ความเข้มข้นของตัวเร่งปฏิกิริยา (%wt catalyst) ดังรูปที่ 6
รูปที่ 6 ผลของค่าเฉลี่ย FAMEs ต่อ ความเข้มข้นของตัวเร่ง
ปฏิกิริยา KOH
จากรูปที่ 6 พบว่า การเพิ่มความเข้มข้นของตัวเร่ง
ปฏิกิริยา KOH จาก 0.75 - 1.25%wt. ส่งผลให้ค่าเฉลี่ยของ
FAMEs เพิ่มขึ้นจนมีค่า FAMEs สูงสุดที่ 95.17% ด้วยความ
เข้มข้นตัวเร่งปฏิกิริยา KOH ที่ 1.25%wt โดยมีพิสัยค่าเฉลี่ย
FAMEs คือ ค่าFAMEs สูงสุด – ค่าFAMEs ต่าสุด เท่ากับ (95.17-
92.10)% = 3.07% ซึ่งถือว่ามีนัยสาคัญ ที่เป็นเช่นนี้ ทางผู้แต่งมี
ความเห็นว่าน่าจะมาจาก KOH สามารถรับพลังงานจากคลื่น
ไมโครเวฟ เปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อนในการทาปฏิกิริยาได้ นั่น
คือเป็นทั้งตัวช่วยเร่งปฏิกิริยาให้เร็วขึ้นและมีผลต่อปริมาณไบโอ
ดีเซลที่ได้อีกด้วย สาหรับการทดลองถูกออกแบบโดยกาหนดช่วง
ของตัวแปรที่คาดว่าได้ผลของไบโอดีเซลในปริมาณสูง รวมทั้งเมื่อ
พิจารณาแนวโน้มนอกช่วงนั้น ค่าความเข้มข้น KOH ตั้งแต่
1.25%wt ขึ้นไป จะไม่ได้ปริมาณไบโอดีเซลมากขึ้น [2]
2) ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณเมทิลเอสเทอร์
(FAMEs) กับ ระยะเวลาการทาปฏิกิริยา (นาที) ดังรูปที่ 7
รูปที่ 7 ผลของค่าเฉลี่ย FAMEs ต่อ ระยะเวลาการทาปฏิกิริยา
จากรูปที่ 7 พบว่า เมื่อเพิ่มระยะเวลาการทาปฏิกิริยา
ตั้งแต่ 2 - 4 นาที ส่งผลให้ค่าเฉลี่ย FAMEs มีค่าเพิ่มขึ้นเนื่องจาก
ระยะเวลาการทาปฏิกิริยาที่นานขึ้น ทาให้ปฏิกิริยาเกิดได้อย่าง
สมบูรณ์ และมีค่าเฉลี่ย FAMEs สูงสุด 94.08% ที่ระยะเวลาการ
ทาปฏิกิริยา 4 นาที หลังจากนั้น ค่าเฉลี่ย FAMEs ก็ค่อยๆ ลดลง
จนถึงระยะเวลาการทาปฏิกิริยาที่ 6 นาที น่าจะมาจากระยะเวลา
การทาปฏิกิริยาพร้อมให้ความร้อนที่นานเกินพอ จนมีแอลกอฮอล์
บางส่วนระเหยออกไปจากระบบ การเกิดปฏิกิริยาจึงลดลง ทาให้
FAMEs ลดลงตามไปด้วย มีพิสัยค่าเฉลี่ย FAMEs คือ ค่าFAMEs
สูงสุด – ค่าFAMEs ต่าสุด เท่ากับ (94.08-93.32)% = 0.76%
<1% ซึ่งถือว่ามีค่าค่อนข้างน้อย ดังนั้นเมื่อพิจารณาทั้ง 3 ระดับ
229

5. ประชุมวิชาการวิศวกรรมเคมีและเคมีประยุกต์แห่งประเทศไทย ครั้งที่ 24
"Changes: Cleaner Energy, Leaner Processes, Better Living"
จ.เชียงใหม่ 18-19 ธันวาคม 2557
ปัจจัยช่วงระยะเวลา 2 – 6 นาที โดยภาพรวมแล้ว พบว่า ยังไม่
ค่อยมีผลกระทบต่อการเปลี่ยนแปลงของค่าเฉลี่ย FAMEs มากนัก
3) ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณเมทิลเอสเทอร์(FAMEs)
กับ อุณหภูมิการทาปฏิกิริยา (o
C) ดังรูปที่ 8
รูปที่ 8 ผลของค่าเฉลี่ย FAMEs ต่อ อุณหภูมิการทาปฏิกิริยา
จากรูปที่ 8 พบว่าการเพิ่มอุณหภูมิการทาปฏิกิริยาช่วง
35 - 65o
C ส่งผลค่าเฉลี่ย FAMEs เพิ่มขึ้น ซึ่งช่วงแรก 35 - 50o
C
นั้น มีการเพิ่มขึ้นของค่าเฉลี่ยFAMEs ในอัตราที่สูงกว่าช่วงหลัง คือ
50 - 65 o
C น่าจะมาจากการระเหยของเมทานอลไปบางส่วน
ในช่วงนี้ เพราะจุดเดือดของเมทานอลอยู่ที่ 64 o
C จึงทาให้อัตรา
การเพิ่มขึ้นของFAMEs ลดลง เมื่อพิจารณานอกช่วงที่กาหนด
ตั้งแต่ 65 o
C ขึ้นไป พบว่ามีแนวโน้มของการลดลงในไบโอดีเซล
[2,3] เนื่องจากเมทานอลระเหยไปมากจนไม่พอจะเกิดปฏิกิริยาได้
สมบูรณ์ อย่างไรก็ตาม ค่าเฉลี่ย FAMEs สูงสุด 94.80 % ที่
อุณหภูมิ 65 o
C พิสัยค่าเฉลี่ย FAMEs คือ ค่าFAMEs สูงสุด – ค่า
FAMEs ต่าสุด เท่ากับ (94.80-91.95)% = 2.85%
4) ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณเมทิลเอสเทอร์(FAMEs)
กับ สัดส่วนเมทานอลต่อน้ามัน ดังรูปที่ 9
รูปที่ 9 ผลของค่าเฉลี่ย FAMEs ต่อ สัดส่วนเมทานอลต่อน้ามัน
จากรูปที่ 9 พบว่า การเพิ่มสัดส่วนเมทานอลต่อน้ามัน
ตั้งแต่ 6:1 – 9:1 ส่งผลให้ค่าเฉลี่ย FAMEs เพิ่มขึ้น โดยช่วง 7.5:1-
9:1 นั้น มีการเพิ่มขึ้นของค่าเฉลี่ย FAMEs ในอัตราที่ลดลงจากช่วง
6:1-7.5:1 เล็กน้อย ค่าเฉลี่ยFAMEs สูงสุดอยู่ที่ 94.70% ที่สัดส่วน
เมทานอล 9:1 โดยมีพิสัยค่าเฉลี่ย FAMEs เท่ากับ 2.44% แต่จาก
ผลลัพธ์ที่ได้นี้ ค่อนข้างแตกต่างจากผลของงานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับ
การผลิตไบโอดีเซลด้วยการให้ความร้อนจากไมโครเวฟ ซึ่ง
อัตราส่วนเมทานอลต่อน้ามันที่เหมาะสม คือ 6:1 [2] ขณะที่การ
ผลิตไบโอดีเซลตามหลักการให้ความร้อนแบบทั่วไปนั้นจะให้ค่า
อัตราส่วนดังกล่าว คือ 3:1 ซึ่งเหตุผลของการกาหนดช่วง เป็น 6:1
ถึง 9:1 ได้นามาจากงานวิจัยที่เกี่ยวข้องพบว่า การให้ความร้อน
ด้วยไมโครเวฟส่งผลให้เมทานอลมีการระเหยมากกว่าปกติ
เนื่องจากไมโครเวฟจะให้พลังงานความร้อนออกมามากกว่าวิธีการ
ให้ความร้อนตามปกติทั่วไป [3-5] จึงต้องใช้เมทานอลปริมาณมาก
ขึ้น และถ้าพิจารณานอกช่วง 9:1 ขึ้นไป มีความเป็นไปได้ที่จะมี
การเปลี่ยนแปลงไบโอดีเซลในทิศทางเพิ่มขึ้นหรือลดลงก็ได้ การ
วิจัยในอนาคตควรจะขยายช่วงอัตราส่วนมากกว่า 9:1 หรือน้อย
กว่า 6:1ไปอีกเล็กน้อย เพื่อให้เห็นแนวโน้มที่ชัดเจนขึ้น
การพิจารณาค่าอัตราส่วนสัญญาณต่อสิ่งรบกวน พบว่า
กราฟความสัมพันธ์ระหว่างปัจจัยแต่ละปัจจัยกับค่าเฉลี่ยของ
อัตราส่วนสัญญาณต่อสิ่งรบกวน แสดงตัวอย่างดังรูปที่10 แนวโน้ม
เป็นลักษณะเดียวกับ กราฟความสัมพันธ์ระหว่างปัจจัยแต่ละ
ปัจจัยกับค่าเฉลี่ยของFAMEs แสดงว่า ไม่มีผลกระทบของค่าความ
คลาดเคลื่อน อันเนื่องจากการทดลองนี้ไม่สนใจในส่วนของปัจจัยที่
ควบคุมไม่ได้ เช่น อุณหภูมิสิ่งแวดล้อม แรงเคลื่อนไฟฟ้าของเครื่อง
ไมโครเวฟ เป็นต้น จึงไม่มีผลต่อระบบการทดลองอย่างมีนัยสาคัญ
รูปที่ 10 ผลของค่าเฉลี่ย Signal To Noise Ratio ต่อความ
เข้มข้นของตัวเร่งปฏิกิริยา KOH
230

6. ประชุมวิชาการวิศวกรรมเคมีและเคมีประยุกต์แห่งประเทศไทย ครั้งที่ 24
"Changes: Cleaner Energy, Leaner Processes, Better Living"
จ.เชียงใหม่ 18-19 ธันวาคม 2557
4. สรุปผลการทดลอง
จากการทดลองนี้ พบว่า ค่าอัตราส่วนสัญญาณต่อ
สิ่งรบกวน (Signal To Noise Ratio) ไม่มีผลต่อกระบวนการ มี
เพียงค่าของแต่ละปัจจัยเท่านั้นที่ส่งผลกระทบต่อปริมาณไบโอ
ดีเซลที่ได้ (FAMEs) โดยมีค่าและระดับแต่ละปัจจัยที่ทาให้ได้
ปริมาณไบโอดีเซลสูงสุด (FAMEs) ดังตารางที่ 4
ตารางที่ 4 ค่าและระดับของแต่ละปัจจัยที่ส่งผลกระทบต่อ
ปริมาณไบโอดีเซลสูงสุด (FAMEs)
ปัจจัย
ระดับ
ปัจจัย
ค่าของปัจจัย
(%FAMEs)
ความเข้มข้นตัวเร่งปฏิกิริยา
(%wt.Catalyst)
3 95.17
เวลาการทาปฏิกิริยา (นาที) 2 94.08
อุณหภูมิการทาปฏิกิริยา (o
C) 3 94.80
สัดส่วนแอลกอฮอล์ต่อน้ามัน
(Molar ratio)
3 94.70
ข้อดีของการประยุกต์ใช้วิธีทากูชิ ในการทดลองนี้ คือ ถ้า
ต้องการความแม่นยาในการทดลองมากขึ้น สามารถศึกษาเพิ่มเติม
ในส่วนของปัจจัยที่ควบคุมไม่ได้(Noise) แต่ในที่นี้ได้ละทิ้งปัจจัย
ดังกล่าว เนื่องจากสภาวะสิ่งแวดล้อมภายนอกส่งผลกระทบต่อ
ระบบน้อย
ในแผนการทดลอง (L9.34
) นี้พบว่า ยังไม่สามารถค้นหา
ผลกระทบร่วมระหว่างปัจจัยของ 4 ปัจจัยหลักได้ เพราะจานวน
การทดลองน้อยเกินไป และอยู่ในช่วงเริ่มแรกของการวิจัย ดังนั้น
ในอนาคต จะทาการวิจัยการออกแบบการทดลองที่ 3 ระดับ 4
ปัจจัยหลักต่อไป ให้มีจานวนการทดลองอย่างน้อย 27 การทดลอง
(L27.34
) เพื่อศึกษาผลกระทบร่วมระหว่างปัจจัยอย่างน้อย 1 คู่ ได้
กิตติกรรมประกาศ
ผู้แต่งขอขอบคุณสาหรับทุนในการวิจัยจากภาควิชา
วิศวกรรมเคมี สาขาเทคโนโลยีการจัดการพลังงานและสิ่งแวดล้อม
คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ ศูนย์รังสิต ที่ให้
การสนับสนุนเป็นอย่างดี
เอกสารอ้างอิง
[1] Fukuda, H., Kondo, A., and Noda, H. Biodiesel Fuel
Production by Transesterification of Oils, Journal of
Bioscience and Bioengineering, 92, 2001, 405-416.
[2] ศิริพรรณ กลั่นศิริ และ ชาญณรงค์ อัศวเทศานุภาพ, “การ
เปรียบเทียบระบบการให้ความร้อนในการผลิตไบโอดีเซล
ด้วยปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชั่นจากน้ามันปาล์ม.”, การ
ประชุมวิชาการเครือข่ายพลังงานแห่งประเทศไทยครั้งที่9,
2556, 1-7.
[3] ศิริพรรณ กลั่นศิริ และ ชาญณรงค์ อัศวเทศานุภาพ, “การ
ผลิตไบโอดีเซลด้วยกระบวนให้ความร้อนจากไมโครเวฟและ
การไหลต่อเนื่องและการทดสอบสมรรถนะของไบโอดีเซลใน
เครื่องยนต์ดีเซลสูบเดียว.”, 2552, 1-12.
[4] Marchetti, J.M., Miguel, V.U., and Errazu, A.F.
Possible Methods for Biodiesel Production,
Renewable and Sustainable Energy Reviews, 11,
2007, 1300-1311.
[5] Chen, K.S., Lin, Y.C., Hsu, K.H., and Wang, H.K.
Improving Biodiesel Yields From Waste Cooking Oil
by Using Sodium Methoxide and A Microwave
Heating System, Energy, 38, 2012, 151-156.
[6] Available online at
http://www.teched.rmutt.ac.th/wp-
content/uploads/2012/07/ความเป็นมาของไบโอดีเซล-
ผศ-ดร-สมพร.pdf
[7] Sutus Na Ayuthaya, P., and Lhuengpaiboon, P.
Design and Analysis of Experiments. Bangkok, Top
publishing, 2008.
231