วิศวกรรมเคมี เคมีเทคนิค วิศวกรรมปิโตรเคมี และเคมี (๓) MO Memoir : Sunday 8 November 2558

วิศวกรรมเคมีทำได้ทุกอย่าง ยกเว้น .... ข้อสอบ

ถ้าจะให้เปรียบเทียบวิศวกรเคมีกับหมอ ก็คงเป็นหมอตรวจโรคทั่วไป ไม่ได้มีความเชี่ยวชาญเฉพาะทางพิเศษ แต่เวลาไปหาหมอที่โรงพยาบาลเราก็มักจะต้องไปพบกับหมอตรวจโรคทั่วไปก่อน และถ้าเขาเห็นว่าจำเป็นต้องส่งตรวจพิเศษให้กับแพทย์ผู้เชี่ยวชาญเฉพาะทางด้านใดด้านหนึ่ง เขาก็จะส่งต่อเราไปเอง
  

งานสายวิชาชีพวิศวกรรมศาสตร์ก็เป็นเช่นนั้น การที่จะตอบโจทย์ว่าคำตอบใดนั้น "เหมาะสม" ที่สุด จำเป็นต้องมีการพิจารณาถ่วงน้ำหนักจุดเด่น-จุดด้อยของแต่ละด้าน เพื่อให้ได้คำตอบที่ "เหมาะสม" ที่สุดสำหรับสถานการณ์นั้น ๆ การใช้ผู้เชี่ยวชาญเฉพาะทางแม้ว่าจะมีจุดเด่นตรงที่เข้าใจจุดเด่น-จุดด้อยในศาสตร์ของเขาอย่างลึกซึ้ง แต่อาจมีปัญหาเรื่องการพิจารณาภาพรวม 
  

"เป็ด" ร้องได้ไม่เก่งเหมือนไก่ บินได้ไม่เก่งเหมือนนก และว่ายน้ำได้ไม่เก่งเหมือนปลา "วิศวกรเคมี" ก็ไม่ได้เก่งเครื่องกลเหมือนวิศวกรเครื่องกล ไม่ได้เก่งเคมีเหมือนนักเคมี และไม่ได้เก่งเศรษฐศาสตร์เหมือนนักเศรษฐศาสตร์ หลักสูตรวิศวกรรมเคมีจึงเป็นเนื้อหาผสมทั้ง ๓ ด้าน (แต่ไม่ลงลึกมากทั้ง ๓ ด้าน) บวกกับ "ศาสตร์เฉพาะทางของวิศวกรรมเคมี"
  

รูปที่ ๑ การกำหนดขนาดและชนิดปั๊ม การกำหนดวัสดุที่ใช้ทำท่อ การกำหนดประเภทของวาล์ว การกำหนดชนิดของอุปกรณ์ขับเคลื่อนปั๊ม เป็นงานหนึ่งของวิศวกรรมเคมีที่ทำคู่ควบกับวิศวกรรมเครื่องกล
  

ในตอนที่ ๑ นั้นผมได้เล่าเอาไว้แล้วว่าสภาวิศวกรเป็นผู้กำหนดว่าหลักสูตรวิศวกรรมเคมีที่สามารถขอใบประกอบวิชาชีพ (ที่เรียกว่า กว.) ได้นั้นต้องเรียนอะไรบ้าง ตอนที่ ๓ นี้ก็จะเป็นการเล่าเฉพาะวิชาส่วนนี้ว่ามีเนื้อหาอย่างไร

มันมีความเข้าใจหนึ่งที่ไม่ถูกต้องของผู้ที่คิดว่าจะเรียนวิศวกรรมเคมี และผู้ที่กำลังเรียนวิศวกรรมเคมี คือความจำเป็นของวิชา "เคมี"

ถ้าถามเหตุผลนักเรียนที่สอบติดคณะวิศวแล้วอยากเรียนวิศวกรรมเคมี เขาก็มักจะตอบว่าเป็นเพราะชอบวิชาเคมี ไม่ค่อยชอบวิชาคำนวณ (คือคิดว่าได้ใช้วิชาเคมีเยอะ มีเรียนวิชาคำนวณน้อย) แต่ถ้าให้นิสิตที่กำลังเรียนวิศวกรรมเคมีอธิบายให้นักเรียนที่คิดจะเรียนวิศวกรรมเคมีว่าวิชาเคมีมีความจำเป็นแค่ไหน นิสิตเหล่านี้ก็มักจะตอบว่าแทบไม่ได้ใช้ เพราะเรียนแต่วิชาคำนวณ แทบไม่ได้ใช้วิชาเคมีเลย
  

และจะไปโทษพวกเขาก็ไม่ได้ในการที่พวกเขามีความเข้าใจที่คลาดเคลื่อนในเรื่องนี้ เพราะมันไม่มี (หรืออาจมีแต่ผมเองไม่เคยได้ยินมาก่อน) การให้รายละเอียดที่ชัดเจนของการทำงานในสายวิศวกรรมเคมีว่าต้องใช้ความรู้ในด้านใดบ้างให้กับผู้สนใจเรียน และเนื้อหาวิชาที่นิสิตวิศวกรรมเคมีมันก็หนักไปทางคำนวณจริง พอให้นิสิตมาอธิบายเขาก็เลยบอกว่าเรียนแต่คำนวณ แต่พอให้ผู้ที่จบไปทำงานแล้วมาอธิบาย คำตอบของเขาก็ขึ้นอยู่กับว่าเขามีประสบการณ์ทำงานในด้านใดมา บางรายอาจได้ใช้ทั้ง "คำนวณ" และ "เคมี" ในขณะที่บางรายนั้นใช้เน้นหนักไปทางด้านใดด้านหนึ่งเพียงด้านเดียว

ในความเป็นจริงนั้น การทำงานของวิศวกรรมเคมี เราใช้ความรู้ทั้งทางด้านเคมีและการคำนวณในการกำหนดขนาดและคุณลักษณะของอุปกรณ์ และการทำงานกับสารเคมีต่าง ๆ ได้อย่างปลอดภัย เราใช้ความรู้ทางด้านคำนวณในการระบุขนาดและความแข็งแรง และใช้ความรู้ทางด้านเคมีในการระบุชนิดวัสดุและข้อจำกัดของสภาวะการทำงาน
  

รูปที่ ๒ การกำหนดขนาด ความจุ อุณหภูมิ-ความดันใช้งาน และวัสดุที่ใช้สร้าง ถังสำหรับเก็บ วัตถุดิบ-สารมัธยันต์-ผลิตภัณฑ์ หรือถังปฏิกรณ์เคมี (chemical reactor) เป็นงานหนึ่งของวิศวกรรมเคมีเช่นกัน
  

เพื่อให้เห็นภาพจะขอยกตัวอย่างว่า ถ้าเราต้องการดูดแก๊สชนิดหนึ่งจากถังเก็บ และทำการอัดความดันให้มีความดันสูงขึ้นเพื่อส่งต่อทางระบบท่อไปยังหน่วยอื่นด้วยอัตราการไหลที่กำหนด ในการนี้จำเป็นต้องใช้คอมเพรสเซอร์ (compressor) เพิ่มความดันให้กับแก๊สนั้น (เช่นการส่งแก๊สธรรมชาติจากแท่นขุดเจาะทางระบบท่อไปยังโรงแยกแก๊สที่อยู่บนฝั่ง) 
   

- การคำนวณหาขนาดของคอมเพรสเซอร์ และขนาดของท่อส่ง เพื่อให้ได้ความดันและอัตราการไหลตามที่กำหนดนั้นเป็นงาน "คำนวณ" 
   

- การกำหนดชนิดโลหะที่ใช้ทำคอมเพรสเซอร์และท่อ จำเป็นต้องรู้ว่าแก๊สนั้นทำปฏิกิริยาอะไรกับโลหะชนิดใดบ้าง (เช่นมีแก๊สกรดที่กัดกร่อนหรือไม่ เกิดเป็นสารประกอบที่ไม่เสถียรหรือไม่ เช่นอะเซทิลีน (acetylene C₂H₂) กับโลหะทองแดง) จำเป็นต้องใช้ความรู้ทาง "เคมี"
  

- เมื่อกำหนดชนิดโลหะได้แล้ว ก็จะใช้ข้อมูลความแข็งแรงของโลหะชนิดนั้นเป็นตัวกำหนดความหนาของโลหะที่ใช้ทำคอมเพรสเซอร์และอุปกรณ์ เพื่อให้มันสามารถทนต่อความดัน ณ อุณหภูมิการทำงานได้ ตรงนี้เป็นงาน "คำนวณ"
  

- ในขณะที่ทำการอัดแก๊สให้มีความดันสูงขึ้น แก๊สนั้นจะมีอุณหภูมิสูงขึ้นตามไปด้วย ผลจากอุณหภูมิและความดันที่สูงขึ้นนี้ทำให้แก๊สนั้นเกิดปฏิกิริยาอะไรหรือเปล่า (เช่น สลายตัว ระเบิด เกิดการเชื่อมต่อโมเลกุลเข้าด้วยกันโดยมีการคายความร้อนออกมา มีการควบแน่นเป็นของเหลว ฯลฯ) จำเป็นต้องใช้ความรู้ทาง "เคมี"
  

- ความเป็นพิษและความไวไฟของสาร ส่งผลต่อการกำหนดวิธีการป้องกันการรั่วไหลและชนิดอุปกรณ์ที่ใช้ขับเคลื่อนคอมเพรสเซอร์ (เช่นใช้มอเตอร์แบบธรรมดา หรือมอเตอร์แบบกันระเบิด หรือควรต้องใช้อากาศอัดความดันเป็นตัวขับเคลื่อน) ตรงนี้ใช้ความรู้ทาง "เคมี"
  

รูปที่ ๓ การกำหนดขนาดและเลือกรูปแบบของหอทำน้ำเย็น (cooling tower) สำหรับน้ำระบายความร้อน (cooling water) ก็เป็นเรื่องหนึ่งที่วิศวกรรมเคมีเรียน ในภาพเป็นหอทำน้ำเย็นที่ใช้วิธีการฉีดน้ำร้อนให้ตกลงเบื้องล่าง และมีพัดลมดูดอากาศให้ไหลผ่านน้ำร้อนและดึงเอาความร้อนออกจากน้ำไปพร้อมกับอากาศที่ไหลออกทางด้านบนตรงปล่องตรงกลาง (ที่มีอักษร KS)
  

ที่นี้เราลองมาดูกันนะครับว่า ๓ กลุ่มวิชาที่ทางสภาวิศวกรกำหนดให้ "วิศวกรรมเคมี" ต้องเรียนอะไรบ้าง เริ่มจาก

๑. หมวดวิชาพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ที่ต้องเรียนไม่น้อยกว่า ๑๘ หน่วยกิต : ประกอบด้วย

๑.๑ กลุ่มวิชาคณิตศาสตร์ ไม่น้อยกว่า ๙ หน่วยกิต คือ ๓ วิชา (วิชาบรรยายปรกติก็วิชาละ ๓ หน่วยกิต) ก็เป็นพวกวิชา Calculus ที่อาจให้คณะวิทยาศาสตร์เป็นผู้สอนทั้งหมด แต่บางแห่งก็ให้คณะวิทยาศาสตร์สอนส่วนหนึ่ง และภาควิชาวิศวกรรมเคมีเอามาสอนเองส่วนหนึ่ง เนื้อหาวิชาจะเน้นไปทางด้านการแก้ปัญหาด้วยวิธี analytical โดยอาจมีการแทรกเนื้อหาทางด้าน numerical เข้าไปบ้าง

๑.๒ กลุ่มวิชาฟิสิกส์ ไม่น้อยกว่า ๖ หน่วยกิต คือ ๒ วิชา (ต้องมีวิชาปฏิบัติการด้วย ๒ วิชา วิชาปฏิบัติการปรกติก็วิชาละ ๑ หน่วยกิต) วิชาฟิสิกส์นี้ก็มักจะให้คณะวิทยาศาสตร์เป็นผู้รับผิดชอบทั้งหมด วิชาเนื้อหาจะเกี่ยวข้องกับกลศาสตร์ เทอร์โมไดนามิกส์ ไฟฟ้า อิเล็กทรอนิกส์

๑.๓ กลุ่มวิชาพื้นฐานเคมี ไม่น้อยกว่า ๓ หน่วยกิต คือ ๑ วิชา (ต้องมีวิชาปฏิบัติการด้วย ๑ วิชา) วิชานี้ก็มักจะให้คณะวิทยาศาสตร์เป็นผู้รับผิดชอบทั้งหมด เนื้อหาจะประด้วยสิ่งที่เรียนช่วงมัธยมปลายทั้ง ๓ ปี แล้วเพิ่มเติมรายละเอียดลงลึกในบางเรื่องเข้าไปอีก

  

รูปที่ ๔ การออกแบบหน่วยกลั่นแยกสารที่มีจุดเดือดแตกต่างกันออกจากกัน เป็นศาสตร์เฉพาะทางของวิศวกรรมเคมี ตัวหอกลั่นเองคือโครงสร้างที่ลูกศรสีแดงชี้ (มีฉนวนความร้อนหุ้ม) หอนี้เป็นหอกลั่นขนาดเล็ก กำลังการกลั่นไม่กี่ร้อยลิตรต่อวัน
  

๒. หมวดวิชาพื้นฐานทางวิศวกรรม สาขาวิศวกรรมเคมี มีทั้งหมด ๘ กลุ่มรายวิชา : ต้องเรียนทุกกลุ่มรายวิชาและมีหน่วยกิตรวมไม่น้อยกว่า ๒๔ หน่วยกิต วิชาในกลุ่มนี้ประกอบด้วย

๒.๑ Engineering drawing หรือเขียนแบบวิศวกรรม เป็นการฝึกหัดเขียนแบบและอ่านแบบ เป็นวิชาที่เรียนกันในปี ๑ ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลมักเป็นผู้รับผิดชอบวิชานี้โดยสอนให้กับนิสิตวิศวกรรมศาสตร์ทั้งคณะ แต่ก่อนเวลาเรียนวิชานี้ก็ต้องแบกไม้ทีไปด้วย เดี๋ยวนี้เห็นมีความพยายามจะใส่หลักสูตรพวก AutoCAD เข้าไป ทำเอาวิศวกรรุ่นใหม่วาดรูปแบบ freehand drawing กันแทบไม่เป็น เรียกว่าเวลาไม่มีคอมพิวเตอร์ก็แทบจะวาดรูปอะไรไม่ได้

๒.๒ Engineering mechanic หรือกลศาสตร์วัสดุ เป็นวิชาเกี่ยวกับแรงที่กระทำต่อโครงสร้างที่อยู่กับที่ (ที่เรียกว่าวิชาสถิตยศาสตร์ หรือ statics) และแรงกระทำเมื่อวัตถุมีการเคลื่อนที่ (ที่เรียกว่าวิชาพลศาสตร์หรือ dynamics) ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลมักเป็นผู้รับผิดชอบวิชานี้โดยสอนให้กับนิสิตทั้งคณะเช่นกัน เรียกได้ว่าเป็นวิชาโหดวิชาหนึ่งของหลักสูตรวิศวกรรมศาสตร์ทุกหลักสูตร

๒.๓ Engineering materials หรือวัสดุวิศวกรรม เป็นวิชาที่สอนให้รู้จักคุณสมบัติของวัสดุต่าง ๆ ที่ใช้ในงานวิศวกรรมอันได้แก่ โลหะ คอนกรีต ไม้ และพอลิเมอร์ วิชานี้มักจะเรียนในปี ๑

๒.๔ Computer programming เป็นวิชาที่สอนให้เขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์โดยใช้ภาษาสำหรับเขียนโปรแกรม ไม่ได้เป็นวิชาฝึกหัดใช้โปรแกรมสำเร็จรูป วิชานี้มักจะเรียนในปี ๑ โดยภาควิชาวิศวกรรมคอมพิวเตอร์เป็นผู้รับผิดชอบ ส่วนจะสอนการเขียนโปรแกรมภาษาอะไรนั้นทางผู้สอนเป็นคนกำหนด อย่างเช่นบางที่สอนการเขียนภาษา Java (ไม่รู้ว่าเป็นเพราะตามกระแสการเขียน app หรือเปล่า) แต่นิสิตวิศวกรรมศาสตร์จำนวนไม่น้อยที่เรียนไปแล้วไม่ได้ใช้ เพราะการเรียนของเน้นหนักไปด้านการคำนวณเชิงตัวเลข

๒.๕ Statistics หรือสถิติ วิชานี้บางสถาบันภาควิชาวิศวกรรมเคมีเป็นผู้สอนเอง บางสถาบันก็ให้ทางคณะวิทยาศาสตรหรือพาณิชยศาสตร์และการบัญชี (โดยภาควิชาสถิติ) เป็นผู้สอน

๒.๖ Chemical engineering principle หรือ Chemical engineering processes วิชาแรกเป็นวิชาเกี่ยวข้องกับการทำดุลมวลสารและพลังงานของหน่วยผลิตต่าง ๆ หรือของทั้งโรงงาน วิชาที่สองเป็นวิชาเกี่ยวกับกระบวนการผลิตว่าต้องประกอบด้วยหน่วยผลิตอะไรบ้าง ตรงนี้ขึ้นอยู่กับว่าเป็นการผลิตผลิตภัณฑ์ตัวใด ปรกติก็เห็นเรียน Chemical engineering principle เป็นหลักกัน 
   

๒.๗ Thermodynamics (อุณหพลศาสตร์) หรือ Physical chemistry (เคมีฟิสิกัล) เป็นวิชาที่เรียนเกี่ยวกับคุณสมบัติทางกายภาพของสาร เช่น ความหนาแน่น พลังงานภายใน ความจุความร้อน ฯลฯ ที่เปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิและความดัน ความสำคัญของวิชานี้อยู่ตรงที่ในการออกแบบอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการผลิตที่มักจะใช้อุณหภูมิและความดันที่สูงกว่าบรรยากาศนั้น จำเป็นต้องทราบคุณสมบัติของสารต่าง ๆ ณ อุณหภูมิและความดันที่ใช้งานนั้น ตรงนี้มักจะเน้นไปทาง Classical thermodynamics

๒.๘ Electrical engineering หรือวิชาพื้นฐานวิศวกรรมไฟฟ้า อันที่จริงวิชานี้มันมีอยู่ ๒ ส่วนแยกเรียนได้ ๒ วิชาคือ ไฟฟ้ากำลัง และไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ แต่ถ้าต้องเรียนเพียงวิชาใดวิชาหนึ่งก็มักจะเรียนเฉพาะส่วนไฟฟ้ากำลัง

๓. วิชาแกนระดับสาขาวิชา ซึ่งเป็นวิชาบังคับอีกไม่ต่ำกว่า ๓๖ หน่วยกิต : วิชาในกลุ่มนี้มีเนื้อหาทั้งส่วนที่มีเรียนเฉพาะวิศวกรรมเคมี และที่เหมือนกับวิศวกรรมเครื่องกล วิชาในกลุ่มนี้ประกอบด้วย

๓.๑ จลนศาสตร์วิศวกรรมเคมีและการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์เคมี วิชานี้จัดว่าเป็นศาสตร์เฉพาะทางของวิศวกรรมเคมี เป็นวิชาที่นำเอาอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่ได้จากการทดลองในห้องทดลองหรืออุปกรณ์ขนาดเล็ก มาทำการคำนวณขยายขนาดเพื่อสร้างเป็นเครื่องปฏิกรณ์เคมี (chemical reactor) ขนาดใหญ่ เพื่อให้ได้กำลังการผลิตสารตามต้องการ ส่วนหนึ่งของเนื้อหาที่เรียนกันก็มี 
   

- ผลของ อุณหภูมิ ความดัน อัตราการไหล แก๊สเฉื่อย ระยะเวลาในการทำปฏิกิริยา ต่อผลิตภัณฑ์ที่ได้ ฯลฯ 

- การเลือกใช้เครื่องปฏิกรณ์เคมีรูปแบบต่าง ๆ ตัวอย่างเช่นในกรณีของโรงงานผลิตพอลิเอทิลีน เครื่องปฏิกรณ์เคมีก็คือภาชนะที่แก๊สเอทิลีนเกิดปฏิกิริยาต่อโมเลกุลเข้าด้วยกันเป็นอนุภาคพอลิเอทิลีนที่เป็นของแข็ง ในโรงงานผลิตโอเลฟินส์ เครื่องปฏิกรณ์เคมีก็คือเตาเผา (ที่มีไฮโดรคาร์บอนไหลอยู่ในท่อ และมีเปลวไฟให้ความร้อนอยู่ภายนอกท่อ) ที่ทำให้โมเลกุลไฮโดรคาร์บอนที่ไหลอยู่ในท่อแตกออกเป็นโมเลกุลเล็กลง)

- การเลือกใช้เครื่องปฏิกรณ์เคมีหลายตัวมาทำงานโดยต่อขนานหรืออนุกรมเข้าด้วยกัน

๓.๒ วิชาหน่วยปฏิบัติการ (หรือ Unit operation) ที่เรียนเกี่ยวกับหน่วยปฏิบัติการต่าง ๆ ที่ใช้ในกระบวนการผลิต เนื้อหาวิชานี้จัดว่าเยอะมากจนต้องแบ่งย่อยออกเป็นวิชาละ ๓ หน่วยกิต ๓ วิชา ตามหมวดหมู่อุปกรณ์ดังนี้
  

(ก) อุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องกับ Momentum transfer ถ้าเทียบกับทางวิศวกรรมเครื่องกลก็เห็นจะได้แก่ Fluid dynamics ตัวอย่างเนื้อหาที่เรียนก็มี

- การออกแบบอุปกรณ์ที่ใช้ในการส่งของไหล (ปั๊ม คอมเพรสเซอร์ ระบบท่อ วาล์ว)

- การไหลของของไหลผ่านวัตถุ (เช่นไหลผ่านผิวนอกของท่อ หรือชั้นวัสดุมีรูพรุน)

- การเคลื่อนที่ของวัตถุในของไหล (เช่นการออกแบบ ถังตกตะกอนที่แยกของแข็งออกจากของไหลด้วยแรงโน้มถ่วง ไซโคลนที่แยกของแข็งออกจากของไหลด้วยแรงเหวี่ยง) เป็นต้น

- เครื่องผสม (mixer) ที่ใช้ในการผสมของแข็งต่างชนิดเข้าด้วยกัน เช่นในการผสมยาก่อนนำไปตอกเป็นเม็ดยา

- เครื่องกรอง (filter) ที่ใช้ในการแยกของแข็งและของเหลวออกจากกันด้วยการใช้วัสดุกรอง

- เครื่องตกตะกอน (clarifier) ที่แยกของแข็งออกจากของเหลวด้วยการใช้ความหนาแน่นที่แตกต่างกัน

- เครื่องเหวี่ยงแยก (centrifuge) ที่แยกของแข็งออกจากของไหลด้วยการใช้แรงเหวี่ยงของตัวเครื่อง และไซโคลน (cyclone) ที่แยกของแข็งออกจากของไหลด้วยแรงเหวี่ยงที่เกิดจากการเปลี่ยนทิศทางการไหล

- เครื่องบด (crusher) ที่ใช้ในการลดขนาดอนุภาคของแข็ง
 

(ข) อุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องกับ Mass transfer วิชานี้เป็นศาสตร์เฉพาะทางของวิศวกรรมเคมีอีกวิชาหนึ่ง เป็นวิชาที่ว่าด้วยการออกแบบอุปกรณ์แยกสาร (การแยกเอาผลิตภัณฑ์ที่ต้องการออกจากสารผสม) โดยอาศัยคุณสมบัติที่แตกต่างกันของสาร เช่น

- หอกลั่น (distillation column ที่แสดงในรูปที่ ๔) ที่แยกด้วยการใช้จุดเดือดที่แตกต่างกัน (เช่นหอกลั่นน้ำมันดิบ หอกลั่นเอทานอล)

- เครื่องตกผลึก (crystalliser) ที่แยกด้วยการใช้ค่าการละลายอิ่มตัวที่แตกต่างกัน (เช่นการตกผลึกน้ำตาลทรายจากน้ำอ้อยเข้มข้น)

- การสกัด (extraction) ที่แยกด้วยความสามารถในการละลายในตัวทำลายที่แตกต่างกัน (เช่นการสกัดเอาน้ำมันถั่วเหลืองออกจากถั่วเหลืองด้วยการใช้เฮกเซนไปละลายออกมา)

- การแลกเปลี่ยนไอออน (ion-exchange) ที่อาศัยความแตกต่างประจุไฟฟ้าของไอออน (เช่นในระบบทำน้ำให้บริสุทธิ์ปราศจากไอออน) เป็นต้น
  

(ค) อุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องกับ Heat transferคือพวกที่มีการถ่ายเทเฉพาะพลังงานความร้อน และ Simultaneous heat and mass transfer คือพวกที่มีการถ่ายเทพลังงานความร้อนและมวลสารในเวลาเดียวกัน ตัวอย่างของอุปกรณ์ที่มีการถ่ายเทพลังงานความร้อนเพียงอย่างเดียวได้แก่

- เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนต่าง ๆ (heat exchanger) ที่ใช้ในระบบต่าง ๆ การทำให้สารที่มีอุณหภูมิต่ำมีอุณหภูมิสูงขึ้น และทำให้สารที่มีอุณหภูมิสูงเย็นตัวลง ใช้ในการนำกลับความร้อนที่ต้องปล่อยทิ้งมาใช้งานใหม่เพื่อเป็นการประหยัดพลังงาน เช่นเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อสองชั้น เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบ Shell and tube เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบ plate

ตัวอย่างของอุปกรณ์ที่มีการถ่ายเททั้งพลังงานความร้อนและมวลสารในเวลาเดียวกันได้แก่

- เครื่องอบแห้ง (dryer) แบบต่าง ๆ ที่ใช้ในการอบแห้งวัตถุดิบหรือผลิตภัณฑ์ (เช่นในอุตสาหกรรมเกษตรที่ใช้กำจัดน้ำออกจากผลิตผลทางการเกษตร อุตสาหกรรมปิโตรเคมีที่ใช้กำจัดตัวทำละลายออกจากผลิตภัณฑ์) หรือการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์ที่เป็นผงจากสารละลาย ด้วยการฉีดพ่นสารละลายและทำการระเหยสารละลายออกจากของเหลวที่ฉีดพ่นออกมา (เช่นในการผลิตผงซักฟอก)

- หอทำน้ำเย็น (cooling tower) ดังตัวอย่างที่แสดงในรูปที่ ๓ เนื้อหาวิชาในส่วนนี้ไม่น้อยที่ซ้ำซ้อนกับที่ทางวิศวกรเครื่องกลเรียนกัน

๓.๓ พลศาสตร์และการควบคุมกระบวนการ (เรียกกันว่า Process dynamics and control หรือ PDC) วิชานี้เป็นวิชาที่เรียนเกี่ยวกับการตอบสนองของกระบวนการผลิตเมื่อภาวะการทำงานมีการเปลี่ยนแปลง จะโดยตั้งใจหรือจากปัจจัยภายนอกก็ตามแต่ เช่น จะเกิดอะไรขึ้นถ้าอัตราการไหลเปลี่ยนไป อุณหภูมิเปลี่ยนไป และจะทำอย่างไรเพื่อให้ระบบการทำงานกลับคืนมายังสภาพเดิม หรือปรับเปลี่ยนไปยังสถานะใหม่ที่ต้องการ ชนิดของอุปกรณ์ควบคุม (controller) วงจรควบคุม (controller loop) การเลือกใช้เทคนิคการควบคุม การออกแบบและการปรับแต่งวงจรการควบคุม วิชานี้จะเป็นวิชาที่เรียนกันตอนท้าย ๆ ของหลักสูตร เพราะต้องเรียนรู้จักการทำงานของอุปกรณ์ทุกตัวก่อน การควบคุมกระบวนการอาจเป็นการควบคุมเฉพาะอุปกรณ์ใดอุปกรณ์หนึ่ง หรือโรงงานทั้งโรงงาน (คือควบคุมหลายอุปกรณ์พร้อม ๆ กัน)

๓.๔ การประเมินเศรษฐศาสตร์กระบวนการเคมี เป็นวิชาที่เรียนกับการหาจุดคุ้มค่าสำหรับกระบวนการผลิต ไม่ว่าจะเป็นการเลือกเส้นทางการผลิตผลิตภัณฑ์ หรือการเลือกชนิดอุปกรณ์ เพราะกระบวนการหรืออุปกรณ์ที่เหมาะกับสถานที่หนึ่งไม่จำเป็นต้องเหมาะสมกับอีกสถานที่หนึ่ง
  

๓.๕ การออกแบบโรงงานผลิตทางเคมี วิชานี้เรียกกันติดปากว่า plant design เป็นการออกแบบกระบวนการผลิตทั้งกระบวนการ โจทย์ของวิชานี้ง่ายมากคือกำหนดสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ที่ต้องการมาให้ แล้วให้ไปคิดกระบวนการผลิตกันเอาเอง โดยต้องคำนึงถึงความคุ้มค่า และการจัดการกับผลิตภัณฑ์ข้างเคียงต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องด้วยทั้งหมด วิชานี้เป็นวิชาที่เรียนกันในปีสุดท้าย (ลองดูตัวอย่างกรณีของการผลิตน้ำมันปาล์มที่ยกมาในตอนที่ ๑ ของบทความชุดนี้)

๓.๖ วิศวกรรมความปลอดภัยและสิ่งแวดล้อม วิชานี้เรียนเกี่ยวกับผลกระทบจากกระบวนการ ไม่ว่าจะในส่วนของผู้ที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการผลิต หรือชุมชนที่อยู่รอบโรงงาน (เช่น ถ้ามีสารเคมีรั่วไหลออกไปจะเกิดผลกระทบทางด้านใดบ้าง) ความเสี่ยงในการเกิดอุบัติเหตุ ความรุนแรงของอุบัติเหตุถ้าหากเกิดขึ้น เช่นระหว่างกระบวนการที่ใช้อุณหภูมิและความดันต่ำแต่มีสารไวไฟในระบบมาก กระบวนการนี้มีโอกาสจะเกิดระเบิดต่ำ แต่ถ้าเกิดระเบิดจะมีความรุนแรงมาก (เพราะมีสารไวไฟมาก) ยากที่จะจำกัดความเสียหาย ส่วนกระบวนการที่มีการใช้อุณหภูมิและความดันที่สูงแต่มีสารไวไฟในระบบน้อย กระบวนการนี้จะมีโอกาสระเบิดสูง แต่การระเบิดจะไม่รุนแรง (เพราะมีสารไวไฟน้อย) การจำกัดความเสียหายจะทำได้ง่ายกว่า (เช่นการสร้างกำแพงรับแรงระเบิด) คำถามที่ต้องตอบก็คือกระบวนการไหนจะมีความปลอดภัยมากกว่ากัน (จำเป็นต้องมีการถ่วงน้ำหนักข้อดีข้อเสียของแต่ละทางเลือกด้วย)
  

รูปที่ ๕ บรรยากาศการเรียนภาคปฏิบัติวิชาหน่วยปฏิบัติการของนิสิตชั้นปีที่ ๓ ภาควิชาวิศวกรรมเคมี

๔. กลุ่มวิชาแกนระดับสาขาวิชา (บังคับเลือก) : ตรงนี้เป็นวิชาที่แต่ละภาควิชาเป็นผู้กำหนดว่าจะต้องเรียนกันอย่างน้อยกี่วิชาหรือกี่หน่วยกิต ("บังคับเลือก" คือต้องเลือกเรียนจากรายชื่อวิชาที่กำหนดให้เท่านั้น ต่าง "เลือกเสรี" คือจะไปเรียนวิชาอะไรก็ได้ ทางด้านไหนก็ได้ ที่ไม่สนว่าผู้มาเรียนนั้นจะมีความรู้พื้นฐานทางด้านใดมาก่อน) มักเป็นวิชาที่อาจารย์ในภาควิชาเปิดสอนเอง ตามความถนัดของอาจารย์ ด้วยเหตุนี้จึงทำให้วิศวกรรมเคมีแต่ละที่มีวิชาให้เลือกศึกษาแตกต่างกัน (เพราะอาจารย์แต่ละที่มีความถนัดไม่เหมือนกัน) เนื้อหาอาจเป็นวิชาเสริมที่นำความรู้จากวิชาแกนหลักต่าง ๆ มาประยุกต์ใช้งานรวมกัน หรือเป็นการศึกษาลงลึกเฉพาะทาง ตัวอย่างของวิชาเหล่านี้เช่น
  

- ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ในอุตสาหกรรม

- การควบคุมกระบวนการผลิตขั้นสูง

- การสร้างแบบจำลองกระบวนการผลิต

- การแปรรูปน้ำมันและแก๊สธรรมชาติ

- กระบวนการในอุตสาหกรรมปิโตรเคมี

- วิศวกรรมชีวเคมี (เช่นเรื่องที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการหมัก)

- วัสดุวิศวกรรมพวกยางและพอลิเมอร์

- กระบวนการขึ้นรูปพอลิเมอร์

- เทคโนโลยีด้านเชื้อเพลิงและพลังงาน

- เทคโนโลยีที่เกี่ยวกับการจัดการกับวัสดุที่เป็นผงอนุภาค

- ฯลฯ

อันที่จริงยังมีอีกวิชาหนึ่งคือ "โครงงานทางวิศวกรรมเคมี" ซึ่งมันไม่ได้อยู่ในข้อกำหนดของสภาวิศวกร แต่ก็เห็นมีกันทุกที่ และไม่รู้เหมือนกันว่าจะจัดเข้าไปอยู่ในหมวดหมู่ไหนดี

ถ้าเริ่มอ่านตั้งแต่ตอนที่ ๑ มาจนถึงจุดนี้หวังว่าผู้อ่านคงจะพอมองภาพการเรียนการสอนและการทำงานในสายวิชาชีพวิศวกรรมเคมีกันบ้างแล้วนะครับ บทความนี้ไม่ได้มีวัตถุประสงค์เพื่อเชิญชวนให้หันมาเรียนทางด้านวิศวกรรมเคมี เพียงแค่พยายามให้ข้อมูล (เท่าที่พอจะนึกออก) เพื่อให้ผู้อ่านที่ยังไม่รู้จักวิศวกรรมเคมี ได้มีความเข้าใจวิศวกรรมเคมีที่ชัดเจนขึ้น เรียกว่าถ้าสนใจก็เชิญมาเรียน แต่ถ้าอ่านแล้วเห็นว่าไม่น่าสนใจก็อย่าเลือกมาเรียน การเลือกเรียนตามกระแส (โดยดูจากค่านิยม หรือเงินเดือนที่คิดว่าจะได้เมื่อเรียนจบ) มันจะทำให้เสียเวลาการศึกษา ๔ ปีในมหาวิทยาลัยไปเปล่า ๆ เรียกว่าเรียนไปแบบไม่ค่อยมีความสุข ฝืนเรียนไปให้ผ่าน ๆ ไปแต่ละวิชา ถ้าฝืนทนจนจบได้ก็แล้วไป

๓ ปีที่แล้วมีกลุ่มคุณแม่กลุ่มหนึ่งที่มีลูกสาวกำลังจะเข้าสู่ระดับมัธยมปลาย (บังเอิญผมรู้จักซะด้วย เพราะลูกเขาก็เรียนอยู่โรงเรียนเดียวกับลูกผม) แวะมาถามผมเรื่องจะให้ลูกสาวเรียนทางด้านวิศวกรรมเคมีดีไหม (เพราะเขาเห็นนิสิตหญิงเรียนกันทางด้านนี้เยอะ) จบแล้วจะได้เงินเดือนสูงไหม ผมก็อธิบายไปว่านิสิตหญิงที่จบไปแล้วได้ทำงานทางด้านใดกันบ้างตามที่ได้ทราบมา แต่คำตอบที่แท้จริงที่ผมอยากจะตอบกลุ่มคุณแม่เหล่านั้น (แต่ไม่กล้าตอบ) ก็คือ "ปล่อยให้ลูกเรียนอะไรตามที่เขาอยากเรียนไปเถอะครับ สำคัญคือให้ได้สามีรวย ๆ เต็มใจที่จะเลี้ยงดูแบบพวกคุณแม่ก็พอ ก็ตั้งแต่ผมรู้จักพวกคุณแม่มา ก็เห็นว่าวัน ๆ ก็ไม่ได้ทำอะไร ส่งลูกเข้าโรงเรียนเสร็จก็จับกลุ่มคุยกันอยู่ในโรงเรียน ตกเที่ยงห้างเปิดก็ไปกินข้าวเที่ยง ไปชอปปิ้ง เลิกเรียนก็กลับมารับลูกไปเรียนพิเศษหรือไปเดินห้างต่อ"

ล้อเล่นนะครับ อย่าซีเรียส

#เรื่องจริงมันเศร้าแต่พอนำมาเล่าแล้วมันตลก

#อยู่ภาคนี้ต้องหัดมีอารมณ์ขัน