TECHNICAL INSIGHT

ระยะเวลากักพัก (Residence Time) – กุญแจสำคัญสู่การกรองก๊าซที่มีประสิทธิภาพ

ในกระบวนการกรองก๊าซ Gaseous Filtration โดยเฉพาะในภาคอุตสาหกรรมและวิศวกรรมสิ่งแวดล้อม หนึ่งในปัจจัยที่สำคัญที่สุดที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของระบบกรองก๊าซคือ “ระยะเวลากักพัก” หรือที่เรียกกันในภาษาอังกฤษว่า Residence Time คือระยะเวลาที่สารปนเปื้อนในอากาศอยู่ภายในระบบกรองและสัมผัสกับตัวกรอง (Filtration Medium) ซึ่งมีผลต่อประสิทธิภาพโดยรวมของระบบเป็นอย่างมาก ยิ่ง Residence time นานขึ้น ยิ่งเพิ่มทั้งประสิทธิภาพการสัมผัส (Contact Efficiency) และประสิทธิภาพการกำจัด (Removal efficiency) ทำให้การกำจัดก๊าซพิษ เช่น VOCs, SO₂, NOx หรือ H₂S มีประสิทธิภาพสูงขึ้น ช่วยให้การกรองสม่ำเสมอ ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงการปล่อยก๊าซอันตรายออกสู่สิ่งแวดล้อมโดยไม่ผ่านการบำบัดอย่างเหมาะสม

1.การคำนวน ระยะเวลากักพัก Residence Time

 

 

 

Residence time (วัดเป็นวินาที หรือ มิลลิวินาที) = ปริมาตรของตัวกรอง (Filter Media), m3 ÷ อัตราการไหลของก๊าซ (Airflow Rate), m3/s
เป็นค่าที่บ่งชี้ว่าก๊าซอยู่ในตัวกรองนานแค่ไหนก่อนที่จะออกจากระบบ

 

2.ความสัมพันธ์กับประสิทธิภาพ

 

Contact Efficiency (ประสิทธิภาพการสัมผัส):
– คือเปอร์เซ็นต์ของโมเลกุลก๊าซที่สัมผัสกับตัวกรองขณะที่ไหลผ่าน
– ยิ่งสัมผัสได้มาก ประสิทธิภาพระบบยิ่งสูง

Removal Efficiency (ประสิทธิภาพการกำจัด):
– คือสัดส่วนของสารปนเปื้อนที่ถูกกำจัดโดยตัวกรองในช่วงเวลาหนึ่ง
– ไม่จำเป็นต้องเท่ากับ contact efficiency เสมอ เพราะขึ้นอยู่กับ:
• คุณสมบัติของตัวกรอง (Media Properties)
• ภาวะอิ่มตัวของตัวกรอง (Media Saturation)

3. บทบาทของ Residence Time

Residence Time ที่นานขึ้นช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการสัมผัส (Contact Efficiency) โดยเปิดโอกาสให้สารปนเปื้อนได้มีเวลาสัมผัสกับวัสดุกรองอย่างเพียงพอ นอกจากนี้ ยังให้เวลามากพอสำหรับกระบวนการดูดซับ เช่น การดูดซึมทางกายภาพ (Physisorption) และการดูดซึมทางเคมี (Chemisorption) ได้เกิดขึ้น ซึ่งส่งผลให้ ประสิทธิภาพในการกำจัด (Removal Efficiency) เพิ่มสูงขึ้นตารา

ตัวอย่าง: ความสัมพันธ์ระหว่าง Residence Time กับ Contact Efficiency

Residence Time (s)	Contact Efficiency, E (%)
0.01	50.00
0.02	75.00
0.04	93.75
0.05	96.88
0.06	98.44
0.08	99.22
0.10	99.61
0.20	99.99
0.40	99.99995

สูตร: E = (1 − 2^−100n) × 100%, โดย E = Contact Efficiency และ n = Residence Time

ประสิทธิภาพในการกำจัด (Removal Efficiency) ไม่ได้เท่ากับประสิทธิภาพในการสัมผัส (Contact Efficiency) เสมอไป เนื่องจากยังมีปัจจัยอื่นที่ส่งผลกระทบ เช่น:

คุณสมบัติของวัสดุกรอง (Media Properties)
สารประกอบอนินทรีย์บางชนิดและสารที่มีกำมะถันบางประเภท ไม่สามารถถูกกำจัดได้ด้วยถ่านกัมมันต์ทั่วไป เมื่อสารเหล่านี้สัมผัสกับวัสดุกรอง (media) แล้ว อาจไม่ถูกดูดซับและสามารถผ่านไปโดยไม่ได้รับการกรอง ส่งผลให้ประสิทธิภาพในการกำจัดลดลง

การอิ่มตัวของวัสดุกรอง (Media Saturation)
เมื่อวัสดุกรองถ่านกัมมันต์เริ่มอิ่มตัว ความสามารถในการดูดซับสารปนเปื้อนจะลดลง ถึงแม้ว่าจะยังคงมีการสัมผัสอยู่ก็ตาม – ส่งผลให้ประสิทธิภาพในการกำจัดลดลงตามไปด้วย

4. ตัวอย่างการใช้งานและคำแนะนำ

ในระบบการกรองอากาศแบบก๊าซ (Gaseous Filtration System) เวลาในระยะเวลาการกักพัก (Residence Time) จะได้รับผลกระทบจากปัจจัยต่างๆ เช่น วัสดุกรอง, อัตราการไหลของอากาศ, ลักษณะการใช้งานของระบบ (เช่น คลีนรูม) และ การออกแบบระบบ (เช่น ระบบกรองหลายขั้นตอน)

จาก ASHRAE Handbook: HVAC Applications – สำหรับเครื่องกรองอากาศที่ใช้ถ่านกัมมันต์ (carbon-based air cleaners) ที่ใช้ใน:

• ระบบ HVAC แบบหมุนเวียนอากาศกลับ (Return Air) หรืออากาศผสม (Mixed Air)
• เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีข้อกำหนดคุณภาพอากาศภายในอาคาร (IAQ) ในระดับปานกลาง ซึ่งมีการเกิดสารระเหยอินทรีย์ (VOCs) อย่างต่อเนื่องในระดับต่ำถึงปานกลาง

ค่าที่แนะนำ (จาก ASHRAE Handbook):
– Filtration efficiency: 20–90%
– Carbon loading: 8–75 ปอนด์ ต่อ 2000 CFM
– Residence time: สูงสุดถึง 0.08 วินาที

5. การเพิ่มประสิทธิภาพ Residence Time

วิธีเพิ่ม Residence time ให้เหมาะสม:
– ลดอัตราการไหลของก๊าซ (Gas Flow Rate): เพิ่มเวลาสัมผัส แต่ลด throughput
– เพิ่มพื้นที่หรือความลึกของ Media bed: เพิ่มพื้นที่สำหรับการดูดซับ
– ปรับปรุงการออกแบบระบบ: เช่น ใช้การกรองแบบหลายขั้นตอน (multistage filtration)

 

6. การควบคุม Residence Time

หน้าที่ของผู้ผลิต:
– ออกแบบความลึกและพื้นที่ของตัวกรองให้เหมาะกับ residence time ที่ต้องการ

ระบบควบคุม (BMS/Operational Control):
– สามารถปรับอัตราการไหลของก๊าซ เพื่อควบคุม actual residence time ได้ตามความเหมาะสมของการใช้งาน

สรุป

ระยะเวลากักพัก (Residence Time) ไม่ใช่แค่ค่าทางเทคนิคธรรมดา แต่เป็น “หัวใจ” ของระบบการกรองก๊าซที่มีประสิทธิภาพ เพื่อให้มีเวลาสำหรับการเกิดปฏิกิริยาการดูดซับ (adsorption) อย่างเช่น การดูดซึมทางกายภาพ (Physisorption) และ การดูดซึมทางเคมี (Chemisorption) ได้อย่างเพียงพอจึงจะได้ทั้งการสัมผัสที่ดี และการกำจัดที่มีประสิทธิภาพจะช่วยให้ระบบของคุณสามารถลดมลพิษทางอากาศได้อย่างยั่งยืนและคุ้มค่าในระยะยาว

Download File: TECHNICAL INSIGHT – Residence Time-The Key To Effective Gaseous Filtration_R1-250414