เมื่อผงพอลิเมอร์หลุดออกจาก fluidised bed MO Memoir : Thursday 24 May 2555

ก่อนอื่นก็ต้องขอกล่าวต้อนรับสมาชิกใหม่ที่มาพบเจอกันเมื่อบ่ายวันอังคารที่ผ่านมา แม้ว่าจะขาดไป ๑ คนแต่ก็เชื่อว่าพอเปิดเทอมก็คงจะโผล่หน้ามาร่วมงานกัน

Memoir ฉบับนี้เป็นฉบับแรกที่จะเริ่มส่งให้กับสมาชิกใหม่ และจะส่งต่อไปเรื่อย ๆ จนกว่าจะถึงวันรับปริญญา ส่วนเนื้อหาจะเป็นเรื่องอะไรบ้างและรูปแบบภาษาที่ใช้ในการเขียนจะเป็นแบบไหนนั้นก็ต้องขอบอกก่อนว่าขึ้นอยู่กับความพอใจและอารมณ์คนเขียน (ซึ่งอย่าคาดหวังว่าจะคงเส้นคงวา)

พักหลังมานี้มันเป็นยังไงกันก็ไม่รู้ เจอคำถามที่มีคนขอให้ช่วยตอบแต่ละที แทบไม่มีรายละเอียดใด ๆ เลย คนถามก็ทำเหมือนกับว่าเรารู้จักระบบการผลิตของเขาเป็นอย่างดี

เมื่อต้นเดือนที่ผ่านมามีจากนิสิตรายหนึ่งอีเมล์ส่งมาถึง ถามปัญหาเรื่องการฝึกงาน เรื่องราวเป็นยังไงนั้นลองอ่านดูเอาเองก่อนก็แล้วกัน

Subject: ปรึกษาเรื่องฝึกงานค่ะ

Date: Thu, 3 May 2012 18:19:04 +0700

สวัสดีค่ะ หนูอยากปรึกษาว่าถ้าต้องการปรับปรุง Heat Exchanger ให้ conversion มากขึ้นนอกจากการ check stream pessure, conduct leak, stream composition, stream inlet/outlet temperature แล้วพอมีวิธีอื่นเช่นใส่ปั๊มหรือวาล์วเพิ่มได้ไหมคะ

ขอบพระคุณมากค่ะ

Subject: RE: ปรึกษาเรื่องฝึกงานค่ะ

Date: Sat, 5 May 2012 19:58:05 +0700

อ่านแล้วงง แต่ก็น่าเห็นใจ เพราะเรื่องนี้พวกคุณยังไม่ได้เรียน มันจะเรียนกันเทอมหน้า (แต่อาจจะผ่านมาบ้างในวิชา transport phenomena แล้ว)

Heat exchanger เอาไว้แลกเปลี่ยนความร้อน โดยนำเอาสายร้อนที่ต้องการทำให้เย็น มาถ่ายเทความร้อนให้กับสายเย็นที่ต้องการทำให้ร้อน ก็จะเป็นการประหยัดพลังงาน

แต่ conversion เราใช้กับ reactor

คุณใช้คำว่า stream (มีตัว "r") หมายถึงสายแก๊ส/ของเหลวที่ไหลเข้า-ออก heat exchanger

แต่เห็นพูดถึงความดัน ผมเลยสงสัยว่ามันคือ steam (ไม่มี "r") คือไอน้ำหรือเปล่า

conduct leak ความหมายของคุณคืออะไร ใช่ความร้อนรั่วไหลจากการนำความร้อนหรือไม่ (heat loss via conduction)

คงต้องขอความชัดเจนสักหน่อย ว่าทำอยู่โรงงานอะไร และ heat exchanger ที่คุณได้รับมอบหมายงานมามันแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างอะไรกับอะไร

สวัสดี

Subject: RE: ปรึกษาเรื่องฝึกงานค่ะ

Date: Tue, 8 May 2012 13:45:41 +0700

โอเคค่ะเอาใหม่นะคะ หนูงงเองค่ะ55 หนูฝึกงานที่ xxx อยู่ส่วนผลิต PP (หมายเหตุ PP คือ polypropylene) ที่ xxx site1 ค่ะ ตอนนี้ปัญหาคือ reactor ลูกที่ 3 ที่ใช้ผลิต random copolymer พอมาเข้า Heat Exchanger แล้วมันตันเพราะมี Fine Powder ปลิวเข้ามาค่ะ เลยต้องหาวิธีแก้ไม่ให้มันตัน วิธีแก้คร่าว ๆ ก็มี

1. ป้องกันการ entrain ไม่ให้ Fine Powder มันปลิวออกจาก Reactor โดยการลดความเร็วที่ blower

2. ป้องกันไม่ให้ปลิวเข้าไปถึง Heat Exchanger โดยการติดพวก Deduster ก่อนเข้า Heat Exchanger ซึ่งวิธีนี้หนูถามพี่ ๆ เค้าบอกว่าบริษัทไม่ค่อยยอมลงทุนซื้อเครื่องใหม่ ๆ

3. ให้ Fine Powder ปลิวเข้าไปถึง Heat Exchanger ได้แต่ไม่ให้มันเกาะใน tube แต่หนูไม่ทราบว่าพอจะมีสารอะไรที่ใช้เคลือบป้องการการเกาะของ Fine Powder ได้รึเปล่าคะ

หรือพอจะมีวิธีอื่นที่สามารถแก้ปัญหานี้ได้รึเปล่าคะ ตอนนี้วิธีแก้ที่ทำอยู่ก็คือ พอตันทีก็ shut down หรือไม่ก็กำหนด cycle ของ random copolymer สลับด้วย Homopolymer

ขอบคุณค่ะ

Subject: RE: ปรึกษาเรื่องฝึกงานค่ะ

Date: Tue, 8 May 2012 20:14:13 +0700

ใช่ fluidised-bed หรือเปล่า

ถ้าผมเข้าใจไม่ผิด แก๊สที่ออกจาก fluidised-bed จะถูกระบายความร้อนออกก่อนที่จะถูกป้อนกลับไปยัง reactor ใหม่

Heat exchanger ตัวนี้เป็น Shell and Tube วางในแนวตั้งใช่ไหม และแก๊สไหลในส่วนของ tube

แก๊สที่ออกจาก heat exchanger จะถูก compressor อัดกลับไปยัง reactor ใหม่ใช่ไหม

ถ้าเป็นเช่นนี้ผมคิดว่าข้อ 3 ไม่ใช่วิธีแก้ปัญหา เพราะมันจะไปเกาะที่ compressor แทน

วิธีแก้ปัญหาคือทำอย่างไรไม่ให้มันออกไปถึง heat exchanger

การลดความเร็วแก๊สก็เป็นวิธีการหนึ่ง แต่มันส่งผลต่อการระบายความร้อนและการเกิด fluidisation ในเบด

อีกวิธีคือทำอย่างไรให้ได้ผง polymer ที่มีขนาดใหญ่ขึ้น

ส่วนการติดตั้งอุปกรณ์ดัก (ที่ถูกที่สุดน่าจะเป็น cyclone) ก็ต้องคำนึงถึงความดันใน fluidised-bed ที่จะเพิ่มขึ้นด้วย

ตอนนี้ขอความชัดเจนก่อนว่าที่ผมเขียนมาข้างบนนั้นเข้าใจถูกต้องไหม

สวัสดี

Subject: RE: ปรึกษาเรื่องฝึกงานค่ะ

Date: Wed, 9 May 2012 12:45:40 +0700

ถูกต้องทุกอย่างเลยค่ะ

วิธีที่ 3 ลองไปถามพี่มา เห็นพี่เค้าบอกว่าใช้สาร Anti Static เคลือบผงไว้แล้วผงมันจะไม่ไปเกาะที่ไหนเลย เหมือนเค้าก็กำลังทดลองกันอยู่ค่ะ

แล้วถ้าจะทำให้ผง polymer มีขนาดใหญ่ขึ้นต้องใช้วิธีอะไรคะ

ขอบคุณค่ะ

Subject: RE: ปรึกษาเรื่องฝึกงานค่ะ

Date: Wed, 9 May 2012 16:30:01 +0700

โดยปรกติท่อของระบบโรงงานที่เป็นท่อโลหะนั้นจะมีการต่อสายดิน (ต่อ ground) อยู่แล้ว เพื่อป้องกันการสะสมของไฟฟ้าสถิตย์ ซึ่งจะเกิดได้ถ้าสารที่ไหลอยู่ในท่อนั้นไม่เป็นตัวนำไฟฟ้า 

 

ตัวอย่างของสารที่ไม่นำไฟฟ้าได้แก่สารไม่มีขั้วเช่นไฮโดรคาร์บอน ผงพอลิเมอร์ แต่ถ้าเป็นพวกมีขั้วที่แรงเช่น น้ำ เอทานอล เมทานอล จะไม่มีปัญหานี้

สาเหตุที่ต้องป้องกันก็เพราะถ้ามีประจุไฟฟ้าสถิตย์สะสมมากเกินไป อาจเกิดประกายไฟและจุดระเบิดได้

ปัญหาเรื่องไฟฟ้าสถิตย์นี้ถ้าเป็นต่างประเทศที่อากาศแห้งมาก (โดยเฉพาะในหน้าหนาว) จะเกิดขึ้นได้ง่ายจนถือว่าเป็นเรื่องปรกติ

แต่สำหรับประเทศไทยนั้นที่ปรกติแล้วความชื้นในอากาศสูงมาก มักจะไม่มีปัญหานี้ (แต่ก็ต้องป้องกันเอาไว้ด้วย)

แต่สำหรับผู้ที่อยู่ในอาคารที่เป็นห้องปรับอากาศเป็นเวลานาน ก็อาจเจอปัญหานี้ได้ เพราะการปรับอากาศทำให้อากาศแห้ง ไฟฟ้าสถิตย์ที่เกิดจากการเดิน การเสียดสีระหว่างพื้นรองเท้ากับพื้นอาคาร หรือระหว่างเสื้อผ้ากับตัวคน ก็ทำให้คนมีไฟฟ้าสถิตย์สะสม เวลาจะจับลูกบิดประตูก็จะเกิดประกายไฟทำให้สะดุ้งได้ (ที่อาคาร ๔ ผมก็โดนเป็นประจำ)

ในกรณีนี้ผมคิดว่าการใช้สาร anti static อาจไม่ช่วย เพราะการเกาะของผงพอลิเมอร์กับพื้นผิวโลหะของ heat exchanger นั้นไม่น่าเกิดเพราะไฟฟ้าสถิตย์ แม้ว่าตัวผงพอลิเมอร์เองในระหว่างที่ไหลไปกับแก๊สนั้นจะมีไฟฟ้าสถิตย์สะสม แต่พอไปเกาะกับผิวโลหะแล้วก็ควรจะถ่ายประจุให้กับผิวโลหะนั้น

ผมสงสัยว่าการเกาะนั้นเกิดจากการที่ระบบมีอุณหภูมิสูงเกินไป ทำให้พอลิเมอร์ที่ได้มีลักษณะเป็นผงที่อ่อนนุ่ม เวลาชนเข้ากับพื้นผิวอะไรก็จะติดกับพื้นผิวนั้นได้ (เหมือนดินน้ำมัน เวลาที่มันนิ่ม ๆ มันจะแปะข้างฝาได้ แต่พอเอาเข้าแช่ตู้เย็นให้มันแข็ง มันจะแปะข้างฝาไม่ติด) หรือเวลาที่ชนเข้าด้วยกันเองก็จะเกาะเป็นก้อนใหญ่ขึ้น ซึ่งข้อสัณนิฐานนี้จะจริงหรือไม่ก็ต้องไปถามคนที่เห็นปัญหาว่ามันเป็นอย่างที่กล่าวหรือไม่

อีกประเด็นคือ compressor ออกแบบมาเพื่อสำหรับอัดแก๊ส ขนาดมีของเหลวปนมากับแก๊สก็ยังไม่ยอมให้มี ต้องมีการดักของเหลวออกก่อน

ถ้าปล่อยให้ผงพอลิเมอร์ไม่เกาะที่ heat exchanger มันก็ต้องไปที่ compressor ถ้าโชคดีมันก็จะสะสมที่ suction drum (ถังดักของเหลวก่อนเข้า compressor) และตันที่ suction drum แทน

แต่ถ้ามันหลุดไปถึง compressor ผมว่าปัญหามันจะหนักมากกว่า (compressor มี moving part นะ ในขณะที่ heat exchanger ไม่มี) การทำความสะอาด heat exchanger น่าจะง่ายกว่าการทำความสะอาด (ถ้าโชคดี) หรือซ่อม (ถ้าโชคร้าย) compressor

เรื่องการทำให้ผงพอลิเมอร์มีขนาดใหญ่ขึ้นผมคิดว่าคงต้องอยู่ที่กระบวนการผลิตของเขาว่าสามารถปรับแต่งได้ตรงไหน เช่นอาจปรับแต่งขนาดผงพอลิเมอร์ที่ได้จาก reactor ตัวก่อนที่จะป้อนเข้า fluidised bed ให้มีขนาดใหญ่ขึ้น (ผมเข้าใจถูกไหม เดาว่าเขามี reactor ต่ออนุกรมกัน โดยจะเปลี่ยนโพรพิลีนให้กลายเป็นผงพอลิเมอร์ก่อนส่วนหนึ่ง จากนั้นจึงป้อนผงพอลิเมอร์นั้นให้เข้าสู่ fluidised bed เพื่อให้เกิดปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ต่อไปให้เสร็จ) แต่นั่นอาจหมายถึงการย้ายสัดส่วนการเกิดปฏิกิริยามาที่ตัว reactor ตัวนี้มากขึ้น (ซึ่งต้องคำนึงถึงความสามารถในการระบายความร้อนของ reactor ตัวนี้ด้วย) และไปลดการเกิดปฏิกิริยาใน fluidised bed ให้น้อยลง แต่ผลิตภัณฑ์ที่ได้นั้นจะตรงกับความต้องการของเขาหรือไม่นั้นผมไม่สามารถตอบได้

สวัสดี

Subject: RE: ปรึกษาเรื่องฝึกงานค่ะ

Date: Tue, 15 May 2012 15:32:07 +0700

สวัสดีค่ะ ถ้าอยากหาว่าใน Feed 1000 kg/hr จะมีผงกี่ kg แล้วตอนนี้ข้อมูลที่มีคือ rhoของผง rhoของแก๊ส muของแก๊ส มันไม่พอใช่มั้ยคะ หนูหาตั้งนานแล้วไม่ออกซักทีค่ะ ต้องมีข้อมูลของอะไรเพิ่มเติมอีกหรือเปล่าคะ

แล้วก็อยากรู้อัตราการไหลของแก๊สขาเข้าไซโคลนเพิ่อนำไปหาพื้นที่หน้าตัด ข้อมูลที่มีคือความเร็วขาเข้าไซโคลน กับพวก rho จะสามารถหา Q ได้ไหมคะ

ขอบคุณค่ะ

Subject: RE: ปรึกษาเรื่องฝึกงานค่ะ

Date: Tue, 15 May 2012 20:06:07 +0700

ถามมาแต่ละคำถามไม่บอกที่มาที่ไปและไม่ให้ข้อมูลอะไรมาเลย

คงเป็นการออกแบบไซโคลนด้านขาออกของ fluidised-bed ใช่ไหม

ลองใช้ข้อมูลต่อไปนี้ประมาณก่อนนะ

ความหนาแน่นและความหนืดของแก๊สก็คงต้องเป็นของโพรพิลีนเป็นหลัก ความดันและอุณหภูมิก็ดูจากด้านขาออกของ fluidised-bed

แก๊สเข้า reactor คือ แก๊สที่ออกจาก fluidised-bed ซึ่งจะไหลวนผ่าน heat exchanger จากนั้นจะรวมกับแก๊สสารตั้งต้นตัวอื่นที่ป้อนเพิ่มเติม

แก๊สที่ออกจาก reactor ควรจะน้อยกว่าแก๊สที่เข้า fluidised-bed เพราะแก๊สส่วนหนึ่งกลายไปเป็นผง polymer แล้ว

ความหนาแน่นของผงพอลิเมอร์ก็คงต้องไปดูจาก specification ของ PP ที่เขาผลิตว่า เกรดที่ความหนาแน่นต่ำสุดนั้นมีค่าความหนาแน่นเท่าใด ซึ่งเกรดนี้น่าจะเป็นเกรดที่แยกด้วยไซโคลนยากที่สุด ผมคิดว่าน่าจะมีค่า specific gravity ประมาณสูงกว่า 0.9

อัตราการไหลของแก๊สที่เข้าไซโคลนก็ควรจะเป็นแก๊สที่ไหลวนผ่าน compressor

ความเร็วคูณพื้นที่หน้าตัดก็จะได้อัตราการไหลโดยปริมาตร (ปริมาตรต่อหน่วยเวลา)

อัตราการไหลโดยปริมาตรคูณความหนาแน่นก็จะได้อัตราการไหลโดยมวล (น้ำหนักต่อหน่วยเวลา)

ส่วนในแก๊สที่หลุดออกจาก fluidised-bed นั้นจะมีของแข็งเท่าไรนั้นผมก็คงบอกอะไรไม่ได้ เพราะสิ่งที่เขาคาดหวังก็คือไม่ควรมีของแข็งหลุดลอยออกจาก fluidised-bed อาจต้องหาจากอัตราการสะสม (ปริมาณ PP ที่ออกมาติดค้างที่ heat exchanger นับจากช่วงเวลาที่ทำความสะอาด heat exchanger ไปจนถึงช่วงเวลาที่ต้องทำความสะอาด heat exchanger อีกครั้ง และปริมาตรแก๊สที่ไหลผ่านheat exchanger ในช่วงเวลาดังกล่าว)

สวัสดี

เป็นไงบ้าง อ่านแล้วเข้าใจไหม ที่คุยกันมาข้างบนทั้งหมดนั้นไม่มีรูปประกอบเลยนะ แต่จากข้อมูลที่พอมีอยู่ทำให้พอจะเขียนกระบวนการผลิตได้คร่าว ๆ ดังแสดงในรูปที่ ๑ ข้างล่าง

รูปที่ ๑ แผนผังอย่างง่ายของกระบวนการผลิต polypropylene ที่มีคนถามคำถามมา

ก่อนหน้าที่ผมเคยกล่าวถึงเรื่องการผลิตพอลิเมอร์มาบ้างแล้วใน Memoir ๒ ฉบับก่อนหน้านี้คือ

ปีที่ ๒ ฉบับที่ ๕๗ วันเสาร์ที่ ๑๙ กันยายน ๒๕๕๒ เรื่อง "พอลิเอทิลีน"

ปีที่ ๒ ฉบับที่ ๕๘ วันอาทิตย์ที่ ๒๐ กันยายน ๒๕๕๒ เรื่อง "Ethylene polymerisation"

แม้ว่าคราวนั้นเป็นการผลิตพอลิเอทิลีน แต่สำหรับพอลิโพรพิลีนนั้นก็ยังคงใช้หลักการเดียวกันได้อยู่

ปฏิกิริยาคายความร้อนนั้นเป็นปฏิกิริยาที่เร่งตนเอง ความร้อนที่คายออกมาจากปฏิกิริยาจะทำให้อุณหภูมิการทำปฏิกิริยาเพิ่มสูงขึ้น อุณหภูมิการทำปฏิกิริยาที่เพิ่มสูงขึ้นก็จะไปเร่งให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มสูงขึ้น อัตราการเกิดปฏิกิริยาที่เพิ่มสูงขึ้นก็จะไปเร่งให้อัตราการคายความร้อนเพิ่มสูงขึ้นไปอีก ทำให้อุณหภูมิของระบบเพิ่มสูงขึ้นไปอีก เหตุการณ์จะดำเนินวนรอบไปอย่างนี้เรื่อย ๆ ซึ่งถ้าหากไม่สามารถระบายความร้อนออกมาได้ทันเวลา ปฏิกิริยาก็จะควบคุมไม่อยู่หรือที่เรียกว่า "Runaway"

ถ้าเป็นปฏิกิริยาที่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาวิวิธพันธ์ที่เป็นของแข็ง อุณหภูมิที่เพิ่มสูงมากเกินไปก็จะทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยาเสื่อมสภาพอย่างถาวรได้ (การเสื่อมสภาพที่ชอบเกิดที่อุณหภูมิสูงคือ sintering และการเปลี่ยนโครงสร้าง) ซึ่งถ้าเกิดเหตุการณ์เช่นนี้ปฏิกิริยาก็อาจจะหยุดลงเพราะตัวเร่งปฏิกิริยาหมดสภาพการใช้งานอีกต่อไป

ถ้าเป็นปฏิกิริยาออกซิเดชันสารประกอบไฮโดรคาร์บอนโดยใช้อากาศ อุณหภูมิที่เพิ่มสูงมากเกินไปก็อาจจะทำให้เกิดการระเบิดในระบบขึ้นได้ เพราะในระบบนั้นมีอากาศผสมกับไฮโดรคาร์บอนอยู่แล้ว

แต่ถึงแม้ว่าจะไม่มีอากาศอยู่ในระบบ แต่ถ้าสารตั้งต้นเป็นสารบางชนิดเช่นอะเซทิลีนหรือเอทลีน (กล่าวโดยรวมก็คือพวกที่มีค่า enthalpy of formation เป็นบวก (+)) ก็อาจเกิดการระเบิดได้ โดยเกิดจากการที่สารเหล่านั้นสลายตัวและคายความร้อนออกมา

ปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์โอเลฟินส์ก็เป็นปฏิกิริยาคายความร้อนปฏิกิริยาหนึ่ง ในกรณีที่อุณหภูมิการทำปฏิกิริยาสูงมากเกินไปมักจะ

(ก) ถ้าเป็นการพอลิเมอร์ไรซ์ที่ใช้ตัวทำละลาย ก็อาจเกิดปัญหาผงพอลิเมอร์ที่ได้นั้นเกิดการละลายกลับเข้าไปในตัวทำละลาย และเมื่อสารละลายเย็นตัวลง พอลิเมอร์ที่ละลายอยู่ก็จะแข็งตัวกลายเป็นคราบ/ก้อนของแข็งเกาะติดตามผนังอุปกรณ์/ท่อต่าง ๆ (มันไม่กลับมาเป็นผงเหมือนเดิม) จนเกิดการอุดตันหรือทำให้การถ่ายเทความร้อนแย่ลงได้ ทำให้ต้องมีการหยุดเดินระบบเพื่อทำความสะอาด

(ข) ถ้าเป็นการพอลิเมอร์ไรซ์ในเฟสแก๊ส (เช่นใน fluidised bed) ก็อาจเกิดปัญหาผงพอลิเมอร์ที่ได้นั้นเกิดการอ่อนตัว และเมื่อชนกระทบเข้าด้วยกันก็จะจับตัวกันเป็นก้อนใหญ่ขึ้น หรือไม่ก็เกาะติดเข้ากับผนังอุปกรณ์ ในที่สุดก็จะกลายเป็นก้อนของแข็งอุดตันระบบได้

กระบวนการผลิตที่แสดงในรูปที่ ๑ ข้างบนนั้น เริ่มจากการพอลิเมอร์ไรซ์โพรพิลีนใน 1st reactor ก่อน ซึ่งเป็น slurry phase โดยใช้โพรพิลีนเองเป็นตัวทำละลาย (เพราะสามารถใช้ความดันอัดโพรพิลีนให้เป็นของเหลว ณ อุณหภูมิทำปฏิกิริยาได้) ตัวเร่งปฏิกิริยาจะถูกป้อนเข้าไปใน 1st reactor โพรพิลีนบางส่วนจะกลายเป็นผงพอลิเมอร์เล็ก ๆ ซึ่งจะถูกแยกออกมาและป้อนเข้าสูง 2nd reactor ที่เป็น fluidised-bed

แก๊สที่ไหลผ่าน fluidised-bed นั้นมีอยู่ ๒ ส่วนด้วยกัน คือแก๊สโพรพิลีนที่ป้อนเข้ามาใหม่ และแก๊สโพรพิลีนที่ออกจากเบดโดยที่ไม่ได้ทำปฏิกิริยาและถูกวนรอบกลับมาใหม่ เมื่อระบบอยู่ในภาวะสมดุลนั้น ปริมาณโพรพิลีนที่ป้อนเข้ามาใหม่จะเท่ากับปริมาณผง polypropylene ที่ผลิตได้ ดังนั้นอัตราการไหลของแก๊สที่อยู่ใน loop จากด้านขาออกของ fluidised-bed ไปยัง heat exchanger ต่อไปยัง blower และกลับไปที่ fluidised-bed ใหม่นั้นควรจะคงที่

ส่วนบนของ fluidised-bed reactor นั้นจะมีขนาดพื้นที่หน้าตัดใหญ่กว่าส่วนเบด ทั้งนี้เพื่อให้แก๊สที่ไหลขึ้นมานั้นมีความเร็วลดลง อนุภาคที่ลอยขึ้นมาเหนือเบดพร้อมกับแก๊สจะได้ตกกลับลงไปในเบดใหม่

ความร้อนที่คายออกมาจากปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์ใน fluidised-bed นั้นจะออกมากับแก๊สที่ออกจากเบด และไประบายความร้อนให้กับน้ำหล่อเย็นที่ shell and tube heat exchanger นั้น

การที่แยก reactor ออกเป็นสองตัวนั้นก็เพราะแก๊สนั้นระบายความร้อนได้ไม่ค่อยดี ถ้าหากให้ปฏิกิริยาทั้งหมดเกิดที่ fluidised-bed เพียงอย่างเดียว จะทำให้การควบคุมอุณหภูมิทำได้ยาก การนำ slurry reactor มาวางไว้ก่อนหน้าจะช่วยให้ความร้อนจากปฏิกิริยาบางส่วนระบายออกที่ slurry reactor ก่อน (การระบายความร้อนที่ slurry reactor ใช้การระเหยของตัวทำละลายและไปควบแน่นที่ condenser ซึ่งเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพสูงกว่า ดู Memoir ปีที่ ๒ ฉบับที่ ๕๘)

เมื่อวานได้ไปเยี่ยมนิสิตผู้ที่ถามปัญหาดังกล่าว เขาก็เอารูปที่พี่ที่ทำงานถ่ายเอาไว้มาให้ดู ปรากฏว่าปัญหามันใหญ่กว่าที่ผมคิดเสียอีก คือผงพอลิเมอร์มัน "เคลือบ" ผิวท่อตั้งแต่ทางออกจาก fluidised-bed อุดตันทางเข้า heat exchanger (ซึ่งเป็น shell and tube) ผ่านไปถึง blower ลักษณะมันไม่เหมือนกับการเป็นผงไป "เกาะ" แต่เป็นเหมือนการสะสมของผงและหลอมรวมตัวกัน ผมก็เลยคิดว่าใช้คำว่า "เคลือบ" น่าจะให้ภาพที่ตรงกว่า

ตอนแรกผมนึกว่าเขาใช้ "compressor" ซึ่งจะมีปัญหามากถ้ามีของแข็งหลุดเข้าไปถึงตัวใบพัด แต่จากรูปที่เห็นคิดว่าเป็น "Axial flow blower" (คล้าย ๆ แบบพัดลมตามบ้านนั่นแหละ) มันก็เลยยังทำงานได้แม้ว่าจะมีอนุภาคของแข็งติดมากับแก๊สบ้าง

ในส่วนตัวผมเองที่เป็นคนนอก และได้รับฟังข้อมูลจากนิสิต (ที่ได้รับทราบเพียงข้อมูลบางส่วนจากวิศวกรผู้ควบคุมการฝึกงานซึ่งประจำอยู่ฝ่ายผลิต) นั้น เมื่อวานก็ได้ให้ความเห็น/คำถามกับนิสิตไปดังนี้

๑. ปัญหาที่เกิดคือมีผงพอลิเมอร์ขนาดละเอียดเกินไปอยู่ในระบบ และสามารถหลุดออกจาก fluidised-bed ด้วย สิ่งที่ต้องระบุคือผงอนุภาคขนาดเล็กละเอียดนี้เกิดขึ้นที่ไหน

๒. ตัวเร่งปฏิกิริยานั้น ป้อนเข้าที่เฉพาะ 1st reactor เท่านั้น หรือมีการป้อนเพิ่มเติมที่ fluidised-bed ด้วย ถ้ามีการป้อนเข้าที่เฉพาะ 1st reactor เท่านั้น นั่นแสดงว่าการเกิดผงพอลิเมอร์ต้องเกิดใน 1st reactor ก่อนจนมีขนาดอนุภาคระดับหนึ่ง จากนั้นจึงส่งผงพอลิเมอร์จาก 1st reactor เข้า fluidised-bed ซึ่งผงพอลิเมอร์จะมีขนาดโตขึ้นใน fluidised-bed นี้ ดังนั้นถ้าผงพอลิเมอร์จาก 1st reactor มีขนาดใหญ่มากพอ ดังนั้นเมื่อไหลเข้า fluidised-bed แล้วโอกาสที่จะหลุดออกไปทางด้านบนของเบดก็จะน้อยลง (หรือไม่ควรมี)

๓. ถ้ามีการป้อนตัวเร่งปฏิกิริยาเข้าที่เฉพาะ 1st reactor เท่านั้น แสดงว่าผงพอลิเมอร์ขนาดเล็กเกิดขึ้นใน 1st reactor ก่อน แต่ไม่สามารถเติบโตได้เร็วพอจนมีขนาดที่จะคงค้างอยู่ใน fluidised-bed ได้

๔. ในขณะนี้ทางบริษัทคิดว่าปัญหาเกิดจากการที่อนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาที่เตรียมได้นั้นมีขนาดไม่สม่ำเสมอ อนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีขนาดใหญ่บางตัวมีการแตกออกเป็นผงละเอียด และอนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาที่แตกออกเป็นผงละเอียดนี้เป็นตัวทำให้เกิดเป็นผงพอลิเมอร์ที่เล็กละเอียดจนหลุดลอยออกไปจาก fluidised-bed ได้ (ตามแบบจำลองของเขา ผงอนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยา 1 อนุภาคจะกลายเป็นผงพอลิเมอร์ 1 อนุภาค ดังนั้นจำนวนผงพอลิเมอร์ที่เกิดก็ควรจะเท่ากับจำนวนอนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาที่ป้อนเข้าระบบ) และผงพอลิเมอร์ที่ได้จะต้องมีขนาดที่ใหญ่กว่าขนาดอนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใส่เข้าไป

๕. ตามแบบจำลองอีกแบบนั้น (ที่ผมเคยผ่านตามาสมัยเรียนรู้กระบวนการผลิตพอลิเอทิลีน) เมื่อเริ่มเกิดพอลิเมอร์ พอลิเมอร์จะดันให้อนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาออกเป็นอนุภาคเล็ก ๆ ซึ่งจะทำหน้าที่เป็นแกนกลางให้เกิดผงพอลิเมอร์เติบโตต่อไป ซึ่งถ้าเป็นตามแบบจำลองนี้ การแตกของอนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาก็ไม่น่าจะเป็นต้นเหตุของปัญหา

๖. ผมลองเอาแบบจำลองตามข้อ ๔. และ ๕. ไปปรึกษากับนิสิตหญิงปริญญาเอกผู้หนึ่งที่ทำวิจัยทางด้านตัวเร่งปฏิกิริยาการสังเคราะห์พอลิโพรพิลีนและกำลังจะสอบจบ (ผมถือว่าเขามีประสบการณ์ด้านนี้มากกว่าผม เพราะเขามีประสบการณ์การทำการทดลองทางด้านนี้โดยตรง) ก็ได้ข้อสรุปดังนี้

(ก) ถ้าหากอนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยามีขนาดเล็ก และ active site ที่ทำให้เกิดปฏิกิริยานั้นอยู่บนพื้นผิวรอบนอกของอนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยา พอลิเมอร์ที่เกิดขึ้นก็จะหุ้มห่ออนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาเอาไว้ ทำให้อนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาไม่แตกออก (แบบจำลองตามข้อ ๔.)

(ข) แต่ถ้าหากอนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยามีขนาดใหญ่และมีรูพรุน และมี active site ที่ว่องไวมากอยู่ในรูพรุนด้วย active site ที่ว่องไวมากที่อยู่ในรูปพรุนจะทำให้เกิดพอลิเมอร์ในรูพรุนนั้น ซึ่งพอลิเมอร์ที่เกิดขึ้นจะทำให้อนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยานั้นแตกออกเป็นอนุภาคที่เล็กลง (แบบจำลองตามข้อ ๕.)

๗. ถ้าเป็นตามข้อ ๔. การป้องกันปัญหาคงจะไม่ได้อยู่ตรงที่การป้องกันไม่ให้ผงอนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาขนาดใหญ่เกิดการแตกเป็นผงละเอียดเท่านั้น แต่ยังรวมไปถึงการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาไม่ให้มีขนาดผงอนุภาคที่ละเอียดเกินไป

๘. แต่อีกปัจจัยที่ควรต้องนำมาพิจารณาก็คือความว่องไวของตัวเร่งปฏิกิริยา กล่าวคืออนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาที่เตรียมได้นั้นอาจมีความว่องไวที่ไม่สม่ำเสมอ ผงอนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีความว่องไวสูงก็จะทำให้โพรพิลีนเกิดเป็นพอลิเมอร์ห่อหุ้มตัวมันเองจนมีขนาดใหญ่พอ (หรือหนักมากพอ) ที่จะป้องกันไม่ให้มันหลุดลอยออกไปเหนือ fluidised-bed ได้ 

 

ส่วนผงอนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีความว่องไวต่ำจะไม่สามารถทำให้โพรพิลีนกลายเป็นพอลิเมอร์ห่อหุ้มตัวมันเองไว้จนมีขนาดใหญ่มากพอที่จะสามารถป้องกันตัวมันเองไม่ให้ถูกพัดพอออกไปจาก fluidised-bed ได้

๙. ถ้าเป็นตามข้อ ๘. ผมคิดว่าการแก้ปัญหาเบื้องต้นน่าจะอยู่ตรงที่ต้องให้ปฏิกิริยาเกิดใน 1st reactor มากขึ้น ซึ่งอาจทำโดยวิธีการต่อไปนี้วิธีการใดวิธีการหนึ่ง หรือหลายวิธีการร่วมกัน

(ก) จากวิชาจลนศาสตร์ที่เราเรียนนั้น ถ้าเป็น reactor ชนิด CSTR (continuous stirred tank reactor) ถ้าเราให้สารตั้งต้นอยู่ใน reactor นานมากขึ้น ค่า conversion ก็จะสูงขึ้น ดังนั้นถ้าเราให้เวลาตัวเร่งปฏิกิริยาอยู่ใน 1st reactor นานมากขึ้น ขนาดผงพอลิเมอร์ที่ได้ก็น่าจะโตมากขึ้น แต่เนื่องจาก 1st reactor มีปริมาตรคงที่ ดังนั้นถ้าต้องการให้อนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาอยู่ใน 1st reactor นานมากขึ้นก็ต้องลดอัตราการป้อนโพรพิลีนเข้า reactor ซึ่งการทำเช่นนี้จึงหมายถึงการไปลดกำลังการผลิต หรือ

(ข) จากวิชาจลนศาสตร์เช่นเดียวกัน ถ้าทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้นได้ ดังนั้นแม้ว่าเวลาที่สารตั้งต้นอยู่ใน reactor นั้นจะคงเดิม แต่ค่า conversion ก็จะเพิ่มมากขึ้น (น่าจะได้อนุภาคพอลิเมอร์ที่มีขนาดใหญ่ขึ้น) ในกรณีของปฏิกิริยานี้ซึ่งเกิดขึ้นในเฟสของเหลว ดังนั้นวิธีที่จะเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาได้ก็น่าจะเป็นการเพิ่มอุณหภูมิการทำปฏิกิริยาใน 1st reactor ให้สูงขึ้น เพื่อให้ปฏิกิริยาเกิดได้เร็วขึ้นในระยะเวลาทำปฏิกิริยาเท่าเดิม แต่ก็ต้องพิจารณาปัญหาอื่นร่วมด้วยเช่นการระบายความร้อน เป็นต้น

๑๐. แต่ถ้ามีการป้อนเข้าที่ fluidised-bed ด้วย (ข้อมูลตรงนี้ทางนิสิตเองก็ไม่แน่ใจเหมือนกัน) ผงพอลิเมอร์ที่เป็นผงละเอียดที่เป็นปัญหานั้นก็อาจเกิดตรงนี้ด้วย ดังนั้นความเห็นที่เขียนมาข้างต้นก็อาจจะผิดหมดก็ได้

๑๑. ส่วนเรื่องการติดตั้งอุปกรณ์ดักจับฝุ่นอนุภาคทางด้านขาออกนั้นผมคิดว่าถ้าทำได้เขาก็คงทำไปนานแล้ว เพราะที่ได้รับฟังมาดูเหมือนว่าปัญหานี้ไม่ใช่ว่ามันเพิ่งจะเกิด แต่มีมานานแล้ว การติดตั้งอุปกรณ์ดักจับด้านขาออกนั้นต้องคำนึงถึงความดันลดที่จะเพิ่มขึ้นในระบบ ซึ่งอาจจะส่งผลต่อรูปแบบการไหลของแก๊สที่ไหลผ่าน fluidised-bed และการทำงานของ blower ที่ใช้ในการหมุนเวียนแก๊ส พื้นที่ที่ต้องใช้ในการติดตั้ง และจะทำอย่างไรก็ฝุ่นที่ดักได้อีก

ที่เขียนมาข้างต้นเป็นบทสนทนาระหว่าง ผู้ที่ไม่ได้เห็นของจริง (คือผมเอง) กับผู้ที่ได้เห็นของจริงส่วนหนึ่งแต่ไม่ค่อยเข้าใจกระบวนการ (คือนิสิตฝึกงาน) ดังนั้นความเห็น/การคาดการณ์ที่เขียนมาข้างต้นทั้งหมดจะถูกหรือผิด จะใช้ได้หรือไม่ได้อย่างไร ผมเองก็คงจะให้คำตอบใด ๆ ไม่ได้ ถือว่าอ่านเล่น ๆ ก็แล้วกัน

สำหรับตัวนิสิตฝึกงานเองก็คงจะได้เห็นอะไรบ้างแล้วนะว่า ถ้าเราไม่สามารถใช้ความรู้ในตำราที่เรียนมาไปประยุกต์ใช้ในการแก้ปัญหา หรือไม่เชื่อถือการใช้ความรู้ในตำราที่เราเรียนกันมาในการแก้ปัญหา (โดยไม่สามารถบอกได้ว่ามันผิดอย่างไร) คอยแต่แก้ปัญหาด้วยการให้ไปหาว่าคนอื่นเขาทำกันอย่างไรจะได้ทำตามเขา ถ้าเป็นเช่นนี้ก็ไม่รู้เหมือนกันว่าเราจะเรียนหนังสือไปทำไมกัน 

 

และการให้ไปค้นทางอินเทอร์เน็ตว่าบริษัทอื่นเขาทำกันอย่างไรจะได้ลอกวิธีการมาเลยนั้นคงไม่ต้องรอให้มีนิสิตฝึกงานไปฝึกงานก่อนแล้วจึงค่อยทำ ลองถามดูซิว่าทางบริษัทของเขาเคยมีการบันทึกปัญหาต่าง ๆ ที่เกิดเพื่อไว้สืบค้นใช้เองในกลุ่มบริษัทเดียวกันและมีการนำเผยแพร่ให้คนอื่นได้รับรู้ด้วยหรือไม่ ถ้าเขาเองยังไม่เคยทำก็ไม่น่าจะคาดหวังว่าจะมีบริษัทอื่นใจดีทำให้เช่นเดียวกัน และถ้ามันมีการทำเผยแพร่จริงทางวิศวกรในบริษัทของเขาก็ควรที่จะหาเจอไปตั้งนานแล้ว (บริษัทของเขารับแต่คนเกรดสูง ๆ จากสถาบันชั้นนำในประเทศและต่างประเทศเข้าทำงานทั้งนั้นไม่ใช่เหรอ)

สิ่งที่คุณทำได้ในฐานะนิสิตฝึกงานก็คือเสนอแนวทางแก้ปัญหาต่าง ๆ และผลกระทบที่คาดว่าจะเกิดถ้าเลือกใช้วิธีการแก้ปัญหานั้น โดยต้องอิงจากพื้นฐานในวิชาต่าง ๆ ที่พวกคุณเรียนมา (โรงงานที่คุณฝึกงานอยู่มันก็ออกแบบโดยอิงพื้นฐานจากตำราที่พวกคุณเรียนอยู่เช่นเดียวกัน) ส่วนเขาจะเลือกใช้หรือไม่นั้นก็ขึ้นอยู่กับทางเขาเอง

มันไม่ใช่โรงงานของคุณนี่ แล้วคุณจะไปกลุ้มใจมันทำไม