API 2000 Venting Atmospheric and Low-Pressure Storage Tanks (ตอนที่ ๒๕) MO Memoir : Tuesday 24 February 2569

หมายเหตุ : เนื้อหาในบทความชุดนี้อิงจากมาตราฐาน API 2000 7th Edition, March 2014. Reaffirmed, April 2020 โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อเป็นพื้นฐานในการทำความเข้าใจ ดังนั้นถ้าจะนำไปใช้งานจริงควรต้องตรวจสอบกับมาตรฐานฉบับล่าสุดที่ใช้ในช่วงเวลานั้นก่อน

ตอนที่ ๒๕ นี้เป็นการเริ่มภาคผนวก D ซึ่งเป็นเรื่องเกี่ยวกับเกณฑ์ต่าง ๆ ของสมการที่ใช้ในการกำหนดขนาดของอุปกรณ์ระบายความดัน (รูปที่ ๑) โดยหัวข้อ D.1 ขอบเขตกล่าวว่า ภาคผนวกนี้ได้ให้เกณฑ์สำหรับสมการที่ใช้ในการกำหนดขนาดของอุปกรณ์ระบายความดันบางสมการ ที่ใช้ในมาตรฐานนี้

รูปที่ ๑ เริ่มต้นภาคผนวก D

หัวข้อ D.2 (รูปที่ ๒) เป็นนิยามของสภาวะ "Standard" และ "Normal" ของอุณหภูมิและความดัน ซึ่งตรงนี้มีความสำคัญที่ต้องทำความเข้าใจให้ตรงกันก่อน เพราะมันต่างจากที่สอนกันอยู่ในโรงเรียนในบ้านเรา

รูปที่ ๒ นิยามของสภาวะมาตรฐาน

ย่อหน้าแรกของหัวข้อ D.2 กล่าวว่า ในการคำนวณหลายอย่างในมาตรฐานนี้ มีการใช้สภาวะอ้างอิง "หลายสภาวะ" ในการคำนวณอัตราการไหลโดยปริมาตรของแก๊สอุดมคติ สภาวะอ้างอิง "normal condition" และ "standard condition" นิยามที่ค่าอุณหภูมิและความดันดังต่อไปนี้

"normal condition" นิยามที่ความดันบรรยากาศ 101.325 kPa (คือ 1 atm หรือ 14.696 psia) และอุณหภูมิ 0ºC (32ºF) จะใช้กับค่าต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับหน่วย SI ที่สภาวะนี้ปริมาตรโดยโมลของแก๊สอุดมคติคือ 22.414 m³/kmol

"standard condition" นิยามที่ความดันบรรยากาศ 101.325 kPa (คือ 1 atm หรือ 14.696 psia) และอุณหภูมิ 15.56ºC (60ºF) จะใช้กับค่าต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับหน่วย USC ที่สภาวะนี้ปริมาตรโดยโมลของแก๊สอุดมคติคือ 379.46 ft³/lb.mol

ย่อหน้าที่สี่กล่าวว่าเป็นสิ่งสำคัญที่ควรต้องกล่าวไว้ในที่นี้ว่าอุณหภูมิอ้างอิงของ "normal condition" (0ºC หรือ 32ºF) ไม่ตรงกับอุณหภูมิอ้างอิงของ "standard condition" (15.56ºC หรือ 60ºF) การเปลี่ยนหน่วยระหว่างสภาวะ normal และ standard ได้ถูกรวมไว้ในที่นี้เมื่อมีการรายงานผลลัพธ์ด้วยหน่วยที่แตกต่างกัน ผู้ใช้พึงควรระวังว่าอัตราการไหลโดยปริมาตรในหน่วยที่แตกต่างกันกันอาจไม่เท่ากันพอดีเนื่องจากการใช้อุณหภูมอ้างอิงที่แตกต่างกัน

ที่สอนกันในบ้างเราจะบอกว่า Stand Temperature and Pressure (STP) และ Normal Temperature and Pressure (NTP) คือสภาวะเดียวกัน และนิยามที่ 1 atm และ 0ºC แต่ในมาตรฐาน API นี้ "normal condition" และ "standard condition" เป็นคนละสภาวะกัน และนิยามของ "normal condition" จะตรงกับ STP ที่สอนกันในบ้านเรา

รูปที่ ๓ หัวข้อ D.2ต่อ

ย่อหน้าถัดมาของหัวข้อ D.2 (รูปที่ ๓) กล่าวว่า ควรใช้อัตราส่วนของอุณหภูมิสัมบูรณ์ในการเปลี่ยนค่าระหว่างอัตราการไหลโดยปริมาตรของแก๊สอิสระ (กล่าวคือ เมื่อต้องการเปลี่ยนอัตราการไหลโดยมวลหรือโดยโมลไปเป็นอัตราการไหลโดยปริมาตรที่เทียบเท่า) ที่สภาวะมาตรฐานสภาวะใดสภาวะหนึ่ง ดังเช่นสมการ (D.1)

ในสมการ (D.1) นี้ q_normal คืออัตราการไหลโดยปริมาตรที่ "normal condition" หน่วยเป็น normal m³/hr ส่วน q_standard คืออัตราการไหลโดยปริมาตรที่ "standard condition" หน่วยเป็น standard ft³/hr หรือ SCF (ºR คือหน่วยอุณหภูมิสัมบูรณ์ Rankine โดยช่วง 1ºR = 1ºF และ 0ºC = 491.67ºR)

โดยมีหมายเหตุกล่าวว่าสมการ (D.1) นี้เทียบเท่ากับการเปลี่ยนระหว่างอัตราการไหลโดยโมลของแก๊สอุดมคติที่ "normal condition" และ "standard condition" ดังแสดงในสมการที่ (D.2)

และเมื่อใดก็ตามที่ต้องการแสดงค่าความต้องการในการระบายในรูปของอัตราการไหลโดยปริมาตรของอากาศที่เทียบเท่าที่สภาวะอ้างอิงสภาวะหนึ่ง ควรใช้ "อัตราส่วนของรากที่สองของอุณหภูมิสัมบูรณ์" ในการเปลี่ยนค่าระหว่างสภาวะอ้างอิง (สมการที่ (D.3)) ตรงนี้ขอให้ดูหัวข้อ D.10 เพิ่มเติม (ในสมการที่ (D.3) นั้น R_g คือค่าคงที่ของแก๊สหรือ gas constant)

รูปที่ ๔ เริ่มหัวข้อ D.3

หัวข้อ D.3 (รูปที่ ๔) เป็นการคำนวณค่าอัตราการไหลทางทฤษฎีสำหรับวิธีการ Coefficient of Discharge โดยหัวข้อ D.3.1 เป็นพื้นฐานทางทฤษฎี

หัวข้อ D.3.1.1 กล่าวว่าอัตราการไหลทางทฤษฎีสำหรับวิธีการ Coefficient of Discharge ที่ใช้ในการทดสอบอุปกรณ์ระบายความดัน มีพื้นฐานบนข้อสมมุติต่าง ๆ ดังนี้

a) ชิ้นส่วนที่เป็นตัวจำกัดการไหลของช่องระบายความดันที่เปิดเต็มที่คือตัว nozzle ที่อยู่ในส่วนลำตัวของช่องระบายความดัน ที่อยู่ระหว่างช่องทางเข้าและพื้นผิว seating (คือพื้นผิวที่ตัว seat plate หรือ plug ปิดช่องระบาย) และ

b) เส้นทางการเปลี่ยนแปลงทางเทอร์โมไดนามิกส์สำหรับการระบุค่าอัตราการไหลสูงสุดทางทฤษฎีผ่านทาง nozzle คือเป็นกระบวนการ adiabatic (ไม่มีความร้อนเข้าออก) และ reversible (ผันกลับได้) หรือเป็นกระบวนการที่เรียกว่า isentropic ซึ่งเป็นข้อสมมุติทั่วไปที่ได้มาจากหลักฐานที่ได้จากการทดลองต่าง ๆ สำหรับ nozzle ที่ผ่านการขึ้นรูปมาอย่างดี

หัวข้อ D.3.1.2 (รูปที่ ๕) กล่าวว่าข้อสมมุติที่ว่าการไหลผ่าน nozzle เป็นแบบ isentropic ได้ให้กรอบทฤษฎีมาตรฐานสำหรับสมการคำนวณค่าทางทฤษฎี ดุลพลังงานทั่วไปสำหรับการไหลผ่าน nozzle แบบ isentropic สำหรับของไหลที่มีความเป็นเนื้อเดียวกันเป็นตัวสร้างเกณฑ์สำหรับการคำนวณฟลักซ์ของมวลสาร (อัตราการไหลต่อหน่วยพื้นที่), G, ที่ไหลผ่าน nozzle ค่าสำหรับหน่วย SI (kg/m²) แสดงไว้ในสมการที่ (D.4) และค่าที่แสดงในหน่วย USC (lb/ft²) แสดงไว้ในสมการที่ (D.5) โดยที่

v คือปริมาตรจำเพาะของของไหลในหน่วย m³/kg หรือ ft³/lb

ρ คือความหนาแน่นของของไหลในหน่วย kg/m³ หรือ lb/ft³

p_st คือ "ความดันหยุดนิ่ง (stagnation pressure)" ของของไหลในหน่วย N/m² หรือ lb/in² (ความดันสัมบูรณ์) (ดูหมายเหตุ ๑ ตอนท้ายเพิ่มเติม)

ตัวห้อย i หมายถึงสภาวะของของไหลที่ทางเข้า nozzle

ตัวห้อย th หมายถึงสภาวะของของไหลที่ส่วนคอของ nozzle ที่เป็นบริเวณที่พื้นที่การไหลเล็กที่สุด

ตัวห้อย max หมายถึงค่าสูงสุดของการคำนวณนี้ ซึ่งรวมเอาโอกาสที่จะเกิด choking ของของไหลเอาไว้ด้วย (ดูหมายเหตุ ๒ ตอนท้ายเพิ่มเติม)

รูปที่ ๕ หัวข้อ D.3.1.2

หมายเหตุ

๑. ความดันหยุดนิ่งหรือ Stagnation pressure คือผลรวมพลังงานทางกลทั้งหมดของของไหลเมื่อของไหลนั้นหยุดนิ่งแบบ isentropic พลังงานจลน์ของของไหลจะเปลี่ยนไปเป็นความดัน ดังนั้นความดัน ณ ตำแหน่งที่ของไหลหยุดนิ่งนั้นจะเป็นผลรวมของความดันสถิต (Static pressure) และพลังงานจลน์

รูปที่ ๖ เมื่อของไหลไหลในท่อ ท่อซ้ายเป็นการความดันที่วัดที่ผิวท่อ (ความเร็วการไหลเป็นศูนย์) ค่าที่วัดได้คือ static pressure ท่อขวาคือ pitot tube ที่ปลายท่อวัดความดันจะยื่นไปตรงกลางท่อและหันเข้าหาด้านที่ของไหลไหลมา ความดันที่วัดได้จะเป็นผลรวมของ static pressure กับความดันที่เกิดจากพลังงานจลน์ของการไหลที่เปลี่ยนไปเป็นความดัน ความดันนี้คือ stagnation pressure (รูปจาก https://www.dubai-sensor.com/product_images/uploaded_images/fig-1.-different-pressure-scale.png)

๒. ปรกติเวลาที่ของไหลไหลผ่านช่องทางการไหลที่มีพื้นที่หน้าตัดเล็กลงนั้น ความดันจะเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์ทำให้ความเร็วในการไหลเพิ่มขึ้น อัตราการไหลจะขึ้นอยู่กับความดันด้านขาออกด้วย ถ้าความดันด้านขาออกลดต่ำลง (หรือแรงต้านด้านขาออกลดลง) อัตราการไหลก็จะเพิ่มขึ้น แต่จะเพิ่มได้ถึงระดับหนึ่งเท่านั้น (ที่ความเร็วในการไหลเข้าใกล้ความเร็วเสียง) ที่ระดับความเร็วนี้แม้ว่าจะลดความดันด้านขาออกลงไปอีก อัตราการไหลก็ไม่เพิ่มขึ้น เป็นการไหลที่เรียกว่าการไหลติดขัดหรือ choked flow

API 2000 Venting Atmospheric and Low-Pressure Storage Tanks (ตอนที่ ๒๔) MO Memoir : Thursday 19 February 2569

หมายเหตุ : เนื้อหาในบทความชุดนี้อิงจากมาตราฐาน API 2000 7th Edition, March 2014. Reaffirmed, April 2020 โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อเป็นพื้นฐานในการทำความเข้าใจ ดังนั้นถ้าจะนำไปใช้งานจริงควรต้องตรวจสอบกับมาตรฐานฉบับล่าสุดที่ใช้ในช่วงเวลานั้นก่อน

สำหรับตอนนี้ก็จะเป็นส่วนที่เหลือของ Annex ฺC (informative) โดยเกี่ยวข้องกับ Pilot operated relief valve แต่ก่อนที่จะเข้าเรื่องนี้ ลองมาทำความรู้จักกับ Pilot operated relief valve (หรือ Pilot operated vent valve) กันสักหน่อยก่อนดีกว่า ว่ามันแตกต่างจากวาล์วระบายความดัน (Safety valve หรือ Relief valve) ก่อนหน้านี้อย่างไร

อุปกรณ์ระบายความดันก่อนหน้านี้จะใช้น้ำหนักหรือแรงกดจากสปริง กดชิ้นส่วนที่ทำหน้าที่ปิดกั้นช่องทางการระบาย (เช่นอาจเป็นแผ่น disc หรือ piston) ต้านกับความดันภายในถัง แต่ Pilot operated relief valve จะใช้ความดันภายในถังเองเป็นตัวกดชิ้นส่วนที่ทำหน้าที่ปิดกั้นช่องทางการระบายให้ปิด เพื่อให้เห็นภาพลองดูรูปที่ ๑ ข้างล่างประกอบ

ในขณะที่วาล์วปิด (รูปที่ ๑ ซ้าย) ความดันในถัง (สีเขียว) จะพยายามดัน (จากทางด้านล่าง) ให้ตัว piston ยกตัวขึ้นจาก valve seat แต่ fluid ในถังส่วนหนึ่งจะไหลไปตามท่อ (สีเขียว) ผ่านตัว pilot (ที่อยู่ทางด้านขวา) เข้าไปในตัว dome และกดตัว piston (จากทางด้านบน) ลงล่าง แม้ว่าความดันทางด้านบนและด้านล่างของตัว piston จะเท่ากัน แต่พื้นที่ด้านบนนั้นจะมากกว่าด้านล่าง ทำให้แรงกดจากทางด้านบนสูงกว่าทางด้านล่าง piston ก็เลยอยู่ในตำแหน่งปิด (แรงกดเท่ากับผลคูณระหว่างความดันกับพื้นที่ที่ความดันนั้นกระทำ)

รูปที่ ๑ การทำงานของ Pilot operated relief valve รูปซ้ายเป็นขณะเมื่อวาล์วปิด รูปขวาเป็นขณะเมื่อวาล์วเปิด

ตัว pilot (ที่อยู่ทางด้านขวาบน) จะใช้แรงสปริงกดให้ piston ของตัว pilot (สีฟ้า) ปิดช่อง blowdown เอาไว้ ถ้าความดันในถังเพิ่มขึ้นจนถึงจุดที่เอาชนะแรงกดจากสปริงของตัว pilot ได้ ตัว piston ของตัว pilot ก็จะยกตัวขึ้นเพื่อเปิดช่อง blowdown และในขณะเดียวกันก็จะปิดช่องทางไม่ให้ความดันในถังเข้าไปกดตัว piston ของวาล์วระบายความดันจากทางด้านบนได้ ทำให้ความดันที่กดอยู่ทางด้านบนของตัว piston ของวาล์วระบายความดันระบายออกสู่บรรยากาศผ่านทางช่อง pilot discharge แรงกดจากทางด้านบนก็จะลดลง ความดันในถังก็จะสามารถดันให้ตัว piston ของวาล์วระบายความดันยกตัวขึ้นจาก valve seat ซึ่งเป็นการเปิดช่องทางให้ความดันในถังนั้นระบายออกไป และเมื่อความดันในถังลดลงจนตัว piston ของตัว pilot ปิดช่อง blowdown ก็จะเปิดช่องทางให้ความดันในถังสามารถไหลเข้าไปกดตัว piston ของวาล์วระบายความดันได้ การระบายความดันก็จะยุติ

รูปที่ ๒ เริ่มหัวข้อ C.3 เรื่องของ Pilot operated relief valve

รูปที่ ๓ โครงสร้างของ Pilot operated relief valve ที่ป้องกันทั้งความดันสูงเกินและการเกิดสุญญากาศในถังเก็บ

หัวข้อ C.3 (รูปที่ ๒) เป็นเรื่องเกี่ยวกับวาล์วระบายความดันชนิด Pilot operated โดยหัวข้อ C.3.1 ที่เป็นคำบรรยายเริ่มต้นกล่าวกว่าวาล์วระบายความดันชนิด Pilot operated มีทั้งชนิดที่ใช้ระบายความดันสูงเกิน, ป้องกันการเกิดสุญญากาศในถัง และทำได้ทั้งสองหน้าที่ และด้านขาออกของวาล์วชนิดนี้บางรูปแบบจะมีหน้าแปลน เพื่อไว้สำหรับต่อท่อเพื่อระบายไอที่ระบายออกมานั้นให้ระบายออกไปไกล ๆ สิ่งที่ไม่เหมือน direct acting vent valve (คือพวกใช้สปริงกดหรือใช้น้ำหนักกด) คือวาล์วชนิด Pilot operated นี้ใช้ช่องทางระบายเดียวกันในการระบายความดันออก (เพื่อป้องกันความดันในถังสูงเกิน) และยอมให้อากาศไหลเข้า (เพื่อป้องกันความดันในถังต่ำเกิน) และอ้างอิงไปยังรูป C.6 (รูปที่ ๓ หมายเหตุ : ในเนื้อหานั้นมีการอ้างถีงรูป C.6 ก่อน C.5)

รูปที่ ๔ หัวข้อ C.3.2

หัวข้อ C.3.2 (รูปที่ ๔) กล่าวถึงหลักการทำงาน โดยย่อหน้าแรกกล่าวว่า Pilot operated vent valve สำหรับใช้ระบายความดันนั้นใช้ความดันภายในถัง ไม่ใช่น้ำหนักหรือสปริง ในการกดให้ช่องระบายความดันปิด ตัว seat plateจะถูกปิดด้วยความดันภายในถังที่กระทำต่อไดอะแฟรมที่มีพื้นที่มาก (เลข 6 ในรูปที่ ๓) ความดันภายในถังจะกดลงบนพื้นที่ที่ใหญ่กว่าพื้นที่ปิดกั้นของตัว seat plate ทำให้แรงรวมอยู่ในทิศทางที่ทำให้วาล์วปิด ปริมาตรเหนือแผ่นไดอะแฟรมเรียกว่าโดม (ที่ว่างเหนือแผ่นไดอะแฟรม 6 ในรูปที่ ๓) ถ้าตัวแผ่นไดอะแฟรมได้รับความเสียหาย ความดันภายในโดมจะลดลง วาล์วก็จะเปิด

ย่อหน้าที่สองกล่าวว่า pilot คือวาล์วควบคุมขนาดเล็กที่ทำหน้าที่ตรวจวัดความดันในถังตลอดเวลา เมื่อความดันในถังสูงถึงค่าที่ตั้งไว้ pilot ก็จะทำงานเพื่อลดความดันของปริมาตรที่ว่างในโดม แรงที่กดให้ seat plate ปิดนั้นก็จะลดลง ทำให้แผ่น seat plate ยกตัวขึ้นเพื่อยอมให้ความดันในถังระบายผ่านวาล์วระบาย เมื่อความดันในถังลดลง pilot ก็จะปิดตัว ความดันของปริมาตรที่ว่างในโดมก็จะเพิ่มขึ้น ตัว seat plate ก็จะปิดเข้ากับ seat อีกครั้ง pilot ที่ใช้งานกันอยู่นั้นมีรูปแบบการทำงานสองรูปแบบคือ "modulating" และ "snap" รูปแบบ moderating นั้นตัววาล์วระบายความดันจะค่อย ๆ เปิดมากขึ้นตามความดันในถังที่เพิ่มสูงขึ้นจนถึงอัตราการระบายสูงสุดที่ค่าความดันระบายที่กำหนดไว้ วาล์วชนิด modulating นั้นจะปิดตัวที่ความดันใกล้เคียงกับค่าความดันระบายที่กำหนดไว้ ในกรณีของวาล์วแบบ snap นั้น วาล์วจะเปิดอย่างรวดเร็วที่ค่าความดันที่ตั้งไว้และให้อัตราการระบายสูงถึงค่าที่กำหนดที่ค่าความดันระบายที่กำหนดไว้

ย่อหน้าที่สามกล่าวว่า Pilot operated relief valve จะเปิดเต็มที่ที่ค่าความดันสูงเกินหรือต่ำกว่าค่านี้ 10% (ดู Figure C.5 หรือรูปที่ ๕) รูปแบบการยกตัวแบบนี้ทำให้การป้องกันความดันสูงเกินสามารถทำได้ด้วยการใช้อุปกรณ์ระบายความดันที่มีขนาดเล็กกว่าหรือด้วยจำนวนที่น้อยกว่า นอกจากนี้เมื่อเทียบกับวาล์วชนิด direct acting แล้ว Pilot operated relief valve สามารถทำให้ถังเก็บทำงานที่ความดันใกล้เคียงกับค่าความดันที่ตั้งไว้

หมายเหตุ : ในกรณีที่วาล์วระบายความดันเพียงตัวเดียวไม่สามารถระบายได้ทัน (คือถ้าจะใช้วาล์วเพียงตัวเดียวระบายความดันได้ทัน วาล์วต้องมีขนาดใหญ่มาก) ก็จะใช้การติดตั้งวาล์วระบายความดันหลายตัวโดยให้ค่อย ๆ เปิดทีละตัวเป็นลำดับเมื่อความดันในถังเพิ่มสูงขึ้น และด้วยการที่การระบายความดันเป็นการทำให้สารที่บรรจุอยู่ในถังรั่วไหลออกสู่บรรยากาศ การที่ถังสามารถทำงานที่ความดันใกล้เคียงกับค่าความดันที่ตั้งไว้ก็จะช่วยลดการสูญเสียตรงนี้

รูปที่ ๕ Pilot operated relief valve ที่มีไดอะแฟรมเพียงแผ่นเดียว

ย่อหน้าที่สี่กล่าวว่า Pilot operated relief valve สำหรับการป้องกันสุญญากาศในถังจะใช้ความดันบรรยากาศกดให้ seat plate ปิดเข้ากับตัว seat แรงที่กดให้ seat plate ปิดนั้นจะเท่ากับพื้นที่ของตัวแผ่น disc คูณกับผลต่างความดันที่กระทำต่อตัว seat plate ผลต่างความดันนี้เท่ากับความดันบรรยากาศบวกกับความดันสุญญากาศภายในถัง เมื่อความดันในถังเท่ากับค่าความดันที่ตั้งไว้ของ pilot ตัว pilot ก็จะเปิดเพื่อให้ปริมาตรที่ว่างขนาดใหญ่เหนือแผ่นไดอะแฟรมนั้นมีความดันเท่ากับความดันสุญญากาศในถัง ความดันบรรยากาศที่กระทำทางด้านล่างของแผ่นไดอะแฟรมก็จะทำให้แผ่นไดอะแฟรมยกตัวขึ้น ทำให้ seat plate ยกตัวขึ้นจาก seat และ seat plate และไม่จำเป็นต้องให้ความเป็นสุญญากาศในถังเพิ่มขึ้นอีกเพียงเล็กน้อยหรือไม่ก็อยู่ที่ค่าความดันสุญญากาศที่ตั้งไว้เพื่อให้ seat plate ยกตัวจาก seat เต็มที่ และเมื่อความเป็นสุญญากาศลดต่ำลง ตัว pilot ก็จะปิดและยอมให้ความดันบรรยากาศเข้าไปในโดมเพื่อกด seat plate ให้ปิด

ย่อหน้าที่ห้าของหัวข้อ C.3.32 กล่าวว่าในกรณีที่แผ่นไดอะแฟรมได้รับความเสียหาย ความดันบรรยากาศจะเข้าไปในตัวโดมและป้องกันไม่ให้ความดันสุญญากาศในถังสร้างผลต่างของแรกที่จะไปยกตัว seat plate ในท้องตลาดมีวาล์วระบายความดันที่มีไดอะแฟรมสองชิ้นที่สามารถป้องกันความเสียหายดังกล่าว (รูป C.6 หรือรูปที่ ๓) โดยไดอะแฟรมตัวหนึ่งทำหน้าที่ป้องกันความดันสูงเกินและไดอะแฟรมอีกตัวหนึ่งทำหน้าที่ป้องกันความดันสุญญากาศ ไดอะแฟรมแต่ละชิ้นจะอยู่แยกจากกันและได้รับการป้องกันจากการไหลของ fluid และได้รับการรองรับไว้เต็มที่เพื่อลดความเค้นให้เหลือน้อยสุด แผ่นไดอะแฟรมสำหรับการป้องกันสุญญากาศนั้นจะเคลื่อนตัวก็ต่อเมื่อต้องทำหน้าที่ป้องกันความดันสุญญากาศ ซึ่งเป็นการยืดอายุการทำงานของแผ่นไดอะแฟรม

รูปที่ ๖ หัวข้อ C.3.3 และ C.3.4

หัวข้อ C.3.3 (รูปที่ ๖) เป็นเรื่องของการปิดสนิทและการระบายความดัน ย่อหน้าแรกกล่าวว่า Pilot operated relief valve ที่ใช้งานที่ความดันต่ำนั้นตัว seat จะทำจากวัสดุที่มีความอ่อนเพื่อให้สามารถมั่นใจว่าปิดได้สนิท สิ่งที่ไม่เหมือนกับวาล์วระบายความดันชนิด direct acting คือ การปิดแน่นของ Pilot operated relief valve จะเพิ่มขึ้นตามความดันที่เพิ่มขึ้น แรงกดนี้จะเพิ่มสูงสุดจนถึงขณะก่อนที่วาล์วจะเปิด ทำให้ไม่เกิดการรั่วไหลแม้ว่าความดันภายในถังจะเพิ่มขึ้นหรือเมื่อความดันในถังถูกรักษาไว้ให้ใกล้เคียงกับค่าความดันที่จะให้วาล์วระบายความดันทำงาน แรงที่กระทำเพื่อให้วาล์วเปิดก็จะมีค่าสูงสุดเนื่องจากแรงที่กดให้วาล์วปิดนั้นถูกกำจัดให้หมดไปหรือลดน้อยลงไปเมื่อค่าความดันเพิ่มสูงถึงค่าที่ต้องการให้วาล์วเปิด แรงที่กระทำนั้นจะเท่ากับผลคูณของพื้นที่ของ seat plate (ที่ความดันกระทำ) คูณกับค่าความดันภายในถังที่กระทำต่อพื้นที่ดังกล่าว

หมายเหตุ : วาล์วระบายความดันชนิด direct acting จะใช้แรงสปริงกดให้วาล์วปิด ซึ่งแรงกดของสปริงนี้ไม่ขึ้นกับค่าความดันในถัง เมื่อความดันในถังเพิ่มสูงขึ้น ผลต่างระหว่างแรงกดของสปริงกับค่าความดันในถังก็จะลดลง และเมื่อวาล์วเริ่มเปิด สปริงจะมีการหดตัว แรงต้านจะสูงขึ้น ทำให้การดันให้วาล์วเปิดมากขึ้นต้องใช้แรงมากขึ้น

หมายเหตุ : วัสดุที่มีความอ่อนในที่นี้ไม่จำเป็นต้องเป็นวัสดุพวกอิลาสโตเมอร์ อาจเป็นโลหะที่มีความแข็งน้อยกว่าตัว seat plate ก็ได้

ย่อหน้าที่สองของหัวข้อ C.3.3 กล่าวว่าการระบายออกของ Pilot operated relief valve จะน้อยกว่าวาล์วชนิด direct acting (การระบายออกหรือ blowdown ในที่นี้คือช่วงเวลาตั้งแต่ความดันในถังลดต่ำลงถึงค่าความดันที่ตั้งให้วาล์วเปิด จนถึงค่าความดันในถังเมื่อวาล์วปิด ซึ่งค่าความดันในถังเมื่อวาล์วปิดนั้นจะต่ำกว่าค่าความดันที่ตั้งให้วาล์วเปิด) สำหรับวาล์วชนิด snap action โดยทั่วไปค่าความดันที่วาล์วปิดจะต่ำกว่าค่าที่ตั้งไว้ประมาณ 7% และในกรณีของวาล์วชนิด modulating ก็จะมีค่าน้อยกว่านี้

หัวข้อ C.3.4 (รูปที่ ๖) เป็นเรื่องของการหาขนาดและการตั้งค่าความดัน หัวข้อนี้กล่าวว่าขนาดของ Pilot operated relief valve ที่ใช้งานที่ความดันต่ำโดยทั่วไปจะมีขนาดอยู่ระหว่าง 50 mm (2") ถึงประมาณ 600 mm (24") ช่วงค่าความดันที่สามารถตั้งให้เปิดมีตั้งแต่ 103.4 kPa (gauge) (15 psig) ถึง -101.3 kPa (gauge) (-14.7 psig) (ความดันติดลบในที่นี้คือความดันสุญญากาศ ค่าติดลบบ่งบอกว่าต่ำกว่าความดันบรรยากาศมากน้อยเท่าใด) โดยทั่วไปความดันต่ำสุดที่ทำให้วาล์วเปิดจะอยู่ในช่วง 0.5 kPa (gauge) (2 in. H₂O) ถึง -0.5 kPa (gauge) (-2 in. H₂O ) (ความดันสุญญากาศ)

รูปที่ ๗ หัวข้อ C.3.5

รูปที่ ๗ เป็นตัวข้อ C.3.5 ซึ่งเป็นหัวข้อสุดท้ายของ Annex C เป็นเรื่องของตัวเลือกเพิ่มเติม โดยย่อหน้าแรกกว่าว่าเพื่อทดสอบยืนยันค่าความดันที่ตั้งเอาไว้ อาจมีจุดเชื่อมต่อสำหรับการทดสอบหน้างานที่ยอมให้สามารถทำการตรวจสอบค่าความดันที่ตั้งไว้ โดยที่วาล์วระบายความดันยังคงติดตั้งอยู่ในตำแหน่งและทำการให้ความดัน

ย่อหน้าที่สองกล่าวว่าอาจมีการติดตั้งวาล์วสำหรับทำให้ Pilot operated relief valve ที่ใช้เป็นอุปกรณ์ระบายความดันทำงาน ถ้าต้องการระบายความดันภายในถัง วาล์วนี้อาจทำงานด้วยมือที่ตัววาล์วระบายความดัน หรือด้วยการสั่งการควบคุมระยะไกลจากห้องควบคุม

สำหรับการติดตั้งที่ทำให้การสูญเสียความดันในท่อด้านขาเข้าอาจส่งผลให้วาล์วนั้นมีการปิดเปิดอย่างรวดเร็วเป็นวงรอบ (เช่นในกรณีที่ต้องเดินท่อเพื่อยกตัววาล์วให้สูงขึ้นจากตัวถังที่ต้องการระบายความดัน) ในกรณีนี้ก็อาจให้ตัว pilot รับความดันจากตำแหน่งด้านขาเข้าของท่อที่ต่อมายังตัววาล์ว (คือด้านที่อยู่ใกล้ถัง ไม่ใช่ด้านที่อยู่ใกล้วาล์ว) วิธีการนี้ช่วยลดโอกาสที่วาล์วจะเกิดการปิดเปิดอย่างรวดเร็วเป็นวงรอบ แต่ก็จะทำให้ความสามารถในการระบายลดลงเพราะความสามารถในการระบายขึ้นกับค่าความดันที่ทางเข้าตัววาล์ว

หมายเหตุ : ในบางกรณีอาจต้องต่อท่อเพื่อยกตัววาล์วระบายความดันใหัสูงขึ้น เพื่อให้ไอระเหยที่ระบายออกมานั้นฟุ้งกระจายออกไปอย่างปลอดภัย เมื่อวาล์วระบายความดันเปิด ความดันด้านขาเข้าของท่อหรือด้านที่ติดกับถังเก็บจะมีค่าสูงกว่าความดันด้านปลายท่อหรือด้านขาเข้าของวาล์วระบายความดัน จึงทำให้วาล์วระบายความดันอาจปิดเร็วกว่าเมื่อเทียบกับการติดตั้งวาล์วระบายความดันเข้ากับถังเก็บโดยตรง

ย่อหน้าที่กล่าวว่าในกรณีทีฝุ่นผงในถังอาจก่อให้เกิดปัญหาได้ ก็อาจติดตั้งไส้กรองละเอียดภายนอกให้กับท่อตรวจวัดความดัน และในกรณีที่ไอระเหยของสารในถังเก็บสามารถเกิดการพอลิเมอร์ไรซ์เป็นของแข็งได้ ก็อาจใช้แก๊สเฉื่อย purge ไล่เข้าไปในท่อตรวจวัดความดัน เพื่อป้องกันไม่ให้ไอระเหยของสารในถังเก็บเข้ามาในท่อตรวจวัดความดันได้

ย่อหน้าสุดท้ายของหัวข้อ C.3.5 กล่าวว่าอาจมีการติดตั้งคานสำหรับยกตัว pilot ให้เปิด (ดูรูปที่ ๘ ประกอบ) และอุปกรณ์ระบุตำแหน่ง (ว่าวาล์วเปิดหรือปิด) ให้กับตัว Pilot operated relief valve ตัวคานสำหรับยกนั้นทำให้สามารถทำการตรวจด้วยมือว่าวาล์วระบายความดันยังสามารถทำงานได้อย่างอิสระหรือไม่ การทำงานของคานนี้จะไปเปิดตัววาล์วหลักถ้าหากในถังเก็บมีความดัน ส่วนตัวระบุตำแหน่งเป็นสวิตช์วัดผลต่างความดันที่สามารถส่งสัญญาณให้ห้องควบคุมทราบว่าวาล์วเปิดหรือปิดอยู่

สำหรับ Annex C ก็จบลงเพียงแค่นี้

รูปที่ ๘ วาล์วระบายความดันที่มีคาน (ลูกศรสีแดงชี้) ซึ่งเมื่อทำการดึงคานนี้วาล์วก็จะเปิด

Platinum catalyst, Trickle bed reactor และการผลิต Heavy water MO Memoir : Tuesday 17 February 2569

จะว่าไปศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับเรื่องนี้ไม่ว่าจะเป็นเรื่องตัวเร่งปฏิกิริยาหรือเครื่องปฏิกรณ์เคมีก็ตรงกับที่ได้ร่ำเรียนมาและทำวิจัย เรียกว่าตรงกับสายงานวิศวกรรมเคมีเลยก็ได้

หลายปีก่อนหน้านี้มีศิษย์เก่าคนหนึ่งที่ทำงานอยู่สถาบันวิจัยของบริษัทแห่งหนึ่งมาปรึกษาเรื่องการออกแบบ reactor หรือเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้ในการกำจัดกำมะถันออกจากน้ำมัน (ปฏิกิริยามีชื่อว่า Hydrodesulphurisation) โดยในปฏิกิริยานี้จะผ่านน้ำมัน (เฟสของเหลว) ที่มีสารประกอบกำมะถันอินทรีย์ปนเปื้อนอยู่ผ่านเบดตัวเร่งปฏิกิริยา (เฟสของแข็ง) และใช้แก๊สไฮโดรเจน (เฟสแก๊ส) เข้าไปดึงอะตอม S ออกมาในรูปแก๊ส H₂S reactor รูปแบบนี้มีชื่อเรียกว่า Trickle bed reactor

อุปกรณ์ทดลองที่เขาออกแบบเขาให้ทั้งน้ำมันและแก๊สไฮโดรเจนไหลเข้าทางด้านล่างของเบดและออกไปทางด้านบน คำถามที่เขาถามผมก็คือการทดลองของเขาสามารถจำลอง reactor ของจริงได้ไหม ผมก็ถามกลับไปว่า reactor ของจริงนั้นน้ำมันกับแก๊สไฮโดรเจนเข้าทางด้านไหน เขาก็บอกว่าน้ำมันไหลจากบนลงล่าง ส่วนแก๊สไฮโดรเจนไหลจากล่างขึ้นบน

คำตอบที่ผมให้เขาไปก็คือพฤติกรรมการไหลในอุปกรณ์ทดลองของเขากับ reactor ของจริงนั้นมันแตกต่างกัน ต้องระวังเรื่องการแปลผลให้มาก เพราะในกรณีของอุปกรณ์ทดลองที่เขาสร้างขึ้น เฟสของเหลวจะเป็นเฟสที่ต่อเนื่อง แต่กรณีของ reactor ของจริงนั้นเฟสแก๊สเป็นเฟสที่ต่อเนื่อง ซึ่งรูปแบบการไหลที่แตกต่างกันนี้มันส่งผลต่อความเข้มข้นของสารตั้งต้นแต่ละตัว (น้ำมันกับแก๊สไฮโดรเจน) บนพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งส่งผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา ซึ่งตรงนี้ก็ต้องไปพิจารณาเรื่องค่าการละลายของแก๊สในของเหลว และพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยาว่าของเหลวนั้นสามารถเปียก (คือเกาะติด) พื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยาได้ดีแค่ไหน

รูปที่ ๑ Trickle bed reactor ที่ใช้ในการแลกเปลี่ยนอะตอม H กับ D ระหว่างแก๊สไฮโดรเจนกับน้ำ ที่เปิดเผยไว้ในสิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกาเลขที่ 3,891,976 (รูปที่ ๒)

บนพื้นผิวโลหะทรานซิชันหลายตัว เมื่อโมเลกุล H₂ ลงไปเกาะบนพื้นผิว (หรือที่เรียกว่าการดูดซับ) โมเลกุล H₂ จะแตกออกเป็นอะตอม H เนื่องจากอะตอม H มันขาดอิเล็กตรอนอยู่ 1 ตัว มันก็จำเป็นต้องมองหาอะตอมอื่นมาแบ่งปันอิเล็กตรอน ถ้าหากอะตอม H นั้นจับเข้ากับอะตอม H ตัวอื่นที่อยู่ข้างเคียงกับ มันก็จะกลับคืนเป็นโมเลกุล H₂ เหมือนเดิม แต่ถ้ามันจับเข้ากับอะตอมอื่นหรือโมเลกุลอื่น ก็จะเป็นการเกิดปฏิกิริยาเคมีที่ได้ผลิตภัณฑ์ตัวใหม่ออกมา ปรากฏการณ์ตรงนี้เป็นความรู้พื้นฐานของผู้ศึกษาทางด้านตัวเร่งปฏิกิริยาวิวิธพันธ์ (heterogeneous catalyst)

ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีโลหะแพลทินัมทำหน้าที่เป็น active species หรือตัวที่เร่งการเกิดปฏิกิริยานั้นมีการใช้งานกันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเช่นในกระบวนการเปลี่ยนไฮโดรคาร์บอนโซ่ตรงเป็นวงแหวนอะโรมาติก (platinum reforming), การดึงอะตอม H ออกจากโมเลกุลโพรเพน (C₃H₈) ในกระบวนการผลิตโพรพิลีน (C₃H₈) ด้วยปฏิกิริยา dehydrogenation และที่ใกล้เคียงกับชีวิตประจำวันของเราก็คือกรองไอเสียรถยนต์หรือ catalytic converter ที่โลหะแพลทินัมทำหน้าที่ออกซิไดซ์ไฮโดรคาร์บอนและ CO ให้กลายเป็นน้ำและ CO₂

รูปที่ ๒ สิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกาเลขที่ 3,891,976 ในสิทธิบัตรนี้ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะแพลทินัม (Pt) หรือโรเดียม (Rh) หรือนิเกิล (Ni) เคลือบอยู่บน solid support จากนั้นจึงนำตัวเร่งปฏิกิริยาที่เคลือบอยู่บน solid suport นั้นไปเคลือบบน organic polymer หรือ resin ที่พื้นผิวไม่ชอบน้ำ (คือน้ำมันเกาะติดพื้นผิวหรือพื้นผิวไม่เปียกน้ำ)

ด้วยการที่เมื่อโมเลกุลแก๊สไฮโดรเจนลงมาเกาะบนพื้นผิวโลหะ Pt จะเกิดการแตกตัวออกเป็นอะตอม H และอะตอม H นี้ก็สามารถทำปฏิกิริยากับโมเลกุลอื่นที่ผ่านมาเข้า ด้วยเหตุนี้จึงมีการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะ Pt ในการผลิต heavy water ด้วยการแลกเปลี่ยนไอโซโทประหว่างอะตอม H กับโมเลกุลน้ำ กล่าวคือถ้าโมเลกุลไฮโดรเจนนั้นคือ HD (D คือ deuterium) โมเลกุลแก๊สก็จะแตกออกเป็นอะตอม H และ D และถ้าอะตอม D นั้นทำปฏิกิริยากับน้ำหรือ H₂O ก็จะเกิดการแลกเปลี่ยนไอโซโทปขึ้น โดยโมเลกุลน้ำจะกลายเป็น HDO ส่วนอะตอม H ที่ถูกแทนที่ก็จะจับเข้ากับอะตอม H อีกอะตอมบนพื้นผิวและหลุดออกไปในรูปโมเลกุลแก๊ส H₂

แต่ถ้าจะให้ปฏิกิริยาดำเนินไปข้างหน้าได้ดีนั้น พื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยาควรที่จะให้เฉพาะโมเลกุล H₂ และ HD ลงมาเกาะบนพื้นผิวได้ และไม่ควรให้โมเลกุลน้ำ (ไม่ว่าจะเป็น H₂O หรือ HDO) ลงมาเกาะ เพื่อที่จะได้ไม่เกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ และด้วยการที่การทำปฏิกิริยาแลกเปลี่ยนไอโซโทปนี้เกิดขึ้นในสภาวะที่ ไฮโดรเจนและน้ำบางส่วนเป็นเฟสแก๊ส, น้ำส่วนที่เหลือเป็นเฟสของเหลว ในขณะที่ตัวเร่งปฏิกิริยานั้นเป็นเฟสของแข็ง reactor ที่ใช้ในการทำปฏิกิริยาจึงมีลักษณะเป็น trickle bed reactor ดังตัวอย่างที่นำมาแสดงในรูปที่ ๑ และเพื่อไม่ให้โมเลกุลน้ำเกาะติดพื้นผิวได้ง่าย จึงต้องนำตัวเร่งปฏิกิริยา Pr ที่เคลือบบน support นั้นไปเคลือบต่อบน support อีกตัว (ที่เป็นอนุภาคขนาดใหญ่) ที่มีพื้นผิวไม่ชอบน้ำ ดังตัวอย่างที่มีการจดสิทธิบัตรเอาไว้ในรูปที่ ๒ และ ๓

สาเหตุที่ต้องเลือกตัว support ที่มีพื้นผิวที่ไม่ชอบน้ำก็เป็นเพราะไฮโดรเจนละลายน้ำได้น้อยมาก (ไฮโดรเจนละลายในไฮโดรคาร์บอนได้ดีกว่าละลายในน้ำ) ถ้าน้ำเปียกพื้นผิว support เอาไว้หมด ปฏิกิริยาแลกเปลี่ยนไอโซโทปก็ยากที่จะเกิด

รูปที่ ๓ สิทธิบัตรประเทศแคนาดาเลขที่ CA 2 469 537 จดทะเบียนตัวเร่งปฏิกิริยาแพลทินัมสำหรับช่วยในการเกิดปฏิกิริยาแลกเปลี่ยนไอโซโทประหว่างแก๊สไฮโดรเจนกับน้ำ

ดังนั้นเมื่อนำน้ำที่ผ่านการแลกเปลี่ยนไอโซโทปกับแก๊สไฮโดรเจนมาทำการแลกเปลี่ยนไอโซโทปซ้ำอีก สัดส่วนอะตอม D ในน้ำก็จะเพิ่มสูงขึ้นเรื่อย ๆ จนได้ heavy water ถ้ามองในแง่ที่ว่า nuclear ractor ชนิดที่ใช้ heavy water เป็น neutron modulator นั้นสามารถใช้ยูเรีเนียมธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิงได้ ทำให้ไม่จำเป็นต้องมีโรงงานเพิ่มความเข้มข้น U-235 ในเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ และการที่ nuclear reactor ชนิดนี้สามารถใช้ผลิต Pu-239 ได้ และการแยก Pu-239 ออกจากยูเรเนียมนั้นก็สามารถใช้กระบวนการทางเคมี ซึ่งทำได้ง่ายกว่าการแยกไอโซโทปของธาตุชนิดเดียวกันออกจากกัน ทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะแพลทินัมที่เคลือบบน support ที่มีพื้นผิวที่ไม่ชอบน้ำ และถูกออกแบบมาเพื่อการแลกเปลี่ยนไอโซโทประหว่างแก๊สไฮโดรเจนกับน้ำ ถูกจัดเป็นสินค้าที่ใข้ได้สองทาง (DUI) ในหมวด 1A225 (รูปที่ ๔)

รูปที่ ๔ ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะแพลทินัมที่เคลือบบน solid support ที่น้ำไม่เปียกพื้นผิว จัดว่าเป็นสินค้าที่ใช้ได้สองทาง (DUI) ตัวหนึ่งในหมวด 1A225 แต่ตรงนี้มีการระบุไว้นิดนึงว่าต้องเป็นชนิดที่ออกแบบมาเพื่อช่วยในการแลกเปลี่ยนไอโซโทปของไฮโดรเจน ดังนั้นตัวเร่งปฏิกิริยาแพลทินัมที่ไม่ได้ออกแบบมาเพื่อการแลกเปลี่ยนไอโซโทปไฮโดรเจนจะไม่เข้าเกณฑ์นี้

บิสมัทกับการสกัดพลูโตเนียม MO Memoir : Tuesday 10 February 2569

ช่วงเดือนมีนาคม ๒๕๖๘ ทางการจีนได้ประกาศควบคุมการส่งออกแร่หายากเพื่อตอบโต้มาตรการกีดกันทางการค้าที่โดนกระทำ และหนึ่งในแร่ที่มีการควบคุมแม้ว่าจะไม่ใช่แร่หายากก็คือบิสมัท (Bismuth - Bi)

เรื่องของบิสมัสเคยเขียนไว้ในบทความเรื่อง "แคลเซียม, แมกนีเซียม และบิสมัท กับการผลิตอาวุธทำลายล้างสูง" เมื่อวันอังคารที่ ๑๗ ธันวาคม พ.ศ. ๒๕๖๗ โดยเป็นสินค้าที่ใช้ได้สองทางในหมวด 1C229 โดยตอนนั้นได้กล่าวไว้ว่าบทบาทของบิสมัทคือสามารถป้องกันรังสีแกมม่าได้ดีในขณะที่ยอมให้นิวตรอนผ่านไปได้ แต่จะว่าไปบทบาทที่สำคัญเริ่มแรกของบิสมัทคือใช้ในกระบวนการทางเคมีเพื่อสกัดพลูโตเนียมออกจากเชื้อเพลิงยูเรเนียม โดยกระบวนการดังกล่าวมีชื่อว่า "Bismuth Phosphate" ที่คิดค้นโดย S.G. Thompson และ G.T. Seaborg (รูปที่ ๑)

รูปที่ ๑ สิทธิบัตรวิธีการสกัดพลูโตเนียมออกจากยูเรเนียม พึงสังเกตว่ายื่นจดในปีค.ศ. ๑๙๔๔ ซึ่งเป็นเวลาก่อนที่สงครามโลกครั้งที่ ๒ จะสิ้นสุด (สิ้นสุดค.ศ. ๑๙๔๕) แต่มาได้สิทธิบัตรในอีก ๑๓ ปีถัดมา (ค.ศ. ๑๙๕๗)

การแยกสารประกอบของโลหะหลายตัวที่ผสมกันอยู่ที่เป็นของแข็งมีด้วยกันหลายวิธี เช่นใช้เทคนิคการละลาย (dissolution) ที่เลือกสภาวะและตัวทำละลายที่เหมาะสม เพื่อให้สารบางตัวละลายออกมาและบางตัวไม่ละลายออกมา การแยกสารละลายที่ประกอบด้วยโลหะหลายตัวละลายรวมกันอยู่ก็สามารถใช้เทคนิคการตกตะกอน (precipitation) ที่ใช้การปรับสภาพสารละลายเพื่อให้สารบางตัวนั้นตกตะกอนออกมาโดยที่สารตัวอื่นยังคงค้างอยู่ในรูปสารละลาย

กระบวนการ Bismuth phosphate เริ่มจากการนำเอาเชื้อเพลิง U-238 ที่ผ่านการฉายรังสีนิวตรอนมาละลายด้วยกรดไนตริก (HNO₃) เชื้อเพลิง U-238 ที่ผ่านการฉายรังสีจะประกอบไปด้วย U-235 ที่ยังไม่แตกตัว, U-238 ที่ยังไม่เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ใด ๆ, ผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการแตกตัวของ U-235 และ Pu-239 ที่เกิดจากการดูดซับนิวตรอนของ U-238

หลังจากที่ได้สารละลายแล้วก็จะทำการเติมกรดกำมะถัน (H₂SO₄) เพื่อป้องกันการตกตะกอนของยูเรเนียม จากนั้นเติมสาร BiONO₃ (Bismuth oxynitrate ที่เตรียมได้จากการละลายโลหะบิสมัทด้วยกรดไนตริก), กรดไนตริก จากนั้นจึงค่อย ๆ หยดกรดฟอสฟอริก (H₃PO₄) ลงไปในสารละลาย ในขณะนี้พลูโตเนียมในสารละลายจะเป็น Pu⁴⁺ ซึ่งจะทำให้พลูโตเนียมตกตะกอนร่วมลงมากับ Bismuth phosphate จากนั้นจึงแยกเอาตะกอนไปละลายซ้ำอีกครั้งด้วยกรดไนตริก และทำการออกซิไดซ์พลูโตเนียมจาก 4+ ให้กลายเป็น 6+ ซึ่ง Pu⁶⁺ จะค้างอยู่ในสารละลายร่วมกับไอออนโลหะตัวอื่น (รวมทั้งบิสมัสด้วย) แต่สัดส่วนของพลูโตเนียมในสารละลายจะเพิ่มขึ้น จากนั้นก็จะทำการรีดิวซ์ Pu⁶⁺ ให้กลายเป็น Pu⁴⁺ ใหม่เพื่อให้ตกตะกอน แล้วก็ทำการละลายตะกอนนั้นใหม่ ทำการตกตะกอนสารละลายที่ได้ซ้ำอีก และเมื่อทำซ้ำไปหลาย ๆ ครั้งก็จะได้สารละลายที่มีพลูโตเนียมความเข้มข้นสูงและความบริสุทธิ์สูง รายละเอียดวิธีการสามารถอ่านได้ในสิทธิบัตรที่นำมาแสดงในรูปที่ ๑ หรือจากแผนผังสรุปที่นำมาแสดงในรูปที่ ๒ - ๔

รูปที่ ๒ แผนผังกระบวนการ Bismuth phosphate

รูปที่ ๓ แผนผังกระบวนการ Bismuth phosphate ที่เผยแพร่ไว้ในสิทธิบัตรที่นำมาแสดงในรูปที่ ๑ จะเห็นว่ามีการตกตะกอน, การละลายซ้ำ และการตกตะกอนใหม่หลายครั้ง

เตาปฏิกรณ์บางชนิด (เช่นชนิดใช้ heavy water เป็น neutron moderator) สามารถใช้แร่ยูเรเนียมธรรมชาติที่มี U-235 อยู่ประมาณ 0.7% เป็นเชื้อเพลิงได้โดยไม่จำเป็นต้องเพิ่มความเข้มข้น (หรือที่เรียกว่าเพิ่มสมรรถนะ) ของ U-235 ให้สูงขึ้น (วิธีการหลักในปัจจุบันคือการใช้เทคนิค gas centrifuge) นอกจากนี้เตาปฏิกรณ์ชนิดนี้ยังสามารถใช้เป็นแหล่งผลิต Pu-239 ได้ และการแยกธาตุที่แตกต่างกันด้วยกรรมวิธีทางเคมีนั้นมันง่ายกว่าการแยกไอโซโทปของธาตุเดียวกันออกจากกัน เส้นทางนี้จึงเป็นอีกเส้นทางหนึ่งในการได้มาซึ่ง Pu-239 สำหรับผลิตอาวุธนิวเคลียร์โดยไม่ต้องมีหน่วยเพิ่มสมรรถนะยูเรเนียม

รูปที่ ๔ แผนผังกระบวนการ Bismuth phosphate ที่ลดขนาดเพื่อทำการทดลองในห้องปฏิบัติการ (จากเอกสาร "Contaminants of the Bismuth Phosphate Process as Signifiers of Nuclear Reprocessing History", FY-2010 Final Report โดย J.M. Schwantes และ L.E. Sweet)

การกลั่นแยก H2 และ D2 MO Memoir : Saturday 7 February 2569

ในตอนที่แล้ว (วันพฤหัสบดีที่ ๕ กุมภาพันธ์ ๒๕๖๙) ได้กล่าวถึงการสกัด deuterium ออกจากแก๊สไฮโดรเจน (ที่ประกอบไปด้วย H₂, HD และ D₂) ด้วยแอมโมเนีย (NH₃) จากนั้นจึงนำ ND₃ ที่ได้ไปทำการออกซิไดซ์เพื่อให้ได้ heavy water หรือ D₂O แต่สำหรับวันนี้จะเป็นเรื่องเกี่ยวกับการกลั่นแยก D₂ ออกจาก H₂ โดยตรง

H₂ มีจุดเดือดอยู่ที่ประมาณ -252.9ºC ในขณะที่ D₂ (ที่มีมวลมากกว่า) มีจุดเดือดอยู่ที่ประมาณ -249.5ºC หรือต่างกันมากกว่า 3ºC ซึ่งถ้ามองในแง่ผลต่างอุณหภูมิแล้ว การกลั่นแยก H₂ และ D₂ ออกจากกันควรจะง่ายกว่าการกลั่นแยก NH₃ และ ND₃ ออกจากกัน เพราะคู่ NH₃ และ ND₃ นั้นมีอุณหภูมิจุดเดือดต่างกันเพียงแค่ 1ºC แต่ถ้ามองที่ไปที่อุณหภูมิจุดเดือดแล้วจะเห็นว่าการกลั่นแยก H₂ และ D₂ ออกจากกันจะยากกว่าตรงที่ต้องใช้อุณหภูมิที่ต่ำมากเพื่อทำให้ทั้ง H₂ และ D₂ กลายเป็นของเหลว โดยไม่สามารถใช้การเพิ่มความดันเพื่อทำให้มันเป็นของเหลวที่อุณหภูมิสูงขึ้นได้ดังเช่นกรณีของ NH₃ และ ND₃ แต่ถึงกระนั้นก็ตาม ก็ยังมีการพัฒนากระบวนการกลั่นแยก H₂ และ D₂ ออกจากกัน (รูปที่ ๑ และ ๒) เพื่อเป็นอีกทางเลือกหนึ่งในการผลิต D₂ เพื่อนำไปใช้ผลิต heavy water ต่อไป

(หมายเหตุ : เราสามารถทำให้แก๊สกลายเป็นของเหลวได้ด้วยการเพิ่มความดันถ้าอุณหภูมิของแก๊สนั้นต่ำกว่าค่าอุณหภูมิวิกฤต (critical temperature) ซึ่งของ NH₃ อยู่ที่ 132.3ºC ในขณะที่ของ H₂ อยู่ -240ºC)

รูปที่ ๑ ตัวอย่างแผนผังกระบวนการกลั่นแยก D₂ ออกจาก H₂ ที่มีการยื่นจดสิทธิบัตรไว้ในปีค.ศ. ๑๙๕๙ (พ.ศ. ๒๕๐๒) 

 

รูปที่ ๒ อีกตัวอย่างหนึ่งของกระบวนการกลั่นแยก D₂ ออกจาก H₂ ที่มีการยื่นจดสิทธิบัตรไว้ในปีค.ศ. ๑๙๖๑ (พ.ศ. ๒๕๐๔)

โมเลกุลไฮโดรเจนเกือบทั้งหมดจะอยู่ในรูป H₂ โดยมีส่วนน้อยที่อยู่ในรูป HD และส่วนน้อยมาก ๆ (หรืออาจถือได้ว่าแทบไม่มี) ที่อยู่ในรูปของ D₂ ดังนั้นสิ่งแรกที่ต้องทำก่อนการกลั่นแยก H₂ และ D₂ ออกจากกันก็คือการทำให้มี D₂ ก่อน

กระบวนการผลิตเริ่มจากการเพิ่มความเข้มข้นให้กับ HD ในแก๊สไฮโดรเจนก่อน (ตัวอย่างแผนผังอย่างง่ายแสดงในรูปที่ ๓) ซึ่งตรงนี้สามารถทำได้ด้วยการกลั่นแยกแม้ว่าจะยากอยู่เหมือนกัน (H₂ และ HD มีจุดเดือดต่างกันไม่มาก) จากนั้นจึงนำ HD ที่ได้ไปทำปฏิกิริยาแลกเปลี่ยนอะตอมดังปฏิกิริยา 2HD ---> H₂ + D₂ จากนั้นจึงค่อยกลั่นแยก H₂ และ D₂ ออกจากกัน

ปรกติเวลาโมเลกุลแก๊สไฮโดรเจนสัมผัสพื้นผิวโลหะ จากโมเลกุล H-H จะสามารถแตกออกเป็นอะตอม H 2 อะตอมบนพื้นผิวโลหะ และอะตอมที่แตกออกมานี้ก็สามารถรวมตัวกลับไปเป็นโมเลกุล H-H ได้ใหม่ เรื่องนี้เป็นความรู้พื้นฐานที่เป็นที่รู้จักกันทั่วไปในวงการตัวเร่งปฏิกิริยาวิวิธพันธ์ เวลาที่โมเลกุล H-D ลงมาเกาะ มันก็มีการแตกตัวออกเป็นอะตอม H และอะตอม D แต่เวลาที่มันจะรวมตัวกลับ อะตอม H ของ H-D ก็อาจไปจับกับอะตอม H ตัวอื่นกลายเป็นโมเลกุล H₂ หลุดออกไป และในทำนองเดียวกันอะตอม D ของ H-D ก็อาจไปจับกับอะตอม D ตัวอื่นกลายเป็นโมเลกุล D₂ หลุดออกไป และด้วยการเลือกใช้โลหะที่ทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่เหมาะสม ก็จะทำให้สัดส่วนโมเลกุล D₂ เพิ่มมากขึ้น จากนั้นจึงค่อยนำไปกลั่นแยก D₂ เพื่อเอาไปใช้ผลิต heavy water ต่อไป

สิทธิบัตรในรูปที่ ๔ บอกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่เหมาะสมคือโลหะใน Group VIII แต่ตรงนี้ต้องขอทบทวนการเรียกธาตุต่าง ๆ ว่าเป็นธาตุในหมู่ไหน (ดูรูปที่ ๕ ประกอบ) คือการนับหมู่จะเริ่มจากหมู่ 1 ที่อยู่ทางซ้ายสุดของตารางธาตุ การนับแบบเดิมนั้นจะเริ่มจากหมู่ IA (หรือ alkaline) ตามด้วย IIA (หรือ alkaline earth) พอถึงหมู่ถัดมาจะเป็น IIIB คือเข้าอนุกรมโลหะทรานซิชัน จากนั้นก็นับต่อไปจนถึงหมู่ VIIB สามหมู่ถัดมาจะเรียกว่าหมู่ VIII จากนั้นจึงเป็นหมู่ IB, IIB และขึ้น IIIA ใหม่ไปจนถึง VIIIA แต่ต่อมามีการเปลี่ยนวิธีการนับคือนับเรียงจากหมู่ 1 ทางซ้ายไปเรื่อย ๆ จนถึงหมู่ขวาสุดคือหมู่ที่ 20 ดังนั้นหมู่ VIII เดิมจึงกลายเป็นหมู่ 8-10 ของการนับแบบใหม่

 

รูปที่ ๓ แผนผังอย่างคร่าวของกระบวนการผลิต Heavy water ผ่านการกลั่นแยก H₂ และ D₂ ออกจากกัน รูปนี้มีที่มาจากแหล่งเดียวกับรูปที่ ๖ (มี URL เอกสารต้นเรื่องอยู่ในรูปที่ ๖)

รูปที่ ๔ สิทธิบัตรที่มีการกล่าวถึงตัวเร่งปฏิกิริยาที่สำหรับการแลกเปลี่ยนอะตอม H และ D เพื่อผลิต D₂

รูปที่ ๕ เปรียบเทียบการนับหมู่ในตารางธาตุแบบเก่าและแบบใหม่ ธาตุในหมู่ VIII คือที่อยู่ในกรอบสีแดง ที่นำมาใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาก็มีเฉพาะ 3 แถวบน ส่วนแถวล่างสุดที่มี Hs, Mt และ Ds เป็นธาตุที่สังเคราะห์ขึ้น ไม่มีในธรรมชาติ

รูปที่ ๖ แผนผังกระบวนการกลั่นแยก H₂ และ D₂ ออกจากกัน หอซ้ายสุดเป็นหอกลั่นซ้อน 3 ชั้นเพื่อเพิ่มความเข้มข้น HD จากไม่ถึง 300 ppm เป็น 900 ppm ก่อนทำการกลั่นแยก HD (95%) ออกในหอที่สอง

หอกลั่นแยกไฮโดรเจนจัดเป็นสินค้าที่ใช้ได้สองทางในหมวด 1B228 (รูปที่ ๗ ข้างล่าง) ด้วยการที่อะตอมไฮโดรเจนเป็นอะตอมที่มีขนาดเล็ก (ประกอบด้วยโปรตอนเพียงตัวเดียว) ดังนั้นเวลาที่โมเลกุลไฮโดรเจนกลายเป็นอะตอมไฮโดรเจนเกาะอยู่บนอะตอมโลหะที่อยู่บนพื้นผิวนั้น ด้วยการที่อะตอมโลหะมีขนาดใหญ่ ช่องว่างระหว่างอะตอมก็เลยมีสิทธิที่จะใหญ่ตามไปด้วย (ขึ้นกับการเรียงตัวของอะตอมในโครงร่างผลึก) ด้วยเหตุนี้สำหรับโลหะหลายชนิด อะตอมไฮโดรเจนที่เกาะอยู่บนพื้นผิวจะสามารถแพร่ผ่านผิวโลหะนั้นไปได้โดยเคลื่อนตัวผ่านไปตามช่องว่างระหว่างอะตอมโลหะ และถ้าหากอะตอมไฮโดรเจนที่กำลังแพร่อยู่ในเนื้อโลหะนั้นเกิดการรวมตัวกันเป็นโมเลกุลไฮโดรเจน ก็จะทำให้เกิดฟองแก๊สในเนื้อโลหะที่สามารถทำให้ผนังโลหะนั้นเกิดความเสียหายได้ ด้วยเหตุนี้ในข้อกำหนด 1B228 จึงต้องมีการระบุว่าควบคุมเฉพาะวัสดุที่ใช้ได้ที่อุณหภูมิต่ำมาก (cryogenic) และใช้งานได้กับไฮโดรเจน (ข้อ c.)

รูปที่ ๗ หอกลั่นแยกไฮโดรเจนจัดเป็นสินค้าที่ใช้ได้สองทางในหมวด 1B228

สำหรับฉบับนี้ ก็คงจบลงเพียงแค่นี้

การสกัด Deuterium ด้วย NH3 MO Memoir : Thursday 5 February 2569

ธาตุไฮโดรเจนเกือบทั้งหมดในธรรมชาติ นิวเคลียสจะมีโปรตอนเพียงแค่ 1 ตัว (¹H) โดยอีกไอโซโทปนิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอน 1 ตัวและนิวตรอน 1 ตัว (²H) ไอโซโทปตัวนี้มีชื่อเรียกเฉพาะว่า deuterium หรือใช้สัญลักษณ์ว่า D ดังนั้นในงานที่ต้องการระบุว่าอะตอมไฮโดรเจนที่สนใจนั้นคือ deuterium ก็จะใช้ D แทน H เช่นโมเลกุลน้ำทั่วไปจะใช้สูตรเคมีว่า H₂O แต่ถ้าต้องการเน้นว่าอะตอมไฮโดรเจนทั้งสองอะตอมนั้นเป็น deuterium ก็จะเขียนสูตรเคมีเป็น D₂O น้ำที่มีสูตรโมเลกุลเป็น D₂O จะเรียกว่าเป็น heavy water เพราะมันมีความหนาแน่นสูงกว่าน้ำปรกติทั่วไป

เมื่อนิวเคลียสของอะตอมถูกยิงด้วยนิวตรอน นิวตรอนก็อาจสะท้อนหรือถ่ายเทพลังงานให้กับอะตอมที่มันชน หรือถ้าอะตอมที่ถูกนิวตรอนชนนั้นดูดซับตัวนิวตรอนเข้าไป อะตอมที่ดูดซับนิวตรอนนั้นก็อาจเกิดการแตกออกเป็นนิวเคลียสที่มีชนาดเล็กลง ปฏิกิริยานี้เรียกว่านิวเคลียร์ฟิชชัน (nuclear fission) หรือไม่ก็ไม่แตกออกแต่เกิดการเปลี่ยนแปลงกลายเป็นธาตุตัวใหม่ ส่วนที่ว่าจะเกิดแบบไหนนั้นก็ขึ้นอยู่กับไอโซโทปของธาตุและพลังงานของนิวตรอนที่ชน อย่างเช่นถ้าเป็นอะตอมของธาตุเบา (เช่น ไฮโดรเจน คาร์บอน) ก็จะเป็นการสะท้อนหรือถ่ายเทพลังงาน แต่ถ้าเป็นอะตอมของธาตุหนัก ก็จะมีทั้งการแตกออกและเกิดเป็นธาตุใหม่

รูปที่ ๑ กระบวนการผลิต heavy water ด้วยการแลกเปลี่ยนอะตอมไฮโดรเจนระหว่างแก๊สไฮโดรเจนกับแอมโมเนีย (จากเอกสาร Heavy water producion - A review of process จัดทำโดย D.M. Levins ของ Australian atom energy commission research establishment, Lucas Height, September 1970)

ยูเรเนียมมีไอโซโทปที่สำคัญ 2 ตัว ตัวที่มีมากที่สุดคือ U-238 โดยมี U-235 เพียงส่วนน้อย แต่ U-235 นั้นสามารถเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันได้เมื่อถูกยิงด้วยนิวตรอนพลังงานต่ำ แล้วมันก็จะคายพลังงานและปลดปล่อยนิวตรอน (ที่มีพลังงานสูงกว่าตัวที่ยิงเข้าไป) ออกมาอีกหลายตัว ดังนั้นถ้าต้องการให้นิวตรอนที่ปลดปล่อยออกมาจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันนั้นสามารถทำให้อะตอม U-235 อะตอมอื่นเกิดการแตกตัวได้ ก็ต้องหาทางลดพลังงานของนิวตรอนที่เกิดขึ้น และสารที่นำมาใช้งานดังกล่าวก็จะเรียกว่า neutron moderator

U-238 แตกตัวได้ถ้าถูกยิงด้วยนิวตรอนพลังงานสูง มันก็เลยถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงเสริมในระเบิดนิวเคลียร์ คือให้นิวตรอนพลังงานสูงที่เกิดจากการระเบิดก่อนหน้าไปทำให้อะตอม U-238 แตกตัวคายพลังงานออกเพิ่มเติม แต่ถ้ามันถูกยิงด้วยนิวตรอนที่มีพลังงานพอเหมาะ มันก็จะดูดกลืนนิวตรอนตัวนั้น และอะตอม U-238 เป็นจะเปลี่ยนเป็นธาตุใหม่คือพลูโทเนียม (Pu) โดยไอโซโทปที่ได้คือ Pu-239

และที่สำคัญคือ Pu-239 สามารถเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันได้ง่ายเช่นเดียวกับ U-235 และยังสามารถผลิตได้จาก U-238 ที่มีปริมาณมากกว่า U-235 อยู่มาก

ความเข้มข้น U-235 ที่ใช้ในเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ใช้ผลิตความร้อนนั้น มีทั้งแบบที่มีความเข้มข้นสูงกว่าที่มีในธรรมชาติ (enriched uranium) และแบบที่มีความเข้มข้นเท่ากับที่มีในธรรมชาติ (natural uranium) ส่วนที่ว่าจะใช้แบบไหนก็ขึ้นกับว่าเน้นการผลิตความร้อนเพื่อไปผลิตไฟฟ้าหรือผลิต Pu-239 เพื่อนำไปผลิตเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ต่อ

รูปที่ ๒ อีกกระบวนการหนึ่งสำหรับผลิต heavy water ด้วยการแลกเปลี่ยนอะตอมไฮโดรเจนระหว่างแก๊สไฮโดรเจนกับแอมโมเนีย (จากเอกสาร Heavy water producion - A review of process จัดทำโดย D.M. Levins ของ Australian atom energy commission research establishment, Lucas Height, September 1970)

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ (nuclear) มีหลากหลายรูปแบบ รูปแบบหนึ่งที่สามารถนำมาใช้สำหรับผลิต Pu-239 ได้ก็คือชนิดที่ใช้ heavy water (D₂O) เป็น neutron modulator (เรียกว่า Heavy Water Reactor หรือ HWR) ข้อดีข้อหนึ่งของเครื่องปฏิกรณ์ชนิดนี้คือสามารถใช้ natural uranium เป็นเชื้อเพลิงได้ แต่มันก็มีข้อเสียอยู่ตรงที่ต้องจัดหา heavy water มาใช้งาน

วิธีการแยกอะตอม D ออกจากอะตอม H นั้นมีอยู่ด้วยกันหลายวิธี วิธีการหนึ่งที่มีการนำมาใช้ในการผลิต heavy water ในระดับอุตสาหกรรมคือการให้แก๊สไฮโดรเจน (ที่มีอะตอม D ร่วมอยู่ด้วย) ทำปฏิกิริยากับแอมโมเนียเหลว (liquid NH₃) ภาย ภายใต้อุณหภูมิและความดันที่เหมาะสม โมเลกุลแก๊สไฮโดรเจนกับแอมโมเนียจะมีการแลกเปลี่ยนอะตอมไฮโดรเจนกัน ทำให้สัดส่วนอะตอม D ในแอมโมเนียเพิ่มสูงขึ้น ด้วยการที่ NH₃ และ ND₃ มีอุณหภูมิจุดเดือดต่างกันอยู่ประมาณ 1ºC จึงยังพอจะแยกออกจากกันด้วยการกลั่นได้ (รูปที่ ๑ มุมขวาบนที่เขียนว่า Finishing Distillation Columns คือหอกลั่นแยก โดย ND₃ จะออกมาทางด้านล่างของหอกลั่น) เมื่อได้ ND₃ ความเข้มข้นสูงมาแล้วก็จะนำไปเผากับออกซิเจน ก็จะได้ D₂O ความเข้มข้นสูงออกมา (มุมล่างขวาของรูปที่ ๑ บอกว่าได้ความเข้มข้น 99.75%)

ในการทำปฏิกิริยาแลกเปลี่ยนอะตอมไฮโดรเจนในหอสัมผัสนั้น แอมโมเนียจะถูกปล่อยให้ไหลลงล่างโดยมีแก๊สไฮโดรเจนวิ่งสวนขึ้นข้างบน เพื่อให้ได้การแลกเปลี่ยนอะตอมที่มากพอ ขนาดของหอสัมผัส (บรรดา tower ต่าง ๆ ในรูปที่ ๒) จึงมีความสูงมากอยู่เหมือนกัน คือในระดับ 100 เมตร

รูปที่ ๓ ปั๊มสำหรับไหลหมุนเวียนสารละลาย KNH₂ ในแอมโมเนียเหลวจัดว่าเป็นสินค้าที่ใช้ได้สองทาง (Dual Use Item DUI) ในหมวด 1B230

ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนอะตอมไฮโดรเจนระหว่างแก๊สไฮโดรเจนและแอมโมเนียนั้นจะรวดเร็วขึ้นถ้าหากมีการเติมสารประกอบ amide บางชนิดเข้าไปในแอมโมเนียเหลวนั้น และสารตัวหนึ่งที่ทำหน้าที่นี้ได้ดีก็คือ potassium amide (KNH₂) ซึ่งก็ดูเหมือนว่าตัวนี้น่าจะเป็นตัวที่ดีที่สุด เพราะเมื่อไปค้นสิทธิบัตรหรือบทความที่เกี่ยวข้องกับเรื่องนี้ก็พบว่ามีการพูดถึงสารประกอบ amide หลากหลายชนิดว่าสามารถใช้ได้ แต่ถ้าจะให้คุ้มค่าที่จะนำมาใช้ผลิตในเชิงพาณิชย์ก็คงต้องเป็น KNH₂ ตัวนี้ เพราะขนาดรายชื่อสินค้าที่ใช้ได้สองทางที่ระบุไว้ใน EU List ยังระบุควบคุมปั๊มสำหรับไหลหมุนเวียนสารละลาย KNH₂ ในแอมโมเนียเหลว แทนที่จะเขียนกว้าง ๆ เพื่อให้ครอบคลุมไปยังสารประกอบ amide ตัวอื่นด้วย

(หมายเหตุ : เมื่อลองค้นหาความแตกต่างระหว่างจุดเดือดของ NH₃ กับ ND₃ ปรากฏว่าข้อมูลของ ND₃ นั้นไม่ชัดเจน ขนาดข้อมูลภาพรวม AI ของ google เองก็ยังบอกตรงข้ามกัน ขึ้นกับคำถามที่ถาม (ดังเช่นที่จับภาพหน้าจอมาให้ดูในสองรูปถัดไป)  แต่บอกเหมือนกันว่าต่างกันประมาณ 1ºC) แต่จากข้อมูลในรูปที่ ๑ ที่ ND₃ ออกทางด้านล่างของหอกลั่นนั้น แสดงว่า ND₃ น่าจะเป็นตัวที่มีจุดเดือดสูงกว่า)