ในกระบวนการผลิตทางวิศวกรรมเคมีนั้น
มีบ่อยครั้งที่มีการไหลของของเหลวระหว่าง
vessel
ปิดผนึกสอง
vessel
โดยอาศัยแรงโน้มถ่วง
โดยให้ของเหลวไหลจาก vessel
ใบหนึ่งที่อยู่สูง
ลงสู่ vessel
อีกใบหนึ่งที่อยู่ต่ำกว่า
ตัวอย่างของกระบวนการดังกล่าวได้แสดงไว้ในรูปที่
๑ และ ๒ เช่น vessel
ใบแรกนั้นอาจเป็น
Flash
drum(๑)
ที่มีการป้อนของเหลวความดันสูงเข้าสู่
vessle
ดังกล่าวผ่านทางวาล์วลดความดัน
ของเหลวที่ไหลผ่านวาล์วลดความดันจะมีความดันลดลง
ทำให้พวกที่มีจุดเดือดต่ำ
(ซึ่งเป็นของเหลวภายใต้ความดัน)
ระเหยกลายเป็นไอออกมา
โดยส่วนที่เป็นของเหลวจะมีแต่พวกที่มีจุดเดือดสูง
ไอที่เกิดขึ้นจะระบายออกทางด้านบนของ
flash
drum เข้าสู่เครื่องควบแน่น(๒)
ที่ติดตั้งอยู่
ณ ระดับที่สูงกว่าระดับ
flash
drum เครื่องควบแน่นนี้จะลดอุณหภูมิส่วนที่เป็นไอให้ต่ำลง
เพื่อแยกเอาสารที่มีจุดเดือดสูง
(ที่มีการระเหยบางส่วนติดไปกับส่วนที่เป็นไอ)
ออกจากพวกที่มีจุดเดือดต่ำ
ทำให้ส่วนที่เป็นไอมีเฉพาะสารที่มีแต่พวกจุดเดือดต่ำเป็นหลัก
ของเหลวที่ควบแน่นได้ที่เครื่องควบแน่นนี้จะถูกส่งกลับไปยัง
flash
drum เพื่อไปรวบรวมกับของเหลวที่แยกได้จากการ
flash
และระบายออกทางด้านล่างของ
flash
drum ต่อไป
อีกตัวอย่างหนึ่งของกระบวนการดังกล่าวได้แก่การระบายความร้อนออกจากเครื่องปฏิกรณ์ด้วยการให้ของเหลวเดือด
เช่นในกระบวนการพอลิเมอร์ไรซ์แบบสเรอรี่
(slurry
phase polymerisation) หรือแบบสารละลาย
(solution
phase polymerisation) ปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์
(ซึ่งเป็นปฏิกิริยาคายความร้อน)
จะเกิดขึ้นในตัวทำละลาย
การระบายความร้อนสามารถกระทำได้ผ่านทางผนังของเครื่องปฏิกรณ์
หรือการนำเอาเฟสของเหลวในเครื่องปฏิกรณ์มาระบายความร้อนด้วยเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ติดตั้งภายนอก
เพื่อให้เย็นตัวลงก่อนป้อนกลับเข้าไปใหม่
แต่วิธีการที่มีประสิทธิภาพสูงกว่าและระบายความร้อนได้มากกว่าคือการคุมความดันของเครื่องปฏิกรณ์
โดยปรับความดันในเครื่องปฏิกรณ์เพื่อให้ตัวทำละลายเดือด
ณ อุณหภูมิที่ต้องการทำปฏิกิริยา
(ดู
Memoir
ปีที่
๒ ฉบับที่ ๕๘ วันอาทิตย์ที่
๒๐ กันยายน ๒๕๕๒ เรื่อง
"Ethylene polymerisation" ประกอบ)
ไอของตัวทำละลายที่ระเหยออกทางด้านบนของเครื่องปฏิกรณ์จะระบายความร้อนออกยังเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ติดตั้งอยู่
ณ ตำแหน่งที่สูงกว่า
กลับกลายเป็นของเหลวใหม่
ของเหลวที่ได้จากการควบแน่นนี้จะไหลกลับไปยังเครื่องปฏิกรณ์โดยอาศัยแรงโน้มถ่วง
ตัวอย่างที่แสดงในรูปที่
๑ และ ๒ นั้น เราต้องการให้แก๊สไหลจาก
flash
drum ที่อยู่ด้านล่างไปตามเส้นทางสีน้ำเงิน
และให้ของเหลวที่ได้จากการควบแน่นไหลจากเครื่องควบแน่นกลับมายัง
flash
drum ทางท่อสีส้ม
ท่อสีน้ำเงินที่เป็นท่อให้แก๊สไหลนั้นไม่มีปัญหาเรื่องการไหลของของเหลวสวนทางลงมา
(เพราะมันเข้ายังด้านบนของเครื่องควบแน่น)
แต่ท่อสีส้มที่ให้ของเหลวไหลกลับลงมานั้นจะมีปัญหาเรื่องแก๊สที่เกิดขึ้นใน
flash
drum ไหลย้อนขึ้นไปได้
ซึ่งจะส่งผลให้การไหลของของเหลวติดขัด
หรือไม่ก็ทำให้แก๊สบางส่วนไหลลัดเส้นทางจาก
flash
drum ไปยังด้านขาออกของเครื่องควบแน่นได้โดยไม่ผ่านการควบแน่น
รูปที่
๑ การใช้ seal
pot ป้องกันแก๊สไหลขึ้นไปทางท่อระบายของเหลวลงจากเครื่องควบแน่น
(ท่อสีส้ม)
ของเหลวที่รวบรวมได้ที่
seal
pot อาจระบายจาก
seal
pot ทางด้านล่างไปยัง
vessel
ตัวอื่น
หรือปล่อยให้ไหลล้นกลับเข้าไปใน
flash
drum เส้นทางของเหลวระบายออกทางด้านล่างของ
seal
pot ยังใช้เป็นเส้นทางระบายของเหลวใน
seal
pot ทิ้งเมื่อต้องทำการซ่อมบำรุงด้วย
เพื่อป้องกันการไหลสวนทางดังกล่าวจึงต้องหาทางให้แก๊สไม่สามารถไหลย้อนขึ้นไปทางเส้นทางการไหลของของเหลว
(เส้นสีส้ม)
ได้
วิธีการง่าย ๆ
ที่กระทำกันก็คือใช้ของเหลวที่ควบแน่นได้นั้นเป็นตัวปิดกั้น
อย่างเช่นในรูปที่ ๑
นั้นของเหลวที่ไหลมาจากเครื่องควบแน่นจะถูกรวบรวมไว้ใน
seal
pot ก่อน
โดยปลายท่อที่มาจากเครื่องควบแน่นนั้นจะอยู่ต่ำกว่าระดับของเหลวใน
seal
pot
ของเหลวที่รวบรวมได้จะล้นออกจาก
seal
pot
ทางช่องทางออกที่อยู่ที่ระดับที่สูงกว่าปลายท่อที่มาจากเครื่องควบแน่น
ทั้งนี้เพื่อให้มั่นใจว่าปลายท่อที่มาจากเครื่องควบแน่นนี้จมอยู่ใต้ผิวของเหลวตลอดเวลา
ระยะระหว่างปลายท่อที่จุ่มในของเหลวกับช่องทางให้ของเหลวไหลออกจาก
seal
pot
เป็นตัวเพิ่มความดันขั้นต่ำที่แก๊สต้องมีเพื่อจะไหลสวนทางขึ้นไปตามท่อระบายของเหลวลงล่าง
ผลที่เกิดขึ้นก็คือความดันต้านทานการไหลของแก๊สในเส้นทางสีน้ำเงินจะต่ำกว่าการไหลในเส้นทางสีส้ม
ทำให้แก๊สไหลในเส้นทางสีน้ำเงินเพียงอย่าเดียว
ไม่ไหลสวนทางขึ้นไปตามเส้นทางการไหลลงล่างของของเหลว
(เส้นสีส้ม)
รูปที่
๒ การออกแบบระบบท่อให้เป็น
loop
รูปตัวยูเพื่อกักของเหลว
ของเหลวจะถูกกักอยู่ในท่อส่วนที่ไหลลงมาจากเครื่องควบแน่นและส่วนที่ไหลขึ้นของ
loop
ของเหลวส่วนเกินจะไหลล้นข้าม
loop
ลงไปใน
flash
drum ในกรณีนี้จะมีการติดตั้งวาล์ว
bypass
ตัว
loop
เอาไว้ด้วยเพื่อใช้สำหรับระบายของเหลวที่ถูกกักไว้ในท่อส่วนดังกล่าวเมื่อต้องทำการซ่อมบำรุง
รูปที่
๒
ข้างบนเป็นอีกวิธีการหนึ่งในการป้องกันไม่ให้แก๊สไหลย้อนขึ้นไปทางท่อสีส้ม
ในรูปนี้ใช้การวางระบบท่อให้เป็นรูปตัวยูคว่ำตั้งขึ้น
(∩)
ระดับความสูงของตัวยูนั้นต้องมั่นใจว่าเมื่อมีของเหลวมากักขังแล้วจะทำให้ความต้านทานการไหลของแก๊สในเส้นทางนี้
(เส้นสีส้ม)
สูงกว่าเส้นทางที่ต้องการให้แก๊สไหล
(เส้นสีน้ำเงิน)
ตัว
loop
จะมีการติดตั้งวาล์ว
bypass
เอาไว้เพื่อเอาไว้ใช้ตอนซ่อมบำรุงระบบท่อ
(ในระหว่างใช้งานปรกติวาล์วตัวนี้จะปิดอยู่)
เมื่อเปิดวาล์ว
bypassของเหลวที่ค้างอยู่ใน
loop
ก็จะไหลลงสู่
flash
drum และระบายทิ้งออกทางด้านล่างของ
flash
drum
การทำ
loop
ตัวยูนี้ถ้าเป็น
loop
ที่เป็นรูปตัวยูหงายห้อยลงข้างล่าง
(U)
ก็สามารถป้องกันการแก๊สไหลย้อนสวนทางได้เช่นเดียวกัน
แต่ในกรณีหลังนี้ต้องมีการติดตั้ง
drain
valve ไว้ที่ด้านล่างสุดของ
loop
เพื่อระบายของเหลวที่ค้างอยู่ใน
loop
เมื่อต้องทำการซ่อมบำรุง
ในตอนที่
๒ ของเรื่องนี้จะกล่าวถึงการใช้
loop
รูปตัวยูในการรักษาระดับของเหลวใน
vessel
ให้คงที่
โดยยังคงป้องกันการรั่วไหลของแก๊สออกมานอก
vessel
หมายเหตุ
(๑)
Flash
เป็นกระบวนการหนึ่งที่ใช้ในการแยกของเหลวที่มีจุดเดือดต่างกันออกจากกัน
โดยอาศัยการทำให้ของเหลวร้อนภายใต้ความดัน
เมื่อลดความดันของเหลวดังกล่าวลง
สารที่มีจุดเดือดต่ำก็จะระเหยออกมาเป็นไป
โดยสารที่มีจุดเดือดสูงยังคงสภาพเป็นของเหลวอยู่
การทำให้ส่วนที่เป็นไอมีสัดส่วนสารที่มีจุดเดือดต่ำเพิ่มมากขึ้นทำได้โดยการทำให้ส่วนไอเย็นลงอีก
ทำให้พวกที่มีจุดเดือดสูงที่มีการระเหยเป็นไอได้บ้างส่วนนั้นควบแน่นกลับเป็นของเหลว
ทำให้ไอที่ออกจากเครื่องควบแน่นมีสัดส่วนสารที่มีจุดเดือดต่ำเพิ่มมากขึ้นไปอีก
(๒)
เครื่องควบแน่นที่ผมวาดไว้ในรูปที่
๑ และ ๒ นั้นเป็นชนิด shell
and tube ที่ในส่วน
tube
นั้นมีการไหลวกกลับ
ในรูปนั้นแก๊สจะไหลเข้าทางด้านบนซ้ายลงมาตามท่อที่อยู่ทางซีกซ้าย
ช่วงนี้เป็นช่วงที่มีการควบแน่นเกิดเป็นของเหลวขึ้นมาก
การที่แก๊สไหลจากบนลงล่างเป็นการไหลในทิศทางเดียวกันกับของเหลวที่เกิดขึ้น
ทำให้แก๊สช่วยดันของเหลวให้ตกลงสู่ด้านล่างของเครื่อง
เมื่อถึงด้านล่างแล้วแก๊สจะไหลวกกลับย้อนขึ้นไปตามท่อที่อยู่ทางซีกขวาของตัวเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน
ในซีกขวานี้ยังมีการควบแน่นเกิดขึ้นได้บางส่วน
แต่ปริมาณของเหลวที่เกิดขึ้นจะไม่มาก
ดังนั้นของเหลวที่เกิดขึ้นจะค่อย
ๆ ไหลไต่ลงมาตามผิวท่อ
สวนทางกับแก๊สที่ไหลขึ้นไป
การที่ให้แก๊สไหลย้อนกลับขึ้นไปทางด้านบนก็เพื่อลดการมีของเหลวติดไปด้วย
เพราะถ้าให้แก๊สไหลในทิศทางเดียวคือจากบนลงล่าง
และให้ไหลออกทางด้านล่างของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน
ก็มีโอกาสที่ของเหลวบางส่วนจะหลุดออกไปกับแก๊สที่ไหลออกจากเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนได้
ที่กล่าวมาข้างต้นนั้นเป็นเพียงแค่วิธีการหนึ่งเท่านั้นในการแยกไม่ให้ของเหลวไหลปนไปกับแก๊สที่ไหลออกจากเครื่องควบแน่น
การออกแบบช่องทางการไหลออกของแก๊สที่เหมาะสม
หรือการเผื่อที่ว่างระหว่างผิวของเหลวที่ควบแน่นได้กับท่อทางออกของแก๊สเอาไว้มากพอ
ก็สามารถให้แก๊สไหลออกทางด้านล่างได้เช่นเดียวกัน
