แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๕๓ (ตอนที่ ๘) MO Memoir : Saturday 10 December 2554

เอกสารฉบับนี้เป็นการบันทึกงานในช่วงสัปดาห์ที่ผ่านมาของกลุ่ม DeNOx และเป็นการแนะนำการเตรียมการสอบโครงร่างของกลุ่ม Hydroxylation

๑. กลุ่ม DeNOx

เนื่องจากเครื่อง NOA-7000 นั้นมีอันเป็นไปซะแล้ว (อย่างทึ่ผมได้คาดไว้และได้กล่าวเอาไว้ว่าให้ระวังตั้งแต่โครงการในปีที่แล้ว) เนื่องจากการใช้งานหนัก เพราะเราทำการเปิดมันตลอดเวลาที่ทำการทดลองและทำการทดลองต่อเนื่องกันตลอดสัปดาห์ ผมเดาเอาว่าในการประชุมวันศุกร์ที่ ๑๖ ที่จะถึงนี้คงมีรายการ

ก) "ไม่เป็นไร เดี๋ยวเราใช้ draeger tube แทน" (หรือ dräger tube มีจุดสองสุดอยู่บนตัว a นะ) ซึ่งวิธีการนี้ผมคิดว่าเป็นการแก้ขัดชั่วคราวก่อน แต่รับรองว่ามีปัญหาแน่ เพราะเจ้าตัว draeger tube ราคาก็ไม่ถูก แถมใช้ได้เพียงครั้งเดียว ดังนั้นถ้าจะนำมาใช้แทนละก็ ในการทดลองแต่ละครั้งเฉพาะค่า tube ก็คงหมดเป็นหมื่นแล้ว และที่สำคัญคือในระหว่างที่เราเปลี่ยนอุณหภูมินั้น เราไม่มีทางรู้ว่าระบบเข้าที่หรือยัง ถ้าเราวัดในขณะที่ระบบยังไม่เข้าที่ก็จะทำให้การวัดนั้นเสียเปล่าไป

ข) คงหันมาถามนิสิตผู้ทำการทดลองว่า "แล้วเมื่อไรเครื่องจะซ่อมเสร็จ" ถ้าได้รับคำตอบ (จะได้เหรอ) ว่าไม่นานก็จะเสร็จ ก็คงบอกว่านั้นหันไปทำงานพวกเตรียมและวิเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยาแทนไปก่อนจนกว่าเครื่องจะซ่อมเสร็จ ซึ่งคงทำฆ่าเวลาได้ไม่นานนัก แต่ถ้าได้รับคำตอบว่า "ไม่รู้" หรือ "อีกหลายเดือน" ก็คงจะสนุกดี

ค) คงมีการหันมาถามผมว่า "เมื่อไร GC จะใช้งานได้" โดยมีการทำทีเหมือนกับว่าได้มอบหมายงานติดตั้งเครื่อง GC ให้ผมเป็นคนทำ ถ้าผมบอกว่ายังตอบไม่ได้ ก็คงจะมีรายการโวยวายแล้วบอกว่าให้โทรไปตามช่างมา จากนั้นก็คงจะมีรายการโทรศัพท์ตามช่างให้มาปรับแต่งเครื่อง GC ในระหว่างการประชุมให้ดู ซึ่งถ้าเป็นอย่างนี้ ผมคิดว่าถ้ามีความสนใจในการทำการทดลองและมีความตั้งใจจริงที่จะทำให้งานมันเดินหน้าต่อไปได้โดยคิดจะตามช่างให้มาปรับแต่งเครื่อง GC ก็ควรจะโทรตั้งแต่สัปดาห์นี้ที่ช่างเอาเครื่อง NOA-7000 ไปซ่อม ไม่ต้องรอให้มีประชุมกับทางบริษัทก่อนแล้วจึงค่อยโทรให้ดูต่อหน้า

อันที่จริงงานทำให้เครื่อง GC-2014 ทั้งสองเครื่อง (FPD และ ECD & PDD) ให้ใช้งานได้นั้นไม่มีใครบอกให้ผมทำหรอก ผมทำของผมเอง อยากทำเมื่อไร มีช่วงจังหวะว่างเมื่อไรก็จะลงมือ เพราะเห็นตั้งแต่เครื่องมาวางเอาไว้ก็ไม่มีใครสนใจมันเลย นอกจากผมคนเดียว แต่อันนี้เป็นเทคนิคในการเอาตัวรอดในที่ประชุม โดยทำเหมือนว่าได้มอบหมายงานนี้ให้คนอื่นไปรับผิดชอบแล้วโดยใช้การตั้งคำถามที่ทำให้คนฟังที่ไม่รู้เรื่องรู้ราวคิดอย่างนั้นได้ (ลองกลับไปดูคำถามข้างบนนะ แล้วลองคิดดูว่าถ้าคุณเป็นคนนอกเพิ่งจะเข้ามาร่วมประชุมเป็นครั้งแรก พอคุณได้ยินคนถามคำถามดังกล่าวหันไปถามคำถามนี้กับผู้ร่วมงานอีกคนหนึ่ง คุณจะเข้าใจอย่างไร) ถ้างานนี้มันไม่เดินไปข้างหน้า หรือเสร็จไม่ทันเวลา คนที่ถูกถามคำถามดังกล่าวต้องเป็นคนรับผิดชอบ ส่วนคนถามคำถามก็จะลอยตัวไป

ส่วนจะเกิดเหตุการณ์ตามข้อไหนบ้างนั้นคงต้องติดตามดูกันต่อไป

ช่วงนี้ผมเชื่อว่าเป็นโอกาสดีที่กลุ่มเราจะได้ทำการจัดการเครื่อง GC-2014 ECD & PDD ให้เรียบร้อยสักที

แต่งานของกลุ่มเราก็ใช่ว่าจะหยุดชะงักนะ โอกาสนี้สิ่งที่เราควรจะทำคือการศึกษาปฏิกิริยา SO₂ oxidation ไปเป็น SO₃ ซึ่งเป็นสิ่งที่ทางบริษัทต้องการทราบอยู่เหมือนกัน เพราะตัวเร่งปฏิกิริยา DeNOx ที่ดีนั้นไม่เพียงแต่จะต้องกำจัด NOx ได้มาก แต่จะต้อง "ไม่" ทำให้เกิดปฏิกิริยา SO₂ oxidation ไปเป็น SO₃ ด้วย

ตามการคาดการณ์ของผม พวกคุณสองคนที่ยังขาดประสบการณ์กับเครื่อง GC-2014 FPD นั้นคงจะต้องใช้เวลาร่วมเดือนกว่าจะได้ผลการทดลองที่เชื่อถือได้ (แต่ถ้าไม่มีคนอื่นเข้ามาใช้งานแทรก การทำงานก็คงจะเร็วขึ้น) งานที่ต้องทำก็คือการสร้าง calibration curve ของ SO₂ และการทำการทดลองปฏิกิริยา SO₂ oxidation

ก่อนอื่นขอเริ่มด้วยการทดสอบปฏิกิริยา SO₂ oxidation ก่อน

สมมุติว่าในการทดลองปรกติเราใช้แก๊สต่าง ๆ ที่มีอัตราการไหลดังนี้ คือN₂ a ml/min O₂ b ml/min SO₂ c ml/min NH₃ d ml/min และ NO e ml/min ซึ่งปริมาตรการไหลรวมคือ 200 ml/min ที่ความเข้มข้นไอน้ำ 15% และความเข้มข้น SO₂ 30 ppm

ในการทดสอบปฏิกิริยา SO₂ oxidation ก็ให้คงอัตราการไหลของN₂ ไว้ที่ a ml/min O₂ ไว้ที่ b ml/min และ SO₂ ไว้ที่ c ml/min และคงอุณหภูมิของ saturator ที่ใช้ผลิตไอน้ำและอัตราการไหลของแก๊สที่ไหลผ่าน saturator ไว้ที่เดิม (แก๊สที่ไหลผ่าน saturator ที่เราใช้ก็คือออกซิเจน) แต่ปิดการไหลของ NH₃ และ NO (อัตราการไหลของแก๊สสองตัวนี้เป็นศูนย์)

ดังนั้นอัตราการไหลรวมจะลดต่ำลงกว่า 200 ml/min และความเข้มข้นของ SO₂ จะสูงกว่า 30 ppm (เพราะอัตราการไหลของ SO₂ จากถังยังเท่าเดิม แต่อัตราการไหลรวมลดลง) และความเข้มข้นของออกซิเจนจะเพิ่มจาก 15% ไปเล็กน้อย ซึ่งไม่เป็นไรเพราะสิ่งที่เราสนใจคือมีการออกซิไดซ์ SO₂ ไปเป็น SO₃ หรือไม่ 

 

ความเข้มข้นที่แท้จริงของ SO₂ และ O₂ ในระหว่างการทดสอบปฏิกิริยา SO₂ oxidation ที่ภาวะอัตราการไหลที่ผมกล่าวมาข้างต้นหวังว่าพวกคุณคงจะคำนวณกันเองได้นะ

ในขณะเดียวกันก็ขอให้ทำ calibration curve ของ SO₂ ไปด้วย

การทำ calibration curve ของ SO₂ ให้ใช้อัตราการไหลของแก๊สเช่นเดียวกันกับตอนที่ทดสอบปฏิกิริยา SO₂ oxidation กล่าวคือ N₂ a ml/min O₂ b ml/min SO₂ c ml/min และปิดการไหลของ NH₃ และ NO (อัตราการไหลของแก๊สสองตัวนี้เป็นศูนย์) และ "ไม่" ต้องทำการผ่านน้ำเข้าไปแก๊ส

ดังนั้นความเข้มข้นของ SO₂ ในแก๊สที่ใช้ทำ calibration curve จะสูงกว่าในขณะที่ทดสอบปฏิกิริยา SO₂ oxidation อยู่เล็กน้อย เนื่องจากในระหว่างการทำ calibration curve นั้นเราไม่มีการเติมไอน้ำเข้าไป (แต่ไม่เป็นไร) และก็อย่าลืมคำนวณหาความเข้มข้นที่แท้จริงด้วย

การปรับเปลี่ยนความเข้มข้นของ SO₂ ในแก๊สที่ใช้ทำ calibration curve ให้ใช้วิธีปรับอัตราการไหลของ SO₂ เพียงตัวเดียวก็น่าจะพอ เช่นถ้าเราต้องการความเข้มข้นที่ต่ำลงก็ให้ลดอัตราการไหลของ SO₂ ให้ลดต่ำลงโดยไม่ต้องไปปรับอัตราการไหลของแก๊สตัวอื่น

เหตุผลที่ให้ทำ calibration curve ของ SO₂ ในภาวะที่มีออกซิเจน 15% ก็เพราะเราพบว่าออกซิเจนส่งผลต่อสัญญาณของ FPD คือทำให้เกิดพีคกลับหัวที่จุดสิ้นสุดของพีคหัวกลับนี้ซ้อนทับกับจุดเริ่มต้นของพีค SO₂ ซึ่งทำให้เกิดปัญหาในการแยกพีคอยู่ (ดู memoir ปีที่ ๓ ฉบับที่ ๒๗๒ วันศุกร์ที่ ๑๘ มีนาคม ๒๕๕๔ เรื่อง "GC-2014 FPD กับระบบ DeNOx ตอนที่ ๔ ผลกระทบจากออกซิเจน")

ถ้ามีข้อสงสัยใด ๆ ก็ให้รีบมาปรึกษา เพราะตอนนี้เป็นโอกาสทองของเราในขณะที่เครื่อง NOA-7000 มันใช้งานไม่ได้ ซึ่งเชื่อว่าจะทำให้คนอื่นไม่มาใช้ reactor ไปสักพักหนึ่ง

สำหรับนิสิตปี ๑ ก็ขอให้มาคอยเฝ้าการทำงานของรุ่นพี่ได้แล้ว เพื่อที่จะได้รับการสืบทอดงานไปได้อย่างต่อเนื่อง และที่สำคัญก็คือในระหว่างการปรับแต่งให้เครื่อง GC ใช้งานได้นั้น พวกคุณจะได้เรียนรู้อะไรมากมายกว่าตอนที่เครื่อง GC มันใช้งานได้แล้ว ซึ่งตอนนั้นพวกคุณจะได้เรียนรู้เฉพาะวิธีการใช้เครื่องแค่นั้นเอง แต่จะไม่รู้ว่ากว่าจะมาถึงจุดนี้ต้องผ่านปัญหาอะไรมามากน้อยเท่าใด ความรู้ตรงนี้ไม่มีอยู่ในหนังสือหรือจะมีคนเปิดคอร์สบรรยายให้ฟัง เป็นการเรียนรู้กันหน้างานโดยตรงเพียงอย่างเดียว

๒. กลุ่ม Hydroxylation

ผมขอย้ำว่าประเด็นสำหรับการเขียนโครงร่างวิทยานิพนธ์ไม่ได้อยู่ตรงที่ผลของ "กรด" แต่เป็นผลของ "ไอออน"

ที่ผ่านมานั้นเราพบว่าปัจจัยที่เป็นตัวกำหนดว่าปฏิกิริยาจะดำเนินไปข้างหน้าได้มากเท่าใดนั้นขึ้นอยู่กับ "ปริมาณ" ไฮโดรคาร์บอนที่ละลายเข้าไปในเฟสน้ำได้

การเพิ่ม "ปริมาณ" ไฮโดรคาร์บอนในเฟสน้ำที่ผ่านมานั้นเราทำโดยการเพิ่มปริมาตรน้ำและการเพิ่มอุณหภูมิ

แต่ในช่วงเวลาเดียวกันเราก็พบว่าถ้าหากน้ำมี "กรด" ละลายปนอยู่ "ความเข้มข้น" อิ่มตัวของไฮโดรคาร์บอนในน้ำก็จะเพิ่มมากตามไปด้วย ทำให้ "ปริมาณ" (ซึ่งเท่ากับผลคูณระหว่างความเข้มข้นกับปริมาตร) เพิ่มตามไปด้วย

แต่จากงานที่เราทำในช่วงถัดมา (ที่พวกคุณกำลังทำกันอยู่) เราพบว่าการมี "เกลือ" บางชนิดละลายอยู่ก็สามารถเพิ่ม "ความเข้มข้น" อิ่มตัวของไฮโดรคาร์บอนในน้ำได้เช่นเดียวกัน ในขณะที่เกลือบางตัวกลับไม่ส่งผลใด ๆ

ตรงนี้ที่ผมสงสัยอยู่ก็คือความเข้มข้นอิ่มตัวของไฮโดรคาร์บอนในน้ำมันมีความสัมพันธ์กับ ionic strength หรือความหนาแน่นของประจุของไอออนกันแน่

ในส่วนของ ionic strength นั้นผมไม่ค่อยแน่ใจเท่าใดนัก เพราะเราพบว่าการที่มีเกลือบางตัวละลายอยู่ (ซึ่งน่าจะทำให้ ionic strength ของสารละลายเพิ่มสูงขึ้น) แต่ก็ไม่ได้ทำให้ความเข้มข้นอิ่มตัวของไฮโดรคาร์บอนในน้ำเพิ่มสูงขึ้น แต่ถึงกระนั้นผมก็ยังไม่อยากตัดประเด็นนี้ออกไป

อีกเรื่องที่เรายังไม่มีคำอธิบายคือ "อัตราเร็ว" ในการละลาย ซึ่งที่ผ่านมาจากการที่ได้ทดลองกับกรดหลายชนิดนั้นเราได้พบว่าถ้ามีกรดที่ความเข้มข้นเท่ากันละลายอยู่ ความเข้มข้นอิ่มตัวของไฮโดรคาร์บอนในน้ำจะเท่ากัน แต่ความเร็วในการละลายเข้าไปในเฟสน้ำจนอิ่มตัวนั้นแตกต่างกันไป ตรงนี้ผมยังสงสัยว่าจะเกี่ยวกับการที่ไอออนที่ละลายเข้าไปในน้ำนั้นส่งผลต่อความแข็งแรงของพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลน้ำหรือไม่ กล่าวคือถ้ามันไปทำให้ความแข็งแรงของพันธะไฮโดรเจนในโมเลกุลน้ำลดลง ไฮโดรคาร์บอนก็จะแทรกเข้าไปได้รวดเร็วขึ้น แต่ตรงนี้เราคงต้องศึกษาทฤษฎีเพิ่มเติมกันก่อน

สิ่งที่ผมสงสัยอยู่และรอผลจากพวกคุณอยู่ก็คือ ถ้าเราใช้เกลือที่ทำให้ไฮโดรคาร์บอนละลายน้ำได้น้อยลง ดังนั้นถ้าเราเพิ่มอุณหภูมิของระบบให้สูงเกินกว่า 100ºC เราจะเห็นผลที่ได้จากการใช้เบนซีนกับโทลูอีนออกมาเหมือนกันหรือไม่ ซึ่งตอนนี้ผมสงสัยว่าอาจจะออกมาแตกต่างกันก็ได้

ฉบับนี้คงพอแค่นี้ก่อน วันอังคารเปิดเทอมใหม่วันแรกค่อยว่ากันอีกที