แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๕๓ (ตอนที่ ๑๗) MO Memoir : Friday 24 February 2555

เนื้อหาในบันทึกนี้เกี่ยวข้องกับปัญหาการวัดปริมาณ NH₃ ด้วยเครื่อง GC-2014 ECD & PDD ซึ่งผมได้เห็นจากผลการทดลองของสาวน้อยหน้าบานช่วงเช้าวันนี้ ดังนั้นจะขอสรุปปัญหาและแนวทางการทำการทดลองเป็นข้อ ๆ ไป ขอให้สาวน้อยจากเมืองริมทะเลอ่านและทำความเข้าใจก่อนที่จะเริ่มทำการทดลองในวันพรุ่งนี้ด้วย

๑. ในการสร้าง calibration curve ของ NH₃ นั้น เราใช้วิธีปรับ "ปริมาณ" NH₃ ที่ฉีดเข้าคอลัมน์ด้วยการเปลี่ยนความเข้มข้นและขนาด sampling loop (0.5 ml และ 0.1 ml) ดังนั้นจุดข้อมูลที่เราได้นั้นจะเทียบเท่ากับการฉีด NH₃ ด้วย sampling loop ขนาด 0.5 ml ที่ความเข้มข้น 120 ppm 80 ppm 24 ppm และ 16 ppm

๒. เมื่อนำพื้นที่พีคจากข้อ ๑. มาเขียนเป็น calibration curve ถ้าทำ linear regression จะพบว่าเส้นกราฟไม่วิ่งเข้าจุดตัดแกน ผมได้แก้ปัญหาใหม่โดยการบังคับให้เส้น regression ผ่านจุดตัดแกน แต่ไม่ได้ทำ linear regression ใช้ฟังก์ชันสมการ polynomial กำลังสอง (y = a₁x + a₂x²) แทน ดังนั้นในการหาความสัมพันธ์ระหว่างพื้นที่พีคและความเข้มข้น NH₃ ก็ขอให้ใช้สมการดังกล่าว ที่ระดับความเข้มข้น 120 ppm พื้นที่พีคของ NH₃ จะอยู่ประมาณ 190000

๓. ความเข้มข้นในข้อ ๑. นั้นคิดจากอัตราการไหล 200 ml/min โดยที่ยังไม่มีการผสมน้ำและ SO₂ เข้าไป ดังนั้นการทดลองที่มีการผสมน้ำและ SO₂ เข้าไป ปริมาตรน้ำและ SO₂ ที่เพิ่มเข้ามาจะทำให้อัตราการไหลรวมสูงกว่า 200 ml/min เล็กน้อย ดังนั้นถ้าอัตราการไหลผ่าน mass flow controller ของแก๊สตัวอื่น (O₂ N₂ และ NO) ยังคงที่ ความเข้มข้นของ NH₃ และ NO ก็จะลดต่ำลงกว่า 120 ppm เล็กน้อย ที่ประมาณไว้คือจะตกลงมาเหลือประมาณ 105 ppm

๔. โดยปรกติแล้วตัวเร่งปฏิกิริยาของเราจะดูดซับ NH₃ เอาไว้ได้ในปริมาณหนึ่ง และจะดูดซับได้มากที่อุณหภูมิต่ำ ดังนั้นเมื่อเราเริ่มป้อน NH₃ ผ่าน reactor นั้น เราจะเห็น NH₃ ออกมาน้อย แต่ปริมาณที่ออกมาจะค่อย ๆ เพิ่มสูงขึ้น และถ้าไม่มีการเกิดปฏิกิริยา NH₃ oxidation ในที่สุดเราก็จะเห็นปริมาณ NH₃ ที่ออกมาจาก reactor เท่ากับปริมาณที่ป้อนเข้าไป

๕. จากการคำนวณคร่าว ๆ โดยใข้ข้อมูลเก่าของสาวน้อยร้อยห้าสิบเซนต์และความเข้มข้นและอัตราการไหลของ NH₃ ที่ป้อนเข้าไป ทำให้เราประมาณได้ว่าตัวเร่งปฏิกิริยาต้องใช้เวลาอย่างน้อย 1 ชั่วโมงในการดูดซับ NH₃ จนอิ่มตัว

๖. ในทางกลับกันเมื่อเราเพิ่มอุณหภูมิ reactor ให้สูงขึ้น ในช่วงแรกเราจะมี NH₃ คายซับออกมาจากตัวเร่งปฏิกิริยา ดังนั้นเราจะเห็นความเข้มข้นของ NH₃ ในแก๊สขาออกจาก reactor เพิ่มขึ้นชั่วขณะหนึ่ง แต่สุดท้ายเมื่อระบบเข้าสู่ค่าสมดุลค่าใหม่ เราก็จะเห็นปริมาณ NH₃ ที่ออกมาจาก reactor คงที่

๗. จากข้อมูลเก่าของสาวน้อยร้อยห้าสิบเซนต์นั้นพบว่าตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถดูดซับ NH₃ ได้จนถึงอุณหภูมิในช่วง 350-450ºC

๘. การทดลองวัดการเกิดปฏิกิริยา NH₃ oxidation ในภาวะที่มีน้ำและ SO₂ ที่ทำโดยสาวน้อยหน้าบานนั้นพบว่า ในช่วงอุณหภูมิต่ำ (100-150ºC) เกิดปฏิกิริยา NH₃ oxidation น้อยมาก ด้วยเหตุนี้จึงทำให้ผมคิดว่าไม่น่าจะเกิดการควบแน่นของน้ำทางด้านขาออกของ reactor ซึ่งถ้าเกิดการควบแน่นดังกล่าวผมคิดว่าอาจทำให้ NH₃ ละลายเข้าไปในน้ำที่ควบแน่นในระบบท่อ ทำให้เห็น NH₃ (ที่วัดจาก GC) ได้ลดลง

๙. แต่ผลการทดลองของสาวน้อยหน้าบานที่ทำการทดลองต่อจากข้อ ๘. โดยทำเพียงแค่เปิดวาล์วป้อน NO เข้าสู่ระบบ กลับพบว่าในช่วงอุณหภูมิต่ำ (100-150ºC) NH₃ ที่ออกมาจาก reactor หายไปประมาณ 50% ซึ่งจัดว่าแปลกมาก ทำให้ผมสงสัยว่าเป็นไปได้ไหมว่าอาจเกิดการควบแน่นของน้ำทางด้านขาออกของ reactor แต่มันก็ไม่มีคำอธิบายว่าทำไมตอนที่วัดการเกิดปฏิกิริยา NH₃ oxidation มันไม่เกิดการควบแน่น แต่ดันมาเกิดตอนทำปฏิกิริยา DeNOx

๑๐. ดังนั้นเพื่อตัดข้อสงสัยดังกล่าว ผมจึงเสนอให้นำ heating tape มาพันเข้ากับท่อทางด้านขาออกของ reactor ด้วย (เห็น heating tape ที่เรามีอยู่นั้นเมื่อเอาไปพันท่อทางด้านขาออกจาก saturator แล้วยังเหลืออีกเยอะ ดังนั้นก็น่าจะเอามาพันทางด้านขาออกของ reactor ด้วย)

๑๑. สำหรับการทดลองของสาวน้อยจากเมืองริมทะเลในวันพรุ่งนี้ คิดว่าคุณคงเริ่มด้วยการวัดการเกิดปฏิกิริยา NH₃ oxidation ดังนั้นเมื่อเริ่มการทดลอง ควรที่จะวัดความเข้มข้น NH₃ ในแก๊สขาออกจาก reactor ที่อุณหภูมิเริ่มต้น (100ºC) ให้คงที่เสียก่อน ซึ่งควรจะอยู่ในระดับเดียวกับความเข้มข้นด้านขาเข้า (คือผมคิดว่าไม่น่าจะเกิดการเกิดปฏิกิริยา NH₃ oxidation ที่อุณหภูมินี้ หรือถึงจะเกิดก็ควรที่จะเกิดน้อยมาก) จากนั้นจึงค่อย ๆ เพิ่มอุณหภูมิให้สูงขึ้นเป็นขั้น ๆ ไป

๑๒. หลังจากวัดการเกิดปฏิกิริยา NH₃ oxidation เสร็จแล้ว ขั้นตอนต่อไปคือการทำปฏิกิริยา DeNOx ดังนั้นผมคิดว่าก่อนที่จะเปิด NO เข้าระบบนั้น เมื่อลดอุณหภูมิจาก 450ºC ลงมาเหลือ 100ºC แล้ว ก็ควรที่จะทดลองวัดความเข้มข้น NH₃ อีกครั้ง ซึ่งความเข้มข้น NH₃ ที่วัดได้ควรที่จะเท่ากับความเข้มข้นเมื่อเริ่มวัดปฏิกิริยา NH₃ oxidation (ข้อ ๑๑.) ซึ่งเมื่อได้ค่าความเข้มข้นดังกล่าวแล้วจึงเปิดวาล์วป้อน NO เข้าระบบ รอจนระบบเข้าที่แล้วจึงค่อยวัดความเข้มข้น NH₃

๑๓. ในระหว่างการทดลองนั้น เมื่อได้โครมาโทแกรมมาแล้วก็ขอให้ทำการคำนวณพื้นที่พีคและปริมาณ NH₃ ที่ทำปฏิกิริยาไปทันที จะได้เห็นว่าการทดลองดำเนินการไปอย่างไร ถ้ามีปัญหาใด ๆ ก็จะได้แก้ไขได้ทัน เพราะถ้าใช้วิธีเก็บรวบรวมโคามาโทแกรมมาก่อนแล้วค่อยแปลผลทีหลัง ถ้าพบว่าผลการทดลองมีความผิดพลาดก็แสดงว่าที่ทำมาทั้งหมดต้องโยนทิ้งไป เสียเวลาไปเปล่า ๆ สองวันเต็ม ๆ

๑๔. ในการวัดปริมาณ NH₃ ทางด้านขาออกนั้น ควรต้องทำการวัดอย่างน้อยสองครั้ง ถ้าพบว่าค่าพีค NH₃ ที่เห็นในโครมาโทแกรมที่ได้จากการวัดสองครั้งนั้นทับกันหรือใกล้เคียงกันมากก็สามารถเพิ่มอุณหภูมิไปยังค่าต่อไปได้เลย อย่าไปเสียเวลารอจนพีคอากาศออกมาจนหมดก่อนจึงค่อยเพิ่มอุณหภูมิ แต่ถ้าพบว่ายังต่างกันอยู่มากก็ขอให้ทำการวัดครั้งที่สาม (หรือมากกว่า) เพิ่มเติม

ในช่วงสองวันนี้ถ้ามีปัญหาใด ๆ ให้โทรมาถามผมได้ หรือไม่ผมก็จะโทรไปสอบถามทางคุณเองเป็นระยะ