เหตุการณ์นี้เกิดเมื่อเวลาประมาณ ๐๐.๑๘ น ของวันที่ ๘ สิงหาคม ค.ศ. ๑๙๖๙ (พ.ศ. ๒๕๑๒) หรือกว่า ๕๐ ปีแล้วที่ประเทศสหรัฐอเมริกา อุบัติเหตุครั้งนี้มีผู้บาดเจ็บ ๔ ราย พยายามหารายละเอียดการสอบสวนเหตุการณ์แล้วแต่หาไม่ได้ พบแต่เป็นโจทย์การบ้านและแบบฝึกหัดให้นิสิตวิศวกรรมเคมีหัดคำนวณเรื่องการออกแบบระบบระบายความร้อนที่เกิดจากปฏิกิริยาเต็มไปหมด รูปและรายละเอียดที่นำมาเล่าในวันนี้นำมาจากเอกสาร ๓ ฉบับ (ผู้ที่สนใจสามารถดาวน์โหลดได้จากลิงก์ที่แนบมา)
ฉบับแรกเป็น power point ที่เป็น lecture note ของสถาบันการศึกษาแห่งหนึ่ง
(http://websites.umich.edu/~essen/html/powerpoints/lecture_notes/lec22/CD/lec22_print.pdf)
ฉบับที่สองดูเหมือนเป็นโปสเตอร์ที่นำเสนอกันในงานประชุมวิชาการ
(https://www.csuohio.edu/sites/default/files/Poster_GATICA.pdf)
และฉบับที่สามเป็นบทความเรื่อง "Layer of Protection Analysis" โดย Ronald J. WIlley ในวารสาร Procedia Engineering, 84(2014), pp 12-22
(https://core.ac.uk/download/pdf/81971209.pdf)
รูปที่ ๒ ส่วนด้านล่างของตัว reactor (Autpclave) ที่หลงเหลืออยู่ (จากเอกสารฉบับที่ (๓))
การผลิต Nitoraniline (ดูรูปที่ ๓ ประกอบ) เริ่มจากการทำปฏิกิริยา Nitration สารประกอบ Chlorobenzene ก่อน จะได้ผลิตภัณฑ์ออกมา ๒ ตัวคือ o-Nitrochlorobenzene (o-NCB) และ p-Nitrochlorobenzene (p-NCB) โรงงานที่เกิดเหตุนี้จะใช้ o-NCB มาทำปฏิกิริยากับ NH3 (ในน้ำ) เพื่อให้ได้ o-Nitroaniline การทำปฏิกิริยาจะเป็นแบบ batch เกิดใน Autoclave ที่อุณหภูมิ 175ºC ความดันประมาณ 550 psi ทิ้งไว้นาน 24 ชั่วโมง NH3 จะเข้าไปแทนที่อะตอม Cl ได้ p-Nitroaniline และ NH4Cl เป็นผลิตภัณฑ์ร่วม
โรงงานเดินเครื่องผลิตมาเป็นเวลานาน ๑๙ ปีโดยไม่มีปัญหาอะไร จนกระทั่งมี MBA รายหนึ่งปรากฏตัว และบอกให้เพิ่มกำลังการผลิตขึ้นอีก 3 เท่า ทางโรงงานจึงได้เพิ่มปริมาณ o-NCB ที่เติมเข้าไปและลดปริมาณ NH3 ลง (แต่ก็ยังมากเกินพอสำหรับการทำปฏิกิริยา) ทำให้ปริมาตรรวมของสารในระบบเพิ่มจาก 3.25 m3 เป็น 5 m3 (รูปที่ ๔) เนื่องจากปฏิกิริยานี้คายความร้อน จึงต้องมีระบบระบายความร้อนออกจาก Autoclave (ไม่มีข้อมูลว่าใช้อะไรระบายความร้อน)
รูปที่ ๔ ส่วนผสมสารตั้งต้น (ซ้าย) ของเดิมและ (ขวา) ที่เพิ่มกำลังการผลิตขึ้นเป็น 3 เท่า
การทำปฏิกิริยาเริ่มในคืนวันที่ ๗ สิงหาคม เวลาประมาณ ๒๑.๕๕ น (รูปที่ ๕) ในช่วงแรกนั้นปฏิกิริยาดำเนินไปอย่างปรกติ จนกระเวลาประมาณ ๒๒.๔๐ น เกิดปัญหากับระบบระบายความร้อน ทำให้อุณหภูมิภายใน Autoclave เพิ่มสูงขึ้น (เพราะยังมีปฏิกิริยาเกิดอยู่) อีก ๑๐ นาทีถัดมาระบบระบายความร้อนก็กลับมาทำงานอีกครั้ง ในขณะนั้นอุปกรณ์วัดอุณหภูมิค้างค่าอุณหภูมิไว้ที่ประมาณ 194ºC ทำให้โอเปอร์เรเตอร์ไม่สามารถรู้ได้ว่าหลังจากระบบระบายความร้อนกลับมาทำงานใหม่แล้ว อุณหภูมิใน Autoclave ลดต่ำลงกลับมาค่าเดิม (175ºC) หรือยังคงไต่เพิ่มขึ้นไปอีก ซึ่งผลการวิเคราะห์ภายหลังพบว่าแม้ว่าระบบระบายความร้อนจะกลับมาทำงานเหมือนเดิม แต่ก็ทำได้เพียงแค่ลดอัตราการเพิ่มอุณหภูมิ ไม่สามารถลดอุณหภูมิภายในกลับมายังค่าเดิมได้ (รูปที่ ๕)
รูปที่ ๕ การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิก่อนการระเบิด (จากเอกสาร (๑))
สารประกอบนี้เมื่ออุณหภูมิเพิ่มสูงถึงจุด ๆ หนึ่งก็จะสลายตัวอย่างรวดเร็วและคายความร้อนออกมาในปริมาณมาก ในเหตุการณ์นี้เมื่อไม่สามารถระบายความดันออกจาก Autoclave ได้ทันท่วงที ตัว Autoclave ก็เกิดการระเบิด
รูปที่ ๖ เป็นกราฟแสดงความสามารถในการระบายความร้อน (เส้นตรงสีน้ำเงิน) ของระบบระบายความร้อน และความร้อนที่ปฏิกิริยาคายออกมา (เส้นสีแดง) ความสามารถในการระบายความร้อนขึ้นอยู่กับผลต่างอุณหภูมิของฝั่งร้อนและฝั่งเย็น และค่าสัมประสิทธิการถ่ายเทความร้อน ถ้าสัมประสิทธิการถ่ายเทความร้อนคงที่ก็จะเป็นกราฟเส้นตรง โดยค่าความชันจะเพิ่มตามค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน ในขณะที่กราฟความร้อนที่ปฏิกิริยาคายออกจะมีรูปร่างเป็นตัว S (ตามสมการ Arrhenius) อุณหภูมิที่จุดสมดุลของการทำงานคือจุดที่กราฟทั้งสองเส้นตัดกัน
ในกรณีที่ค่าสัมประสิทธิการถ่ายเทความร้อนสูงมากพอ เส้นสีน้ำเงินและเส้นสีแดงจะตัดกันที่ตำแหน่งเดียว คืออยู่ที่ประมาณตำแหน่ง A ในอีกด้านหนึ่งถ้าค่าสัมประสิทธิการถ่ายเทความร้อนต่ำเกินไป เส้นสีน้ำเงินและเส้นสีแดงจะตัดกันที่ตำแหน่งเดียว แต่จะอยู่ที่ประมาณตำแหน่ง C ดังนั้นจะมีอยู่ช่วงหนึ่งที่ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนสามารถทำให้เส้นสีน้ำเงินและสีแดงนั้นตัดกันได้ 3 ตำแหน่งคือ A, B และ C ในรูป
ในเหตุการณ์นี้ในช่วงแรกการทำงานอยู่ที่จุด A แต่ในช่วงที่ระบบระบายความร้อนไม่ทำงานนั้น อุณหภูมิในระบบเพิ่มสูงขึ้น ซึ่งถ้าระบบระบายความร้อนกลับมาทำงานทันก่อนที่อุณหภูมิจะขึ้นถึงจุด B ระบบก็จะเย็นตัวลงกลับมาที่จุด A ได้ เพราะเป็นช่วงที่ค่าความสามารถในการระบายความร้อนนั้นสูงกว่าค่าความร้อนที่ปฏิกิริยาคายออกมา (เส้นสีน้ำเงินสูงกว่าเส้นสีแดง)
แต่ถ้าระบบระบายความร้อนกลับมาทำงานในช่วงที่อุณหภูมิพ้นจุด B ไปแล้ว ระบบระบายความร้อนจะไม่สามารถดึงให้อุณหภูมิภายใน Autoclave ลดต่ำลงได้ เพราะปริมาณความร้อนที่คายออกมานั้นสูงกว่าความร้อนที่ระบบระบายความร้อนจะสามารถดึงออกไปได้ (เส้นสีแดงสูงกว่าเส้นสีน้ำเงิน)
แต่กราฟนี้เป็นกราฟกรณีที่ไม่มีปฏิกิริยาอื่นเพิ่มเติมเข้ามา ซึ่งในเหตุการณ์นี้ไม่ใช่อย่างนั้น เพราะเมื่ออุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้นถึงจุดหนึ่งก็มีปฏิกิริยาการสลายตัวของ o-NCB เพิ่มเข้ามา ทำให้อุณหภูมิระบบไต่ขึ้นอย่างรวดเร็วจนเกิดการระเบิด
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น