เมื่อเช้าวันจันทร์ที่ผ่านมา
สาวน้อยผู้แสนเรียบร้อย
(จากกลุ่มวิจัยเพื่อนบ้าน)
แวะมาถามผมเรื่องปัญหาอัตราการไหลของแก๊สขาออกผ่าน
fixed-bed
ของเขาที่อุณหภูมิสูง
คือเขาวัดอัตราการไหลของแก๊สด้านขาออกจาก
reactor
(โดยใช้
bubble
flow meter) ในขณะที่ระบบยังเย็นอยู่
และพอเพิ่มอุณหภูมิ reactor
ไปเป็น
600ºC
ก็พบว่าอัตราการไหลลดลงเหลือประมาณครึ่งเดียว
คำถามของเขาก็คือสาเหตุเกิดจากอะไร
และจะแก้ไขได้อย่างไร
อันที่จริงเรื่องนี้เป็นเรื่องที่เกี่ยวข้องกับ
back
pressure (หรือความต้านทานการไหล)
ที่เปลี่ยนแปลงไป
ทำให้อัตราการไหลของแก๊สผ่านเบด
(เมื่อเราตั้งความดันแก๊สที่จ่ายจากถังให้คงที่)
เปลี่ยนแปลงไปได้
ส่วนสาเหตุที่ทำให้
back
pressure เปลี่ยนแปลงไปได้นั้นก็มีได้หลายสาเหตุ
ซึ่งสามารถส่งผลทำให้การไหลของแก๊สด้านขาเข้าเปลี่ยนแปลงไป
ดังเช่นที่เคยเล่าไว้ใน
Memoir
ก่อนหน้านี้
เช่น
ปีที่
๓ ฉบับที่ ๒๑๔ วันศุกร์ที่
๒๒ ตุลาคม ๒๕๕๓ เรื่อง
"การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติ ตอนที่ ๕ ความดันกับการควบคุมอัตราการไหล"
(Memoir ฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน
ไม่นำเนื้อหาลง blog)
ปีที่
๓ ฉบับที่ ๒๑๕ วันเสาร์ที่
๒๓ ตุลาคม ๒๕๕๓ เรื่อง
"การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติ ตอนที่ ๖ ความดันกับ 6-port sampling valveก"
ปีที่
๓ ฉบับที่ ๒๗๓ วันเสาร์ที่
๑๙ มีนาคม ๒๕๕๔ เรื่อง "GC-2014 FPD กับระบบ DeNOx ตอนที่ ๕ บันทึกเหตุการณ์วันที่ ๑ มีนาคม" (Memoir ฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน
ไม่นำเนื้อหาลง blog)
ปีที่
๓ ฉบับที่ ๒๗๗ วันเสาร์ที่
๒๖ มีนาคม ๒๕๕๔ เรื่อง
"สรุปปัญหาระบบ DeNOx (ภาค ๒)"
ปีที่
๔ ฉบับที่ ๔๗๒ วันเสาร์ที่
๓๐ มิถุนายน ๒๕๕๕ เรื่อง
"GC-2014 ECD & PDD ตอนที่ ๒๕ ตำแหน่งพีค NO และ N2O (ปรับแต่ง ๒ - ผลของอุณหภูมิ)"
รูปที่
๑ แผนผังของระบบที่มีการถามคำถาม
ระบบของสาวน้อยผู้แสนเรียบร้อยนั้น
ความดันของแก๊สที่ออกจากหัวถังคือ
5
bar จากนั้นจะปรับอัตราการไหลด้วย
manual
valve แล้วจึงผ่านเข้า
reactor
ที่เป็นท่อ
quartz
ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ
8
mm ภายในท่อ
quartz
นั้นบรรจุตัวเร่งปฏิกิริยาและ
silicon
carbide (SiC) โดย
SiC
มีขนาดอนุภาคประมาณ
250
mesh ความหนารวมของชั้น
fixed-bed
คือประมาณ
30
mm (คิดว่าคงไม่รวมชั้น
quartz
wool ที่ใช้รองรับเบด)
สำหรับสมาชิกในกลุ่มเราที่เคยมีประสบการณ์ทำการทดลองกับ
fixed-bed
คงจะเห็นปัญหาแล้วว่าเกิดจากอะไร
ขนาดอนุภาคที่เขาใช้นั้นละเอียดกว่าขนาดอนุภาคที่เราใช้มาก
และเบดของเขาก็มีความสูงมากกว่าเบดที่เราใช้มาก
จึงทำให้แม้ว่าจะอยู่ที่อุณหภูมิห้อง
ความดันลดคร่อมเบดก็สูงมากอยู่แล้ว
พอแก๊สมีอุณหภูมิสูงขึ้น
ความหนืดของแก๊สก็จะเพิ่มมากขึ้น
ทำให้แก๊สไหลผ่านเบดได้ยากขึ้น
อันที่จริงถ้าความสูงของเบดนั้นไม่มากเกินไป
เราจะพบว่าอัตราการไหลของแก๊สด้านขาออกของ
reactor
นั้นจะประมาณคงเดิม
ผมเคยมีประสบการณ์เช่นนี้มาก่อนแล้ว
คือเคยพบว่าพออุณหภูมิ
reactor
เพิ่มสูงขึ้น
flow
meter ที่วัดอัตราการไหลของแก๊สด้านขาเข้า
reactor
(ใช้ระบบลูกลอย)
บอกว่าอัตราการไหลของแก๊สโดยปริมาตรลดต่ำลง
แต่ pressure
indicator ที่อยู่ด้านขาเข้าของ
reactor
บอกว่าความดันด้านขาเข้าเบดสูงขึ้น
ดังนั้นเมื่อนำอัตราการไหลและความดันมาปรับค่าให้เป็นที่ความดันเดียวกัน
จะพบว่าอัตราการไหลยังคงเดิม
ในกรณีของสาวน้อยผู้แสนเรียบร้อยนั้น
แม้ว่าความดันด้านขาออกของแก๊สจากถังแก๊สจะสูงก็ตาม
(5
bar ในขณะที่เราใช้ประมาณ
1.5-2
bar เท่านั้นเอง)
แต่พอแก๊สไหลผ่านวาล์วปรับอัตราการไหล
ความดันก็จะลดลงอีก
ดังนั้นความดันของแก๊สที่ไหลผ่านเบดที่อุณหภูมิห้องคงไม่ใช่
5
bar แต่น่าจะต่ำกว่า
(ต่ำกว่ามากน้อยเท่าไรก็ไม่รู้
เพราะไม่รู้ว่าอัตราการไหลของแก๊สที่เขาใช้นั้นเป็นเท่าใด)
ผลจากอุณหภูมิการทดลองที่สูงร่วมกับเบดที่มีความแน่นมาก
ทำให้อัตราการไหลได้รับผล
กระทบจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่รุนแรง
นี่คือเหตุผลที่ผมได้ให้เขาไปเมื่อวันจันทร์
เมื่อวานบังเอิญคิดได้ถึงความเป็นไปได้อีกเรื่องหนึ่ง
(ส่วนจะเป็นสาเหตุที่แท้จริงหรือเปล่าก็ไม่รู้
เพราะผมคงไม่ได้ไปตรวจสอบ)
คือเป็นไปได้หรือไม่ที่จะมีแก๊สรั่วไหลเนื่องจากที่อุณหภูมิสูงจะทำให้ความดันของแก๊สด้านขาเข้าของเบดเพิ่มสูงขึ้น
ทำให้เกิดการรั่วไหลตรงบริเวณข้อต่อระหว่างท่อ
quartz
กับระบบ
tube
โลหะได้
ความเป็นไปได้นี้มีเหตุผลจากการที่
reactor
ที่เขาใช้นั้นเป็น
quartz
ในขณะที่ระบบ
tube
ของเขานั้นเป็นโลหะ
ระบบ tube
โลหะที่เราใช้นั้นเป็นระบบนิ้ว
ในขณะที่ท่อ quartz
นั้นเรามักจะนำมาจากประเทศญี่ปุ่นซึ่งใช้ระบบมิลลิเมตร
โดยปรกติเวลาที่เราจะต่อท่อที่เป็นแก้วหรือ
quartz
เข้ากับระบบท่อโลหะนั้น
จะต้องใช้ ferrule
ที่ทำจากแกรไฟต์หรือเทฟลอน
ถ้าหากท่อแก้วหรือ quartz
ที่ใช้นั้นเป็นระบบนิ้ว
(หรือมิลลิเมตร)
เช่นเดียวกับระบบท่อโลหะที่เชื่อมต่อเข้า
ถ้าต่ออย่างถูกวิธีปัญหาเรื่องการรั่วไหลของแก๊สมักจะไม่มี
(เวลาต่อคอลัมน์แก้ว
GC
เข้ากับท่อ
carrier
gas ของ
GC
ก็เป็นเช่นนี้)
แต่ถ้าเราเอาท่อแก้วหรือ
quartz
ที่เป็นระบบมิลลิเมตรมาต่อเข้ากับท่อโลหะที่เป็นระบบนิ้ว
เราจะพบว่าท่อ quartz
นั้นจะมีขนาดเล็กกว่าเล็กน้อย
ซึ่งสังเกตได้จากการที่
ferrule
ระบบนิ้วที่ใช้นั้นจะไม่จับกับตัวท่อเลย
(เลื่อนไปมาได้สะดวก)
การแก้ปัญหาที่มักกระทำคือเอาเทฟลอนที่ใช้พันเกลียวท่อมาพันตรง
ferrule
เพื่อให้
ferrule
จับกับท่อให้แน่น
แต่การทำเช่นนี้ถ้าทำไม่ดีพอก็สามารถทำให้แก๊สรั่วตรงตำแหน่งนี้ได้ง่ายเมื่อความดันในระบบเพิ่มสูงขึ้น
สิ่งที่ผมยังติดใจก็คือ
เขาบอกว่าเขาก็ทำการทดลองตามแบบรุ่นพี่
แต่ดูเหมือนว่ารุ่นพี่ของเขาไม่เคยสังเกตเห็นปัญหาดังกล่าว
เขาเพิ่งจะมาสังเกตเห็นเอาตอนนี้
แล้วผลการทดลองที่ได้ทำไปก่อนหน้านี้ล่ะ
จะเป็นอย่างไร
