เตือนแล้วไม่เชื่อ MO Memoir : Monday 18 March 2556

ไม่ตั้งใจจะเขียนเรื่องนี้ในวันนี้ แต่หลังจากสอบตั้งแต่เช้าจนบ่ายสามคนรวดกว่า ๕ ชั่วโมง ก็เลยคิดว่าไม่เขียนไม่ได้

ในการสอบโครงร่างนั้นผมจะพิจารณาว่าหัวข้อที่จะทำวิจัยนั้นมีความหมาะสมหรือไม่ และผู้ทำวิจัยนั้นมีความชัดเจนในเรื่องที่ตัวเองจะกระทำมากเพียงใด คำถามต่าง ๆ ที่ถามไปนั้นเป็นเรื่องปรกติที่จะเป็นการตรวจสอบว่าผู้ทำวิจัยได้พิจารณาครอบคลุมประเด็นต่าง ๆ อย่างกว้างขวางและมีความรู้พื้นฐานในเรื่องที่ตัวเองจะทำดีเท่าใด ผมว่าคนที่โดนกรรมการถามหนัก ๆ ตอนสอบโครงร่างนั้นเป็นผู้โชคดีมาก เพราะถ้าเขาตอบไม่ได้เขาก็มีเวลาไปเตรียมตัวเพื่อตอบคำถามดังกล่าวตอนสอบวิทยานิพนธ์ 
  

แต่บ่อยครั้งที่ผมพบว่าสิ่งที่กรรมการได้เตือนไปตอนสอบโครงร่างนั้นมักจะถูกละเลย จะด้วยเหตุผลใดก็ตามแต่ สุดท้ายก็ต้องมาเชือดกันตอนสอบวิทยานิพนธ์

๑. ๒๐ ปีที่แล้วทำได้ดีกว่านี้

ปฏิกิริยาที่เขานำเสนอคือการออกซิไดซ์ o-xylene ไปเป็น phthalic anhydride ซึ่งในโรงงานนั้นปฏิกิริยานี้จะเกิดใน multi-tubular fixed-bed reactor ที่มีการใช้เกลือหลอมเหลว (molten salt) เป็นตัวระบายความร้อน รูปร่างเครื่องปฏิกรณ์นั้นจะเป็นเสมือน shell and tube heat exchanger ที่วางตั้ง โดยมีตัวเร่งปฏิกิริยาบรรจุอยู่ในส่วน tube และเกลือหลอมเหลวอยู่ในส่วน shell

รูปที่ ๑ การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิใน fixed-bed reactor ที่ใช้ผลิต phthalic anhydride จากการออกซิไดซ์ o-xylene เปรียบเทียบระหว่างข้อมูลจากการวัดจริงของ reactor ในโรงงานกับผลการทำนายด้วยแบบจำลอง
  

ตอนที่ผมเห็นแบบจำลองเครื่องปฏิกรณ์ที่เขานำเสนอตอนสอบโครงร่าง (แบบจำลอง 1 มิติ และกลไกการเกิดปฏิกิริยาแบบง่าย ซึ่งไม่ตรงกับความจริง) ผมก็เตือนเขาเอาไว้แล้วว่าแบบจำลองของปฏิกิริยานี้มีคนเขาทำมากันเยอะแล้ว และพัฒนาไปถึงไหนต่อไหนแล้ว แบบจำลองที่เขานำมาเสนอนั้นมันย้อนหลังไปร่วม ๕๐ ปีที่แล้ว สมัยที่ยังใช้ analogue computer ในการคำนวณ ซึ่งในยุคสมัยนั้นมันเป็นสิ่งที่ยอมรับกันได้ แต่มันไม่ใช้ในยุคสมัยนี้ และเมื่อ ๒๐ ปีที่แล้วเขาก็แก้ปัญหาแบบจำลองของเครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าวกันได้ด้วยไมโครคอมพิวเตอร์ที่ด้อยกว่าในปัจจุบันมาก แถมยังต้องเขียนโปรแกรมไม่ FORTRAN ก็ C แก้ปัญหากันเอง ไม่มีโปรแกรมสำเร็จรูปช่วยเหมือนในปัจจุบัน
  

รูปที่ ๑ ที่นำมาแสดงเป็นงานของนิสิตปริญญาโทรหัส ๓๙ ที่มาสอบวิทยานิพนธ์ในวันที่ ๘ พฤศจิกายน ๒๕๔๒ เขาเขียนโปรแกรมภาษา C โดยใช้ระเบียบวิธี Finite difference แก้ปัญหาระบบสมการ 2 มิติ (คิดการเปลี่ยนแปลงทั้งในแนวแกนและแนวรัศมี) โดยใช้แบบจำลองทางจลนศาสตร์ที่มีสารต่าง ๆ เกี่ยวข้องถึง 5 ตัว (สารตั้งต้น สารมัธยันต์ และผลิตภัณฑ์) แถมมีการปรับค่าความว่องไวของตัวเร่งปฏิกิริยาอีก ซึ่งเขาก็พบว่าสามารถสร้างแบบจำลองที่สามารถประมาณการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิในเครื่องปฏิกรณ์ของจริงได้ดี

อีกเรื่องที่เป็นปัญหาและเจอเป็นประจำคือพื้นฐานเรื่อง "จลนศาสตร์การเกิดปฏิกิริยา" กับ "สมดุลเคมี" นั้นไม่ดีพอ ทำให้เกิดความสับสนและเข้าใจผิดได้ โดยชอบเอาเรื่องสมดุลเคมีมาใช้อธิบายผลของอุณหภูมิต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี เรื่องนี้ผมได้เคยเล่าไว้แล้วใน memoir ปีที่ ๓ ฉบับที่ ๒๔๐ วันศุกร์ที่ ๗ มกราคม ๒๕๕๔ เรื่อง "อุณหภูมิ อัตราการเกิดปฏิกิริยา สมดุลเคมี"

เรื่องนี้ได้เตือนเอาไว้ตั้งแต่ตอนสอบโครงร่างวิทยานิพนธ์แล้ว อาจารย์ที่ปรึกษาเขาก็ได้เตือนเอาไว้แล้วถึงพฤติกรรมที่มันไม่น่าจะถูกต้องของผลการคำนวณ แต่เขาก็ไม่เชื่อ จนกระทั่งมาถูกต้อนเข้ามุมในห้องสอบ

๒. เอา Level controller คุมอัตราการไหลของแก๊ส

รูปจาก ASPEN ในวิทยานิพนธ์ของเขานั้นบอกว่าผลิตภัณฑ์ไอยอดหอกลั่นประกอบด้วย HI H₂O และ H₂ ไอดังกล่าวถูกควบแน่นในเครื่องควบแน่นตัวที่หนึ่งด้วยน้ำหล่อเย็น ได้ผลิตภัณฑ์เป็นของเหลวทั้งหมด (เพราะมันออกทางด้านล่าง) ของเหลวที่ได้แบ่งเป็นสองส่วน ส่วนหนึ่งส่งกลับเข้าหอกลั่นในฐานะ reflux และส่วนที่เหลือใช้ level controller คุมการป้อนเข้าเครื่องควบแน่นตัวที่สองเพื่อแยกออกเป็นผลิตภัณฑ์ H₂ ที่เป็นแก๊สและ H₂O ที่เป็นของเหลว

อ่านย่อหน้าบนแล้วรู้สึกว่ามันมีอะไรแปลก ๆ ไหม

level controller ใช้คุมระดับ "ของเหลว" ในการควบแน่นผลิตภัณฑ์ที่เป็นไอยอดหอกลั่นนั้นแก๊สไฮโดรเจนจะไม่ควบแน่นออกมา จะยังคงเป็นแก๊สอยู่ ดังนั้นสิ่งที่เขาเขียนในแบบจำลองว่าเอาของเหลวจากเครื่องควบแน่นตัวที่หนึ่งไปลดอุณหภูมิอีกด้วยเครื่องควบแน่นตัวที่สองนั้น จะเกิดการแยกออกเป็นแก๊สไฮโดรเจนและน้ำที่เป็นของเหลวจึงเป็นสิ่งที่ผิด (แต่ ASPEN มันดันคำนวณให้ได้)
  

ประเด็นตรงนี้มีกรรมการซักถามว่าแผนผังกระบวนการที่เขานำมาแสดงกับแผนผังที่ใช้ในการคำนวณจริงนั้นมันเหมือนกันหรือไม่ ก็ปรากฏว่าเขาไม่สามารถแสดงได้ เลยมีการขอให้วาดรูปให้ดู ก็ได้แผนยังออกมาดังรูปที่ ๒ ลองพิจารณาตรงสาย reflux ดูเอาเองก็แล้วกัน

รูปที่ ๒ รูปที่เขาเขียนตอบคำถามกรรมการว่า reflux อะไรกลับเข้าหอกลั่น ดูตรงสายไอที่เป็นผลิตภัณฑ์ยอดหอนะว่ามันแยกออกไปทางไหนบ้าง

๓. คล้ายไม่ได้แปลว่าเหมือนหรือใช้แทนกันได้

เรื่องนี้เจอประจำกับพวกทำ modelling แล้วไม่ยอมเขียนสมการขึ้นมาเองจากดุลมวลสารดุลพลังงาน แต่ใช้การไปค้นบทความดูว่ามีใครทำอะไรที่มัน "คล้าย" กับที่คิดจะทำไหม แล้วก็ลอกเอามาเลย

กว่าจะมาเป็นรูปสมการอนุพันธ์ได้นั้นมันต้องผ่านการตั้ง control volume แล้วทำดุลมวลสาร ดุลพลังงาน เติมข้อสมมุติเท่าที่จำเป็น และควรมีเหตุผลรองรับด้วยว่าการเติมข้อสมมุติแต่ละข้อนั้นทำไปด้วยเหตุผลใด
  

ดังนั้นการที่จะตอบว่าทำไมถึงเลือกสมการหน้าตาอย่างนี้มาใช้ มันต้องแสดงให้เห็นว่าที่มาที่ไปและเหตุผลรองรับมันเป็นอย่างไร ไม่ใช่ใช้การอ้างเอาว่ามีคนอื่นเขาเคยใช้สมการหน้าตาอย่างนี้ แล้วมันคล้าย ๆ กับงานที่ศึกษา ก็เลยหยิบมาใช้เลย โดยไม่ศึกษาว่าสมการที่หยิบมานั้นมันมีที่มาที่ไปอย่างไร

ถ้าเป็นนิสิตป.ตรี ตอบก็ยังพอให้อภัยได้ แต่นี่เป็นนิสิตป.เอก

อีกอย่างที่เจอประจำเวลาที่สอบนิสิตกลุ่มนี้ก็คือ เขาจะพูดแต่ระบบควบคุมที่เขาออกแบบ โดยไม่ศึกษาว่าระบบที่เขาจะควบคุมนั้น "แท้จริงแล้ว" มันมีที่มาที่ไปอย่างไร มันมีปัญหาอะไรบ้าง เป็นจริงอย่างที่เขาอ้างไหม และเคยมีการทำการแก้ไขอะไรไปบ้าง เพราะหลายครั้งการแก้ปัญหามันทำได้โดยไม่ต้องใช้การควบคุมที่ซับซ้อน และการที่ไม่สามารถอธิบายให้กรรมการสอบเห็นได้ว่าได้ศึกษาระบบดังกล่าวมาเป็นอย่างดี ทำให้กรรมการสอบเห็นว่ายังไม่เข้าใจเรื่องที่จะทำการศึกษาเลย แล้วดันจะมาออกแบบระบบควบคุมมันอีก

วันนี้หลังการสอบ กรรมการท่านหนึ่งเล่าให้ฟังว่า หลายครั้งที่บอกนิสิตในที่ปรึกษาให้ไปศึกษาอะไรบ้าง บางครั้งถึงขนาดจัดเตรียมการไปเยี่ยมชมโรงงานเพื่อให้เห็นภาพงานที่ทำ พอถึงเวลานิสิตบอกว่าเขาไม่ต้องการสิ่งที่อาจารย์เตรียมให้

พวกนี้พอเห็นโลงศพแล้วจึงค่อยนึกได้ว่าไม่ควรปฏิเสธความปราถนาดีตอนนั้นของอาจารย์เลย