รถบรรทุก
:
น้ำหนักมาก
ออกตัวช้า เข้าตรอกซอกซอยเล็กลำบากหรือเข้าไม่ได้
ติดเวลาวิ่ง
รถยนต์นั่นส่วนบุคคล
:
ราคาสูง
วิ่งได้ดีกับถนนที่ผิวทางเรียบ
ประสบปัญหารถติดในช่วงชั่วโมงเร่งด่วน
รถจักรยานยนต์
:
ราคาถูก
ประหยัดน้ำมัน มุดตรอกซอกซอยต่าง
ๆ ได้ดี เดินทางได้คล่องแม้การจราจรติดขัด
สรุป
:
รถจักรยานยนต์ดีที่สุด
ข้อความข้างบนผมเขียนขึ้นมาเองเล่น
ๆ ว่าแต่พออ่านข้อความข้างบนแล้วพวกคุณรู้สึกอย่างไรบ้างครับ
เหตุผลกับข้อสรุปมันไปด้วยการได้ไหม
รูปที่
๑ การเปรียบเทียบเครื่องปฏิกรณ์เคมี
(chemical
reactor) รูปแบบต่าง
ๆ
เวลาที่ผมสอนหนังสือนิสิต
ผมจะบอกกับนิสิตเสมอว่า
ถ้ามันมีอะไรสักอย่างที่มันดีที่สุด
ไม่มีอันอื่นเทียบได้
ใช้ได้ดีกับทุกสถานการณ์
เราเองก็จะเรียนหนังสือกันสบายมากขึ้น
คนสอนก็สบายไปด้วย
เพราะไม่ต้องสอนอะไรกันมาก
สอนเพียงเรื่องเดียวพอ
แต่สภาพความเป็นจริงมันไม่ได้เป็นเช่นนั้น
ไม่ว่าจะเป็นภาษาคอมพิวเตอร์หรืออุปกรณ์ต่าง
ๆ แต่ละอย่างต่างก็มีข้อดีข้อเสียในตัวของมันเอง
ตรงนี้มันเป็นหน้าที่ของคนเลือกที่ต้องพิจารณาว่า
ในสภาพการณ์ที่ตนเองกำลังเผชิญอยู่นั้น
ตัวเลือกไหนเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุด
อย่างเช่นในกรณีของรถที่ยกตัวอย่างมาข้างต้น
ก็คงต้องกลับไปพิจารณาว่าวัตถุประสงค์ของการใช้รถนั้นคืออะไร
ถ้าต้องการใช้บรรทุกของเป็นหลัก
ก็คงต้องเลือกซื้อรถบรรทุก
ถ้าต้องการบรรทุกผู้โดยสารเป็นหลัก
ก็ควรต้องไปดูว่าจำนวนผู้โดยสารที่จะบรรทุกนั้นมีจำนวนเท่าใด
ถ้าเป็นประเภทรับส่งระยะทางใกล้
ๆ ในซอยที่ไม่ค่อยมีรถวิ่ง
รถจักรยานยนต์ก็เป็นตัวเลือกที่ดี
ถ้าต้องการรับส่งเป็นระยะทางไกลหน่อย
รถยนต์ก็จะเป็นทางเลือกที่ดีกว่า
แต่ถ้าต้องการบรรทุกคนจำนวนมากเป็นประจำ
(เช่นรถขนคนงานก่อสร้างระหว่างที่พักกับสถานที่ทำงาน)
การเลือกซื้อรถบรรทุกแล้วเอามาดัดแปลงให้มีที่นั่งสำหรับผู้โดยสารได้ก็คงจะดีกว่า
เพราะเวลาที่ไม่ได้ใช้บรรทุกผู้โดยสาร
ก็ยังสามารถเอามาบรรทุกของได้
ที่นี้สมมุติว่าการส่งของหรือเอกสารขนาดเล็ก
ๆ ถ้าเป็นการส่งในตัวเมืองที่จราจรติดขัด
รถจักรยานยนต์ก็มีข้อดีกว่าตรงที่สามารถซอกแซกไปตามถนนได้ง่าย
ทำให้ถึงที่หมายได้เร็ว
(จึงเป็นเรื่องปรกติใช่ไหมครับ
พวกส่งอาหาร delivery
ตามบ้านจึงใช้รถจักรยานยนต์เป็นหลัก)
แต่ถ้าต้องส่งเป็นระยะทางไกล
ๆ สักหลายสิบหรือเป็นร้อยกิโล
(เช่นกรุงเทพ
-
ชลบุรี
หรือกรุงเทพ -
ระยอง)
ถามว่าใช้รถจักรยานยนต์ทำหน้าที่ดังกล่าวได้ไหม
คำตอบก็คือทำได้
(ตราบเท่าที่ฉันไม่ได้เป็นคนขับรถมอเตอร์ไซค์)
แถมประหยัดน้ำมันด้วย
แต่การใช้รถยนต์หรือรถบรรทุกมันให้ความสะดวกสบายในการเดินทางมากกว่าการใช้รถมอเตอร์ไซค์
แต่การใช้รถยนต์จะเหมาะสมกว่า
โดยเฉพาะเรื่องความสะดวกสบายในการเดินทางและประหยัดน้ำมันมากกว่ารถบรรทุก
เรื่องเล่าในวันนี้เกี่ยวข้องกับงานวิจัยงานหนึ่งที่นำเสนอการทำปฏิกิริยา
steam
reforming ด้วยเครื่องปฏิกรณ์ที่เขาเรียกว่า
"circulating
fluidised bed"
แต่พอดูรายละเอียดในงานของเขาแล้วผมว่ามันก็ไม่ได้แตกต่างอะไรไปจากเครื่องปฏิกรณ์ชนิด
"Riser
reactor" ที่ผมติดใจคือการที่เขานำเอาการทำปฏิกิริยาใน
fixed-bed,
fluidised bed และเครื่องปฏิกรณ์ที่เขานำเสนอคือ
circulating
fluidised bed โดยเฉพาะประเด็นตรงความดันลดหรือ
pressure
drop ที่เขาบอกว่ามีค่า
"สูงมาก"
ในกรณีของ
fixed-bed
มีค่าปานกลางในกรณีของ
fluidised
bed และมีค่าต่ำในกรณีของ
circulating
fluidised bed
ก่อนอื่นเราลองทบทวนการเกิด
fluidisation
กันหน่อยดูไหมครับ
กราฟในรูปที่ ๒
ข้างล่างแสดงความสัมพันธ์ระหว่าง
ความดันลดคร่อมเบดกับความเร็วแก๊สที่ไหลผ่านเบด
(ไหลจาก
"ล่างขึ้นบน"
นะครับ)
ในช่วงแรกนั้นตัวเบดจะยังคงเป็น
fixed-bed
อยู่
และเมื่อเพิ่มความเร็วแก๊สขึ้นเรื่อย
ๆ ค่าความดันลดก็จะ "เพิ่มสูงขึ้น"
ตามไปด้วย
จนถึงจุดที่เริ่มเกิดปรากฏการณ์
fluidisation
ซึ่งตรงนี้ค่าความดันคร่อมเบดค่อนข้างจะ
"คงที่"
แต่ก็
"สูงกว่า"
ช่วงที่เป็น
Fixed-bed
รูปที่
๒ กราฟความสัมพันธ์ระหว่างความดันลด
(pressure
drop) กับความเร็วแก๊สทีไหลผ่านเบดจากการศึกษาของ
Kunii
และ
Levenspiel
กราฟรูปนี้กล่าวได้ว่าเป็นรูปที่ผู้เรียนทางวิศวกรรมเคมีทุกคนต้องเคยผ่านตามา
ในช่วงที่เกิด
fluidisation
นี้
อนุภาคจะยังไม่หลุดลอยไปจากเบด
แต่ถ้าเพิ่มความเร็วแก๊สให้สูงขึ้นไปอีกจนถึงระดับหนึ่งที่ทำให้อนุภาคหลุดลอยไปกับแก๊สได้
ความดันลดคร่อมเบดจะลดลง
(ขอไม่กล่าวว่าลดลงอย่างรวดเร็วนะครับ
เพราะสเกลแกนนอนมันเป็น
log
scale เลยทำให้ในรูปมันดูลงเร็ว)
เวลาเรียนเรื่อง
fluidised
bed นั้น
เรามักจะได้เรียนว่าเบดชนิดนี้มันมีข้อดีที่เหนือกว่า
fixed-bed
อย่างไร
เราเรียนกันแบบนี้จนแทบไม่มีนิสิตคนใดตอบได้ว่าถ้า
fluidised
bed มันดีจริงอย่างนั้น
แล้วทำไมจึงมีการนำไปใช้
"น้อยมาก"
เมื่อเทียบกับ
fixed-bed
นั่นแสดงว่า
fluidised
bed มันต้องมีข้อเสียอะไรบางอย่างอยู่
ทำให้มันมีการใช้งานที่จำกัด
ข้อเสียข้อนั้นก็คือ
อนุภาคของแข็งใน fluidised
bed
นั้นต้องทนต่อการกระแทกระหว่างกันและกับผนังอุปกรณ์ได้โดยที่ไม่แตกหัก
ไม่เช่นนั้นมันจะบดตัวเองจนมีขนาดอนุภาคเล็กลงและหลุดลอยออกไปกับแก๊สได้
เรื่องนี้เป็นเรื่องสำคัญมากในกรณีของ
fluidised
bed ที่ใช้เป็นเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้อนุภาคของแข็งเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา
และอีกข้อเสียหนึ่งที่เกิดขึ้นตามมาได้คือการสึกหรอ
(erosion)
ที่ตัวอุปกรณ์และระบบท่อ
อันเป็นผลจากการเสียดสีของอนุภาคของแข็งที่ไหลเวียนอยู่ในระบบ
(โดยเฉพาะตรงข้องอ
ซึ่งไม่จำเป็นต้องมีของแข็งอยู่ในระบบ
แก๊สที่ไหลผ่านด้วยความเร็วสูงก็ทำให้การเกิด
erosion
ตรงข้องอสูงกว่าบริเวณอื่นอยู่แล้ว)
การนำการเกิด
fluidisation
ไปใช้ในการเผาถ่านหินนั้นมันมีข้อดีตรงที่มันเผาไหม้ได้สมบูรณ์และรวดเร็ว
เพราะต้องใช้ถ่านหินที่เป็นผงละเอียด
ไม่เช่นนั้นมันจะเกิดปรากฏการณ์
fluidisation
ไม่ได้
นอกจากนี้ขี้ถ้าที่เกิดขึ้นยังหลุดลอยออกไปกับแก๊สร้อน
ไม่สะสมอยู่ในเตาเผา
แต่ก็ต้องไปดักจับและแยกออกทางด้านปลายทาง
ไปก่อปัญหาที่ปลายทางแทน
ในกรณีของกระบวนการ
fluidised
bed catalytic cracking หรือที่เรียกกันย่อ
ๆ ว่า FCC
ที่ใช้ในการเปลี่ยนน้ำมันหนักให้กลายเป็นน้ำมันเบานั้น
มันมีปัญหาเรื่องตัวเร่งปฏิกิริยาเสื่อมสภาพจาก
coking
เร็วมาก
(ในระดับวินาที)
การใช้
fixed-bed
จึงมีปัญหาเรื่องการฟื้นคืนสภาพตัวเร่งปฏิกิริยา
(catalyst
regeneration) และด้วยการที่ตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถทนต่อการกระทบกันใน
fluidised
bed ได้
จึงสามารถนำเทคนิคนี้ไปใช้งานได้
เพราะมันยอมให้สามารถทำการฟื้นคืนสภาพตัวเร่งปฏิกิริยาได้อย่างต่อเนื่อง
อาจกล่าวได้ว่ากระบวนการนี้เป็นกระบวนการแรก
ๆ ที่นำเอาเทคนิค fluidisation
มาประยุกต์ใช้ในกระบวนการผลิตและมาประสบความสำเร็จอย่างสูงโดยเฉพาะในช่วงเริ่มต้นสงครามโลกครั้งที่สอง
ในปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์
(polymersation)
พอลิเมอร์บางชนิด
(เช่นพอลิเอทิลีนหรือพอลิโพรพิลีน)
สาเหตุหนึ่งที่ใช้เครื่องปฏิกรณ์ชนิด
fluidised
bed
ได้ก็เพราะอนุภาคพอลิเมอร์ที่เกิดขึ้นนั้นมันไม่มีความแข็งเมื่อเทียบกับโลหะที่ใข้ทำอุปกรณ์
และด้วยความเหนียวนุ่มของมันจึงทำให้ไม่มีปัญหาเรื่องการแตกหัก
(แต่อาจเกาะตัวหรือหลอมรวมเป็นก้อนใหญ่ได้ถ้าอุณหภูมิสูงเกินไป)
บ่อยครั้งที่พบว่าสิ่งที่มีข้อดีหลากหลายนั้น
ไม่สามารถนำมาใช้งานได้เนื่องจากข้อเสียเพียงข้อเดียว
ในกรณีของ fluidisation
ก็เช่นกัน
ถ้าอนุภาคของแข็งมันทนสภาพการทำงานใน
fluidised
bed ไม่ได้แล้ว
ทุกอย่างก็จบ ต้องหันไปใช้
fixed-bed
แทน
และเมื่อหันไปใช้เครื่องปฏิกรณ์ชนิด
fixed-bed
ก็ต้องหาทางป้องกันไม่ให้เกิดปรากฏการณ์
fluidisation
ไม่ว่าแก๊สจะไหลผ่านเบดเร็วเท่าใด
ด้วยเหตุนี้ในกรณีของ
fixed-bed
นั้นจึงมักจะให้แก๊สไหลจาก
"บนลงล่าง"
ด้วยเหตุนี้จึงทำให้
fixed-bed
นั้นมีความดันลดคร่อมเบด
"สูงกว่า"
fluidised bed ได้
เพราะ fixed-bed
ยอมให้แก๊สไหลผ่านด้วยความเร็วที่สูงกว่าความเร็วที่ทำให้เกิดปรากฏการณ์
fluidisation
ได้ถ้าหากแก๊สไหลจาก
"ล่างขึ้นบน"
คำถามที่น่าสนใจคือทั้งปฏิกิริยา
steam
reforming ที่ใช้ในการผลิตไฮโดรเจนจากมีเทนและ
fluidised
bed นั้นต่างก็เป็นที่รู้จักกันมานานแล้ว
(นับถึงปัจจุบันจะเรียกว่าอยู่ที่ระดับร้อยปีแล้วก็ได้)
แล้วทำไมจึงไม่มีการนำเอาการทำปฏิกิริยาด้วย
fluidised-bed
มาใช้กับปฏิกิริยา
steam
reforming ซึ่งเหตุผลก็คงไม่ใช่เพราะไม่มีใครคิดถึง
การทดลองในห้องปฏิบัติการนั้นมักเป็นการทดลองในช่วงเวลาสั้น
ทำให้ข้อเสียบางอย่างยังไม่ปรากฏให้เห็นชัด
เช่นการบดกันของอนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาจนแตกเป็นผงละเอียดเล็กลง
และการสึกหรอของอุปกรณ์
ซึ่งตรงนี้ต่างก็ใช้เวลา
(โดยเฉพาะในเรื่องการสึกหรอ)
และก็เป็นส่วนที่ยังไม่สามารถใส่เข้าไปในโปรแกรม
simulation
ได้ด้วย
พฤติกรรมที่เกิดขึ้นภายในเบดที่อัตราการไหลต่าง
ๆ ก็เป็นสิ่งที่บ่อยครั้งไม่ได้มีการนำมารวมเข้าไว้ในแบบจำลอง
ในกรณีของ fixed-bed
นั้นจะมีก็แต่เรื่อง
external
mass และ
heat
transfer resistance
ที่จะเกิดขึ้นเมื่อความเร็วแก๊สที่ไหลผ่านเบดนั้นลดต่ำลงถึงระดับหนึ่ง
ในกรณีของ fluidised
bed
นั้นจะมีปัญหาเรื่องรูปแบบการไหลของแก๊สที่ไหลผ่านเบดที่ขึ้นกับรูปแบบตัวกระจายแก๊สที่ใช้
(ซึ่งมักไม่ถูกกล่าวถึงในแบบจำลอง)
และอัตราการไหลของแก๊ส
โดยยิ่งแก๊สไหลเร็วเท่าใดก็จะทำให้แก๊สจำนวนพุ่งผ่านเบดไปในรูปแบบ
bubble
ขนาดใหญ่หลุดพ้นเบดออกไปโดยไม่เกิดปฏิกิริยาใด
ๆ และในกรณีของ riser
reactor นั้นยังมีเรื่องของความเร็วสัมพัทธ์ระหว่างแก๊สและอนุภาคของแข็ง
ที่ความเร็วของอนุภาคของแข็งนั้นจะต่ำกว่าความเร็วแก๊สที่ไหลผ่านอยู่เล็กน้อย
(เรียกว่าเกิด
slip)
ที่เปลี่ยนแปลงไปตามความเร็วแก๊สที่ไหลผ่านด้วย
ปิดท้ายด้วยผลการวิเคราะห์ปริมาณธาตุในตัวเร่งปฏิกิริยานาโนคาร์บอนที่มีการตีพิมพ์ในวารสารวิชาการระดับนานาชาติฉบับหนึ่ง
(รูปที่
๓)
ที่มีนิสิตป.เอกเอามานำเสนอในชั่วโมงสัมมนา
ปรกติถ้าพบว่าผลรวมธาตุที่วัดได้นั้นไม่ถึง
100%
ก็ไม่ใช่เรื่องแปลก
เพราะเป็นไปได้ว่าไม่ได้วัดธาตุบางธาตุด้วยว่าไม่รู้ว่ามันคืออะไร
แต่ถ้าพบว่ามันเกิน 100%
จะหมายความว่าอะไรดีครับ
เรื่องอย่างนี้บางทีมันบ่งบอกถึงคุณภาพผู้ประเมินของวารสารนั้นด้วยครับ
รูปที่
๓ ผลการวิเคราะห์ธาตุใน
nanacarbon
catalyst ของบทความวารสารอินเตอร์ฉบับหนึ่ง
สังเกตเห็นอะไรผิดปรกติไหมครับ
ถ้ายังมองไม่เห็นก็ลองเอาตัวเลขมาบวกกันก็ได้ครับ
ว่าได้ผลรวมเท่ากับเท่าใด
นอกจากนี้ลองสังเกตความเหมือนกันของตัวเลขในช่องสุดท้ายด้วยก็ดีครับ
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น