วันอังคารที่ 12 มิถุนายน พ.ศ. 2555

การลดการระเหยของของเหลว MO Memoir : Tuesday 12 June 2555


เหตุเกิดตอนทำแลปเมื่อบ่ายวันวาน เห็นนิสิตเอาฟลาสค์แกว่งไปมาในน้ำร้อนของ water bath อยู่

ผม : ไม่เมื่อยมือเหรอ
นิสิต : เมื่อยครับ
ผม : ไม่ร้อนมือเหรอ
นิสิต : ร้อนครับ
ผม : แล้วไม่เอาไอ้ที่วางไว้ให้เอามาใช้ล่ะ (ชี้ให้ดูโต๊ะข้าง ๆ)
นิสิต : อ้าว ผมนึกว่าเอามาวางไว้ให้ฝึกออกกำลังกาย

ในเมื่อการสอบเข้ามหาวิทยาลัยนั้นไม่ได้สอบภาคปฏิบัติ ดังนั้นปัจจุบันจึงไม่ใช่เรื่องแปลกที่จะพบว่านิสิตที่เข้ามาเรียนปี ๑ นั้นอาจจะไม่มีประสบการณ์ทำแลปเคมีกันเลย และเมื่อผ่านปี ๑ แล้วก็ยังอาจถือได้ว่ามีประสบการณ์น้อยมาก บรรดาอุปกรณ์ต่าง ๆ อาจจะเรียกชื่อไม่ถูก หรือไม่ก็ไม่รู้ว่ามีอุปกรณ์อะไรให้ใช้งานบ้าง

Memoir ฉบับนี้ก็เลยขอแนะนำให้รู้จักกับของใช้พื้นฐานบางอย่างในห้องแลป

รูปที่ ๑ อ่าง water bath น้ำร้อน ลูกบอลพลาสติกที่ลอยอยู่จะไปลดพื้นผิวหน้าของน้ำ ทำให้การระเหยของน้ำลดลงไปมาก ถ้าไม่มีลูกบอลลอยอยู่น้ำจะระเหยหมดเร็ว ต้องคอยเติมน้ำอยู่เรื่อย ๆ ส่วนห่วงแดง ๆ ที่คล้องคอขวดฟลาส์คอยู่เป็นห่วงโลหะเอาไว้ถ่วงน้ำหนัก ไม่ให้ขวดฟลาส์คลอย

ในห้องปฏิบัติการเคมีนั้นจะมี water bath สำหรับอุ่นให้ความร้อน เมื่อเราอุ่นน้ำให้ร้อนขึ้นน้ำจะระเหยเร็วมากขึ้น การลดการระเหยของน้ำทำได้โดยการลดพื้นที่ผิวสัมผัสระหว่างน้ำกับอากาศให้น้อยลง วิธีการที่ทำกันทั่วไปในห้องปฏิบัติการเคมีคือใช้ลูกบอลพลาสติกที่ทนความร้อนและลอยน้ำได้ มาลอยอยู่บนผิวหน้าน้ำ (ดังแสดงในรูปที่ ๑)

เครื่องแก้วชิ้นหนึ่งที่เรามักจะเอาไปแช่น้ำใน water bath เป็นประจำก็คือขวดฟลาสค์ แต่เนื่องจากขวดฟลาสค์มีน้ำหนักเบาและลอยน้ำได้ ก็เลยต้องหาวิธีถ่วงน้ำหนักไม่ให้มันลอย อุปกรณ์ที่ใช้ก็คือห่วงโลหะ (ที่มีอยู่ก็มีทั้งทำจากเหล็กและตะกั่ว) สำหรับสวมครอบลงไปบนคอขวดฟลาสค์ (ห่วงแดง ๆ ในรูปที่ ๑)

การลดการระเหยของของเหลวยังมีการนำมาใช้ในอุตสาหกรรมสำหรับการเก็บของเหลวที่ระเหยได้ง่าย อุตสาหกรรมหนึ่งที่ใช้กันมากคือโรงกลั่นน้ำมัน น้ำมันดิบจะมีส่วนที่เป็นน้ำมันเบาที่ระเหยได้ง่าย ดังนั้นต้องหาทางป้องกันไม่ให้ระเหย (หรือลดการระเหยให้เหลือน้อยที่สุด) ก่อนที่จะนำไปกลั่น น้ำมันเบนซิน (หรือแก๊สโซลีน) ก็เป็นน้ำมันที่ระเหยได้ง่ายเช่นเดียวกัน ดังนั้นเมื่อผลิตเสร็จแล้วก็ต้องเก็บเอาไว้อย่างดีไม่ให้ระเหย ซึ่งไอระเหยไม่เพียงแต่จะเป็นการสูญเสียผลิตภัณฑ์ที่จะขายได้ แต่ยังทำให้เกิดปัญหามลพิษทางอากาศด้วย

วิธีการแก้ปัญหาคือการเก็บน้ำมันในถัง (tank) ที่มีหลังคาแบบที่เรียกว่า Floating roof

Floating roof tank เป็นถังเก็บที่ฝาถังจะลอยอยู่บนผิวบนของของเหลว เมื่อของเหลวในถังมีปริมาณมากขึ้น ฝาถังก็จะลอยสูงขึ้น และเมื่อระดับของเหลวในถังลดต่ำลง ฝาถังก็จะลดต่ำลง การที่ฝาถังลอยอยู่บนผิวหน้าของเหลวทำให้ไม่มีช่องว่างที่จะให้ของเหลวระเหยได้ จึงเป็นการลดการสูญเสียเนื่องจากการระเหย

รูปที่ ๒ แผนผังโครงสร้างของ Floating roof tank

องค์ประกอบหลักของ Floating roof tank ได้แสดงไว้ในรูปที่ ๒ บริเวณขอบฝาถังตรงใกลักับผนังของถังจะมีระบบประเก็นที่ยอมให้ฝาถังลอยขึ้น-ลงได้อย่างอิสระ แต่ยังสามารถป้องกันไม่ให้ไอน้ำมันระเหยผ่านออกมาได้ และยังต้องมีระบบสำหรับระบายน้ำฝน เพื่อป้องกันไม่ให้น้ำฝนสะสมอยู่บนฝาถัง ซึ่งจะทำให้ฝาถังรับน้ำหนักมากและอาจจมลงได้

เพื่อป้องกันการสะสมของน้ำฝนหรือหิมะบนฝาถังแบบ Floating roof ก็อาจใช้วิธีสร้าง Cone roof ครอบเอาไว้อีกชั้นก็ได้

เรื่อง Cone roof tank นี้เคยกล่าวเอาไว้แล้วใน Memoir ปีที่ ๓ ฉบับที่ ๓๐๑ วันศุกร์ที่ ๑๓ พฤษภาคม ๒๕๕๔ เรื่อง "การควบคุมความดันในถังบรรยากาศ (Atmospheric tank)" ลองไปหาอ่านเอาเองก็แล้วกัน

รูปที่ ๓ ภาพถ่ายดาวเทียมของ Tank farm ของคลังเก็บน้ำมันแห่งหนึ่ง จะเห็นถังเก็บแบบ Floating roof tank อยู่เต็มไปหมด ในรูปนี้แสงอาทิตย์ส่องเป็นมุมมาจากทางด้านล่างขวาของภาพขึ้นไปทางมุมซ้ายบน สำหรับ Floating roof tank จึงเห็นเป็นเงาของผนังถังปรากฏบนฝาถังที่อยู่ต่ำลงไปในตัวถัง โดยมีถังเก็บแบบ Spherical tank อยู่ที่มุมล่างซ้ายของภาพ