การวินิจฉัยการเข้าข่ายสินค้าที่ใช้ได้สองทาง ตัวอย่างที่ ๑๘ The Blue Team : Spray drying equipment MO Memoir : Tuesday 14 November 2566

บันทึกฉบับนี้เป็นตอนต่อจากฉบับที่แล้ว การอบรมในช่วงบ่ายมีการเปลี่ยนสถานการณ์เป็นตรงข้ามกับช่วงเช้า โจทย์ที่ได้รับเป็นสถานการณ์สมมุติว่า มีผู้ติดต่อขอซื้ออุปกรณ์ใช้งานแล้วของบริษัทคือเครื่องทำแห้งแบบพ่นฝอย (Spray dryer หรือ spray drying equipment) โดยให้ราคาที่น่าสนใจ แต่ก่อนอื่นมาลองทำความรู้จักเครื่องนี้กันก่อนว่ามันมีหลักการทำงานอย่างไร

เครื่องฉีดพ่นแห้งแบบพ่นฝอยใช้ในการผลิตผลิตภัณฑ์ของแข็งที่เป็นผงอนุภาคขนาดเล็กจากของเหลวที่เป็นสารละลายหรือคอลลอยด์ (colloid) โดยจะทำการฉีดพ่นของเหลวออกเป็นหยดละอองเล็ก ๆ ที่เมื่อสัมผัสกับแก๊สร้อน (ถ้าไม่เกรงว่ามันจะทำปฏิกิริยากับอากาศร้อนก็ใช้อากาศร้อนได้) ที่ป้อนเข้ามาให้ไหลในทิศทางเดียวกันกับการฉีด (ส่วนใหญ่จะเป็นอย่างนี้) ตัวทำละลายที่อยู่ในหยดของเหลวก็จะระเหยไป (อันที่จริงการระเหยของเหลวนอกจากจะใช้ความร้อนแล้วยังสามารถใช้การลดความดันร่วมด้วยได้ในกรณีที่เกรงว่าผลิตภัณฑ์จะเสื่อมสภาพเนื่องจากความร้อน) เหลือแต่ส่วนที่เป็นของแข็งที่ถูกพัดพาไปกับแก๊สร้อนที่ถูกดูดให้ไหลผ่านอุปกรณ์แยกเช่นไซโคลน (cyclone)

อุปกรณ์ชนิดนี้มีหลายขนาดตั้งแต่ขนาดเล็กตั้งบนโต๊ะได้เพื่อใช้ในการเรียนการสอนหรือการทดลอง (ที่ทำงานผมก็มีอยู่หนึ่งเครื่อง เอาไว้ให้นิสิตทำการทดลอง) ระดับโรงประลอง (รูปที่ ๑) หรือระดับอุตสาหกรรมที่มีขนาดใหญ่เท่าอาคาร

รูปที่ ๑ ตัวอย่างเครื่อง spray dryer จากเว็บของบริษัทหนึ่ง กำลังการผลิตของเครื่องอยู่ที่ระดับ.โรงประลอง (pilot plant) เครื่องนี้สามารถผลิตอนุภาคที่มีขนาดในช่วง 1 - 150 ไมโครเมตรได้

ตัวอย่างผลิตภัณฑ์ใกล้ตัวเราที่ผลิตด้วยเครื่องชนิดนี้ได้แก่ผงซักฟอกและนมผง ยาที่เป็นของแข็งที่ต้องการฉีดพ่นเข้าไปในลำคอก็จะใช้อุปกรณ์ชนิดนี้ผลิตเพื่อให้ได้อนุภาคที่มีขนาดเล็กกว่า 10 ไมโครเมตร (ขนาดที่สามารถล่องลอยค้างอยู่ในอากาศเข้าลึกไปภายในระบบทางเดินหายใจของคนได้) ผลิตภัณฑ์เครื่องสำอางบางชนิดที่ต้องใช้ส่วนประกอบที่เป็นของแข็งที่เป็นอนุภาคขนาดเล็ก การผลิตผงอนุภาคของแข็งขนาดเล็กเพื่อนำไปใช้ประโยชน์อย่างอื่นก็อาจใช้เทคนิคนี้ในการผลิตได้

ในการฝึกอบรมนั้น ทางวิทยากรให้โจทย์ปัญหามา ๑ แผ่น โดยขอให้อ่านแต่เพียงหน้าแรกและตอบคำถามชุดที่หนึ่งก่อน จากนั้นจึงค่อยพลิกไปอ่านข้อมูลเพิ่มเติมในหน้าที่สองและตอบคำถามชุดที่สอง แต่ก่อนอื่นลองอ่านโจทย์หน้าแรกในรูปที่ ๒ ข้างล่างดูก่อนว่าสถานการณ์เป็นอย่างไร

รูปที่ ๒ หน้าแรกของโจทย์ที่ได้รับมา ที่สมมุติให้เราเป็นผู้จัดการโรงงานของเจ้าของบริษัท ส่วนคำถามนั้นไม่ได้ถ่ายรูปเก็บเอามาด้วย

Spray dryer ที่เข้าข่ายเป็นสินค้าที่ใช้ได้สองทางต้องมีคุณสมบัติเป็นไปตามที่ระบุไว้ในหัวข้อ 2B352.h ทุกข้อดังแสดงในรูปที่ ๓ ข้างล่าง แต่เมื่อได้ลองอ่านข้อกำหนดฉบับภาษาอังกฤษ (ปีค.ศ. ๒๐๒๒) เทียบกับฉบับแปลเป็นไทย (อิงฉบับภาษาอังกฤษปีค.ศ. ๒๐๑๙) ก็ขอแสดงความคิดเห็นไว้ตรงนี้หน่อย

รูปที่ ๓ Spray dryer ที่เป็นสินค้าควบคุม ต้องมีคุณลักษณะเป็นไปตามที่ระบุไว้ในหมวด 2B352.h

ข้อกำหนดข้อ 1. ภาษาอังกฤษใช้คำว่า "water evaporation capacity" ซึ่งหมายถึงความสามารถในการระเหยน้ำ แต่ในฉบับภาษาไทยแปลว่า "ความสามารถในการระเหย" โดยไม่มีคำว่า "น้ำ" ถ้าอ่านฉบับภาษาอังกฤษก็จะเข้าใจว่าตัวเลข 0.4 kg/h หรือ 400 kg/h คือ "ปริมาณน้ำที่สามารถดึงออกจากสารละลายที่ฉีดเข้ามา" ไม่ใช่ "ปริมาณสารละลายที่ฉีดเข้ามา" เพราะปริมาณน้ำที่ต้องการดึงออกนั้นเป็นตัวกำหนดปริมาณความร้อนที่ต้องให้ (ผ่านทางอุณหภูมิและอัตราการไหลของแก๊สร้อนที่ป้อนเข้ามา) เพื่อระเหยน้ำจากหยดสารละลายที่ฉีดเข้ามา เพราะพลังงานความร้อนที่ต้องใช้เพื่อทำให้น้ำที่เป็นของเหลวกลายเป็นไอนั้น มีค่ามากกว่าความร้อนที่ต้องใช้ในการทำให้น้ำที่เป็นของเหลวกลายเป็นน้ำที่ยังเป็นของเหลวแต่มีอุณหภูมิสูงขึ้นอยู่มาก

ข้อกำหนดข้อ 2. ภาษาอังกฤษใช้คำว่า "mean ... particle size" ซึ่งถ้าตีความตามนี้จะแปลคำว่า "mean" คือ "ค่าเฉลี่ย" แต่ในฉบับภาษาไทยใช้คำว่า "ปกติ" ซึ่งคงต้องมีการตีความกันอีกว่า "ขนาดปกติ" คืออะไร

แต่ในทางสถิติเวลาพูดถึง "ค่าเฉลี่ย" (ที่ตรงกับคำภาษาอังกฤษ "mean") ยังมีการแยกออกเป็น ๓ แบบคือ Mean, Medium และ Mode ดังแสดงในรูปที่ ๓

เพื่อให้เห็นภาพจะลองยกตัวอย่างในการสอบวิชาหนึ่งมีผู้เข้าสอบ 101 คน สอบได้ 30 คะแนนจำนวน 50 คน, สอบได้ 60 คะแนนจำนวน 1 คน, สอบได้ 65 คะแนนจำนวน 25 คน และสอบได้ 75 คะแนนจำนวน 25 คน

ค่าเฉลี่ยแบบ "Mean" คือการเอาคะแนนของผู้เข้าสอบทุกคนมาบวกรวมกันแล้วหารด้วยจำนวนผู้เข้าสอบ ในกรณีนี้ก็คือ ((25 x 75) + (25 x 65) + (1 x 60) + (50 x 30))/101 = 50.1 คะแนน

ค่าเฉลี่ยแบบ "Medium" คือการเอาคะแนนของผู้เข้าสอบทุกคนมาเรียงลำดับกันจากมากไปน้อย (หรือน้อยไปมากก็ได้) และดูว่าคนที่อยู่ตรงกลางของลำดับคะแนน (ในกรณีนี้คือคนที่ 50) สอบได้คะแนนเท่าไร ในกรณีนี้คือ 60 คะแนน

ค่าเฉลี่ยนแบบ "Mode" คือการเอาคะแนนของผู้เข้าสอบทุกคนมาพิจารณาว่า คะแนนใดที่มีจำนวนผู้สมัครได้เท่ากันมากที่สุด เช่นในกรณีนี้ค่าเฉลี่ยแบบ Mode ก็คือ 30

รูปที่ ๓ นิยามของค่าเฉลี่ย Mean, Mode และ Medium (รูปจาก https://www.cif.iastate.edu/sites/default/files/uploads/Other_Inst/Particle%20Size/Particle%20Characterization%20Guide.pdf) ตรงนี้อย่าไปจำว่าค่าเฉลี่ยมันต้องเรียงลำดับตามนี้ มันขึ้นอยู่กับรูปแบบการกระจายตัวของข้อมูล

โดยส่วนตัวผม ผมยังคิดว่าคำว่า "mean" ที่ระบุไว้ในข้อกำหนดข้อ 2. นั้นเป็นการกล่าวกลาง ๆ ถึง "ค่าเฉลี่ย" ที่ต้องไปตีความกันอีกทีว่าเป็นค่าเฉลี่ยแบบ "Mean", "Medium" หรือ "Mode" ดังที่อธิบายมาข้างต้น ซึ่งตรงจุดนี้มองว่ายังเป็นประเด็นให้ถกเถียงได้อยู่ในการตีความ ในกรณีที่พบว่าเมื่อนำขนาดอนุภาคมาคำนวณค่าเฉลี่ยในรูปแบบต่าง ๆ แล้วพบว่าค่าเฉลี่ยบางรูปแบบนั้นให้ค่าต่ำกว่า 10 ไมโครเมตรและบางรูปแบบให้ค่ามากกว่า 10 ไมโครเมตร

ในกรณีเช่นนี้โดยความเห็นส่วนตัวคิดว่าอาจต้องขอดูข้อมูล "การกระจายตัวของขนาดอนุภาค (Particle size distribution)" ประกอบด้วย

ข้อกำหนดข้อ 3. กล่าวถึงความสามารถที่จะทำการฆ่าเชื้อในตัวอุปกรณ์หรือทำให้ตัวอุปกรณ์ปลอดเชื้อได้ในตัว (in situ) นั่นหมายถึงการสามารถกำจัดเชื้อจุลชีพต่าง ๆ ที่อยู่ในตัวอุปกรณ์โดยไม่จำเป็นต้องแยกส่วนออกมาทำการฆ่าเชื้อแล้วประกอบเข้าไปใหม่

เทคนิคหลักที่ใช้กันในการกำจัดเชื้อก็เห็นมีอยู่ 3 เทคนิคคือ การใช้ความร้อน, การใช้สารเคมี, และการฉายรังสี

การใช้ความร้อนก็อาจใช้ แก๊สร้อน, ไอน้ำ หรือน้ำร้อน วิธีการนี้ก็สะดวกดีในกรณีที่ทุกขิ้นส่วนนั้นเป็นโลหะ เพราะไม่ต้องกังวลว่ามันจะเสื่อมคุณภาพเนื่องจากอุณหภูมิ (ปรกติก็จะใช้อุณหภูมิสูงเกิน 100 องศาเซลเซียสไปไม่มากนัก) แต่ต้องระวังว่าระบบต้องไม่มีวัสดุที่ทนอุณหภูมิสูงไม่ได้ (เช่นพวกปะเก็นพอลิเมอร์หรือยาง ที่อาจซ่อนอยู่ตามข้อต่อหรือตัววาล์ว)

การฆ่าเชื้อด้วยสารเคมีเหมาะกับวัสดุที่ไม่ทนต่อความร้อน (เช่นพวกพอลิเมอร์และพลาสติกหลายชนิดที่ใช้ในทางการแพทย์) แต่วัสดุนั้นต้องทนต่อสารเคมี สารเคมีที่ใช้มีทั้งที่เป็นแก๊ส (เช่นเอทิลีนออกไซด์ ethylene oxide และโอโซน) และที่เป็นของเหลว (เช่น ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์, กรดเปอร์อะซีติก, กรดเปอร์ฟอร์มิก) แต่การใช้สารเคมีนั้นต้องระวังเรื่องสารเคมีตกค้างในระบบ โดยเฉพาะกรณีที่สารเคมีนั้นเป็นสารที่เสถียร ไม่สลายตัว เช่น กรดอะซีติกและกรดฟอร์มิก ที่เป็นส่วนผสมอยู่ในกรดเปอร์อะซีติกและกรดเปอร์ฟอร์มิก)

การฆ่าเชื้อด้วยรังสีนั้นมีทั้งรังสี UV (อัลตร้าไวโอเล็ต) และแกมมา รังสี UV จะทำงานได้ดีกับพื้นผิวเปิดที่รังสีส่องกระทบได้ คือกำจัดเชื้อได้เฉพาะด้านที่รังสีสามารถส่องกระทบ ในขณะที่รังสีแกมมาสามารถทะลุทะลวงผ่านโลหะได้ จึงสามารถเข้าไปฆ่าเชื้อที่อยู่ทางอีกฟากด้านของพื้นผิวได้

โจทย์บอกว่าเครื่องจักรที่ต้องการส่งออกใช้กับโรงงานผลิตเซรามิกคุณภาพสูงสำหรับ "อุตสาหกรรม" ต่าง ๆ ตอนแรกที่เห็นคำว่า "อุตสาหกรรม" ก็สงสัยเหมือนกันว่าทำไมต้องใช้เครื่องที่สามารถทำการฆ่าเชื้อได้ในตัว แต่ถ้าเป็นเซรามิกเพื่อใช้ในทางการแพทย์ เช่น วัสดุอุดฟันหรือซ่อมแซมกระดูก ก็ว่าไปอย่าง

รูปที่ ๔ นำมาจากบทความหนึ่งที่ทำการวิเคราะห์วัสดุเซรามิกสำหรับใช้ในงานทันตกรรมที่มีขายในท้องตลาด (ไม่มีการระบุว่าถูกผลิตด้วยเทคนิคอะไร) จะเห็นว่าอนุภาคส่วนใหญ่มีขนาดใหญ่กว่า 10 ไมโครเมตร

รูปที่ ๔ ผลการวิเคราะห์การกระจายขนาดอนุภาควัสดุเซรามิกใช้งานงานทันตกรรมที่มีจำหน่ายในท้องตลาดจากบทความ

แต่การคิดตรงนี้อิงจาก "ปริมาตร" ไม่ใช่ "จำนวน" กล่าวคืออนุภาคขนาดใหญ่ 1 อนุภาคอาจมีปริมาตรมากกว่าอนุภาคขนาดเล็ก 10 อนุภาครวมกัน ในการคิดแบบปริมาตรนี้จะพบว่ามีอนุภาคขนาดใหญ่เกิน 50% แต่ถ้าคิดแบบจำนวนจะพบว่ามีเพียง 10% เท่านั้นเอง

รูปที่ ๕ เป็นบทความเกี่ยวกับการเตรียมอนุภาคเซรามิกขนาดเล็กด้วยเทคนิค spray dryer เพื่อใช้ในงานทั่วไป เช่น เป็นวัสดุแม่เหล็ก ใช้ในงานด้านทัศนศาสตร์ หรือเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา (ไม่มีการกล่าวถึงงานทันตกรรม)

รูปที่ ๕ บทความนี้ทดลองเตรียมวัสดุเซรามิกด้วยเทคนิค spray drying โดยสามารถเตรียมให้มีขนาดอนุภาคเล็กกว่า 10 ไมโครเมตรได้ PVA ในรูปคือ polyvinyl alcohol

บทความในรูปที่ ๔ และ ๕ แม้จะตีพิมพ์ห่างกัน ๑๓ ปี ลงในวารสารต่างสาขาวิชากัน ด้วยคณะวิจัยต่างกัน แต่ก็มาจากห้องปฏิบัติการเดียวกัน แสดงว่าห้องปฏิบัติการนี้ศึกษาเรื่องผงอนุภาคขนาดเล็กอย่างต่อเนื่องเป็นเวลานาน (คือในแง่คนขายเครื่องมือเขาจะดูว่าซื้อเอาไปทำวิจัยเรื่องเกี่ยวกับอะไร)

อาวุธชีวภาพตัวหนึ่งที่สามารถนำมาใช้ในรูปแบบละอองฟุ้งอยู่ในอากาศแล้วให้หายใจเข้าไปคือเชื้อแอนแทรกซ์ (anthrax) จุดเด่นของเชื้อนี้คือเมืออยู่ในรูปที่เป็นสปอร์ (spore) สามารถทนอยู่ในดินได้นานหลายสิบปี และในสภาวะที่แห้งจะทนอุณหภูมิได้สูงถึง 140ºC เป็นเวลาหลายชั่วโมง แต่ถ้ามีความชื้นด้วยเช่นต้มในน้ำร้อน 100ºCจะถูกทำลายใน 5-30 นาที (https://www.vibhavadi.com/Health-expert/detail/258) แม้ว่าเชื้อนี้สามารถเข้าสู่ร่างกายทางบาดแผลหรือรับประทานเข้าไปก็ได้ แต่ถ้ารับด้วยการหายใจเข้าไป อัตราส่วนการจายจะสูงถึง 80-90% ในเวลา 3-5 วันหลังได้รับเชื้อ (http://www.correct.go.th/meds/index/Download/การกลับมาของโรคแอนแทรกซ์.pdf)

รูปที่ ๖ เป็นหน้าที่สองของโจทย์ที่ได้รับมา (เป็นข้อมูลเพิ่มเติมหลังจากตอบคำถามด้วยข้อมูลที่มีเพียงแค่หน้าที่หนึ่งเสร็จ) ลองอ่านแล้วลองพิจารณาดูว่า ถ้าต้องประสบกับเหตุการณ์อย่างนี้ จะดำเนินการอย่างไร

รูปที่ ๖ หน้าที่สองของโจทย์ที่ได้รับมา