หอกลั่น

**หอกลั่น** () ใช้สำหรับแยกสารเนื้อเดียวที่มีจุดเดือนที่ต่างกัน (ส่วนสารเนื้อผสม "สารที่มีสถานะที่ต่างกันเช่นของแข็งและของเหลว" (เช่น แยกทรายที่อยู่ในน้ำ) นั้นเราจะใช้การกรองแทน) ที่ใช้กันมากที่สุดในภาคอุตสาหกรรม  โดยส่วนใหญ่ใช้แยกน้ำมันดิบที่ประกอบไปด้วยสารประกอบไฮโดรคาร์บอนหลายชนิดที่มี  น้ำหนัก และจุดเดือด แตกต่างกัน ดังนั้นในขั้นตอนแรกจึงสามารถ แยกองค์ประกอบออกจากกันได้อย่างง่ายดาย โดยกระบวนการกลั่นลำดับส่วน 
หอกลั่นโดยทั่วไปมี 2 แบบ คือ **หอกลั่นแบบแพ๊ค** (Packing Tower) และ **หอกลั่นแบบถาด** (Tray Tower) หอกลั่นทั้งสองแบบจะเหมาะสมกับการกลั่นที่แตกต่างกันไป

## หอกลั่นแบบแพ๊ค (Packing Tower)
ลักษณะเป็นคอลัมน์แนวตั้งทำด้วยเหล็ก ภายในประกอบด้วยส่วนที่ป้อนสารเข้าเป็นช่องว่างที่เรียกว่า **flash zone** และส่วนที่เป็น **Packed beds** ทำหน้าที่แลกเปลี่ยนมวลสารและความร้อน ของเหลวที่ล่างหอกลั่น จะถูกผ่านเข้าไปใน **[[เครื่องทำความร้อน]] ([[Reboiler]])** เกิดเป็นไอลอยขึ้นสู่ชั้นด้านบนของหอกลั่น สารที่มีมวลมากจะเกิดการควบแน่นกลายเป็นของเหลวตกลงมาชั้นล่าง เกิดการทำซ้ำ หรือที่เรียกว่าการ **reflux** ซึ่งจะทำให้สารมีความบริสุทธิ์มากขึ้น

Packing Tower เป็นหอกลั่นที่เกิดการถ่ายโอนมวลได้ดีมาก ที่นิยมใช้มี 2 แบบคือ **แบบไหลสวนทาง (Countercurrent)** และ **แบบไหลผ่าน (cross-flow) ** 
### Packed beds
**Packed beds** คือ ชั้นที่บรรจุตัวกลางมีพื้นที่ผิวมาก เพื่อเพิ่มการถ่ายโอนมวลและพลังงานระหว่างก๊าซ ของเหลว หรือของแข็ง ได้ดีขึ้น โดย packed beds จะมีช่องว่างไว้สำหรับให้ของเหลวไหลผ่านที่เรียกว่า void space และทุกชนิดจะต้องไม่ทำปฏิกิริยาเคมีกับสารที่ใช้ในการกลั่น

### ชนิดของ Packed beds
* อานม้า (saddles)
* พอลล์ ริง (pall ring)
* แรสซิก ริง (raschig ring)
* เลสซิ่ง ริง (lessing ring)
* เทอเลอเรต (tellerette)
Packed beds **ชนิดอานม้า (saddles)** จะให้ประสิทธิภาพในการกลั่นมากที่สุด เนื่องจากเกิดการถ่ายโอนมวลและพลังงานมาก มีการสูญเสียความดันน้อย แต่มีข้อเสียคือราคาแพง **ชนิดพอลล์ริง (pall ring)** จะมีการเคลือบด้วยโลหะก่อนเพื่อป้องกันการกัดกร่อน มีการถ่ายโอนมวลและพลังงานมากกว่า ชนิด **แรสซิก ริง (raschig ring)** และ **เลสซิ่ง ริง (lessing ring)** ส่วนชนิด **เทอเลอเรต (tellerette)** เป็นชนิดที่ทำด้วยพลาสติก จะนำมาใช้กลั่นสารที่มีอุณหภูมิไม่สูงมากนัก (ไม่เกิน 355-360 องศาเคลวิน)

## หอกลั่นแบบถาด (Tray Tower)
 
มีลักษณะเป็นคอลัมน์ทรงกระบอกสูงภายในจะมีถาด (Tray) ที่เจาะรูวางเรียงกันเป็นชั้น ๆ เพื่อให้ไอผ่านขึ้นไป tray tower จะทำงานได้ดีกว่า packing tower แต่จะมีราคาแพงกว่า 

ถาดที่ใช้ใน tray tower มีหลายประเภทจะขึ้นอยู่กับระดับความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์ ซึ่งควรเลือกใช้ตามประเภทของของเหลว และควรเลือกใช้ตามระบบการทำงานของหอกลั่น

### รูปแบบมาตรฐานของหอกลั่น
thumb|แผนภาพเค้าร่างวิศวกรรมเคมีของหอกลั่นลำดับส่วนต่อเนื่อง
ภายในหอกลั่น มีการแบ่งเป็นห้อง ๆ แต่ละห้องจะมีอุณหภูมิไม่เท่ากัน แผ่นกั้นห้องที่ใช้กั้นแต่ละห้องจะมีลักษณะคล้ายถาดกลมทุกแผ่นจะมีการเจาะรูเอาไว้ เพื่อให้ไอน้ำมันที่ร้อนสามารถเคลื่อนที่ผ่านทะลุขึ้นสู่ส่วนบนของหอกลั่นได้ **ภายในหอกลั่นจะถูกแบ่งเป็น 3 ส่วนดังนี้**
* **Feed stage** คือตำแหน่งที่น้ำมันดิบถูกป้อนเข้าสู่หอกลั่น โดยน้ำมันดิบจะถูกทำให้มีอุณหภูมิเท่ากับอุณหภูมิของหอกลั่น ก่อนที่จะถูกป้อนเข้า
* **Enriching หรือ Rectifying section** ส่วนนี้จะอยู่เหนือส่วนของ Feed stage จะเป็นส่วนที่ได้สารที่มีจุดเดือดต่ำและระเหยง่าย ด้านบนสุดจะมีท่อต่อเพื่อนำน้ำมันที่กลั่นตัวแล้วออกไปจากหอกลั่น 
***Stripping section** จะอยู่ด้านล่างของ Feed stage ส่วนนี้เป็นสารที่ระเหยยากและจุดเดือดสูงอยู่

### Trays or Plates or Stages
**ส่วนประกอบและการทำงานของ Trays มีดังนี้**
#**Down comer** ลักษณะเป็นช่องว่างทำหน้าที่เป็นท่อส่งของเหลวลงสู่ชั้นที่ต่ำกว่า
#**Weir** ลักษณะเป็นสัน ทำหน้าที่เหมือนเขื่อนกักเก็บของเหลว เพื่อให้ของเหลวและไอเกิดการถ่ายโอนมวลสารและพลังงาน
#**Bubbling area** คือบริเวณที่ของเหลวและไอมาพบกัน ซึ่งการพบกันระหว่างของเหลวและไอก็จะมีอยู่ด้วยกัน 4 ลักษณะด้วยกันคือ 
#**Bubble regime* สภาวะนี้ของเหลวค่อนข้างจะอยู่นิ่ง ไอที่เป็นฟองจะลอยผ่านขึ้นไป การผสมกันจะไม่รุนแรง ทำให้มีประสิทธิภาพต่ำ
#**Form regime* สภาวะนี้ด้านบนของเหลวจะมีลักษณะคล้ายฟองเบียร์ ทำให้มีพื้นที่สัมผัสระหว่างไอและของเหลวสูง การถ่ายโอนมวลเกิดขึ้นมากทำให้มีประสิทธิภาพค่อนข้างสูง
#**Froth regime* สภาวะนี้จะเกิดขึ้นเมื่ออัตราการไหลของไอสูงขึ้น ผิวด้านบนของของเหลวจะมีลักษณะเกิดการกระจายตัว ทำให้ของเหลวผสมกันอย่างทั่วถึง ในระบบการกลั่นทั่ว ๆ ไปการถ่ายโอนมวลของของเหลวจะเป็นตัวควบคุม regimeนี้จึงมีประสิทธิภาพสูงมาก 
#**Spary regime* คือสภาวะที่อัตราไหลของไอสูงมากและเป็นไปอย่างต่อเนื่อง มีการผสมกันอย่างทั่วถึง ส่วนของเหลวจะมีลักษณะเป็นหยดทำให้การผสมกันของของเหลวไม่ดี ดังนั้นสภาวะนี้จึงมีการถ่ายโอนมวลต่ำทำให้ประสิทธิภาพต่ำไปด้วย

### ประเภทของ Tray
* **Sieve tray** เป็น Tray แบบง่ายมีพื้นที่ลักษณะเป็นแผ่นโลหะเจาะรูเพื่อให้ไอขึ้นมาได้ ภาคตัดขวางเป็นวงกลม 
* **Valve tray** มีลักษณะเป็นรูที่มี Cap ครอบอยู่ Cap จะยกตัวสูงขึ้นเพื่อให้ไอไหลผ่านในแนวนอน จึงเกิดการควบแน่นเป็นของเหลวได้ดีกว่าแบบ Sieve trays
* **Bubble-Cap tray** เป็น Tray ที่มีประสิทธิภาพดีที่สุดและมีราคาแพง ลักษณะเป็นถาดที่มีท่อขนาดเล็กโผล่ขึ้นมาครอบด้วยส่วนที่เรียกว่า Cap ซึ่งไอสามารถผ่านได้ เมื่อความร้อนเพิ่มขึ้นปริมาณไอจะมากขึ้น จะทำให้ Cap ยกตัวสูงขึ้นเพื่อให้ไอผ่านได้ปริมาณมาก เกิดการควบแน่นเป็นของเหลวอยู่บนถาด แต่จะอยู่ในระดับที่ต่ำกว่า riser เพื่อป้องกันไม่ให้ของเหลวไหลย้อนกลับลงสู่ข้างล่างหอ
thumb|หอกลั่นลำดับส่วนที่มี tray และ bubble cap

## ตัวแปรที่ใช้ควบคุมหอกลั่น
### Reflux หรือการทำซ้ำ
อัตราส่วนการทำซ้ำหรือ Reflux Ratio จะเป็นตัวใช้ควบคุมความบริสุทธิ์ของสารผลิตภัณฑ์ จำนวนการ Reflux เมื่อเทียบกับสารผลิตภัณฑ์เราจะต้องรู้ **Reflux Ratio** ถ้าทำการเพิ่มอัตราการ Reflux สูงเกินไปจะทำให้มีของเหลวอยู่ในหอกลั่นมากทำให้เกิดการล้นได้  

**สูตรในการคำนวณ Reflux Ratio** คือ Reflux Ratio = อัตราการ Reflux / อัตราการไหลของผลิตสารผลิตภัณฑ์

### อุณหภูมิและความดัน
อุณหภูมิและความดันจะเป็นตัวควบคุมหอกลั่นเพื่อให้ได้สารที่มีความบริสุทธิ์ มีการควบคุมอุณหภูมิในส่วนของการ reflux และอุณหภูมิของ reboiler ถ้าอุณหภูมิด้านล่างสูงเกินไปสารที่มีน้ำหนักมากจะกลายเป็นไอ ผลิตภัณฑ์จะไม่ตรงตามที่ต้องการ รวมไปถึงอาจจะนำไปสู่การล้นใน Tray ได้ ดังนั้นอุณหภูมิใน reboiler จะต้องมีการควบคุมอย่างระมัดระวังเพราะจะส่งผลต่อการทำงานของหอกลั่น

## ดูเพิ่ม
* น้ำมันดิบ
* การถ่ายโอนมวล
## อ้างอิง