ถังเก็บกรดอะคริลิก (Acrylic acid) ระเบิด (๑) MO Memoir : Thursday 21 November 2567

"We forget the lessons learned and the accident happens again. We need better training, by describing accidents first rather than principles, as accidents grab our attention, and we need discussion rather that lecturing, so that more is remembered. We need databases that can present relevant information without the user having to ask for it. Some actions that universities might take are discussed."

ข้อความในย่อหน้าข้างบนนำเป็นส่วนหนึ่งของบทคัดย่อในบทความเรื่อง "Improving safety performance in the new millennium and the role of universities" เขียนโดย Prof. T.A. Kletz เผยแพร่ในเว็บของ Mary Kay O'Connor Process Safety Center เมื่อปีค.ศ. ๒๐๐๐ (พ.ศ. ๒๕๔๓) Prof. Kletz จัดได้ว่าเป็นผู้งบุกเบิกงานด้าน Process Safety ในอุตสาหกรรมเคมี และบ่อยครั้งที่ท่านกล่าวไว้ในบทความของท่านด้วยข้อความทำนองว่า "ถ้าเราไม่เรียนรู้ความผิดผิดพลาดในอดีต เราก็จะทำมันซ้ำอีก"

อย่างเช่นกรณีการระเบิดของถังเก็บกรดอะคริลิก (Acrylic acid) ขนาด ๒๐๐ ลิตร ๓ เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้ ต่างเป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในประเทศญี่ปุ่นในช่วงเวลา ๓๐ ปี แต่สิ่งหนึ่งที่เหมือนกันก็คือวิธีการทำงานที่นำไปสู่การระเบิด แต่ก่อนที่จะเข้าสู่เรื่องดังกล่าว เรามาทำความรู้จักกับกรดอะคริลิกก่อนดีกว่า

กรดอะคริลิก (H₂C=CH-COOH) เป็นกรดอินทรีย์ที่มึควาไม่อิ่มตัว (คือพันธะ C=C) กรดนี้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตพอลิอะคริลิกแอซิค (poly acrylic acid) จุดเด่นของพอลิเมอร์ตัวนี้คือการที่มันมีหมู่ที่มีความเป็นขั้วที่แรง (หมู่ -COOH) ทำให้มันจับน้ำได้ดีไม่ปล่อยให้น้ำที่จับเอาไว้หลุดรอดออกมาได้ง่าย จึงมีการนำไปใช้เป็นสารดูดซับน้ำที่ใช้ในผ้าอ้อมสำเร็จรูปต่าง ๆ (ทั้งที่ใช้กับเด็กและผู้ใหญ่)

กรดอะคริลิกมีจุดหลอมเหลวที่ 14ºC ดังนั้นในช่วงเวลาที่อากาศเย็น กรดอะคริลิกก็จะกลายเป็นของแข็งในภาชนะบรรจุได้ ทำให้จำเป็นต้องให้ความร้อนเพื่อให้หลอมเหลวจึงจะถ่ายออกจากภาชนะบรรจุได้

กรดอะคริลิก ๒ โมเลกุลสามารถรวมตัวกันเกิดเป็นกรดไดอะคริลิก (diacrylic acid) ดังสมการที่ (1)

และในสภาวะที่เหมาะสม (เช่นมีตัวกระตุ้นหรืออุณหภูมิสูงพอ) จะเกิดเป็นพอลิเมอร์ได้ดังสมการที่ (2)

 

ทั้งสองปฏิกิริยาเป็นปฏิกิริยาคายความร้อน โดยปฏิกิริยาที่ (1) เกิดได้ง่ายกว่าปฏิกิริยาที่ (2) แต่มีการคายความร้อนต่ำกว่า ปฏิกิริยาที่ (2) แม้ว่าจะเกิดยากกว่า แต่เมื่อเกิดแล้วยากที่จุดหยุด และด้วยการที่เป็นปฏิกิริยาคายความร้อนจึงสามารถเร่งตนเองได้ เพราะความร้อนที่คายออกมาจากปฏิกิริยาทำให้อุณหภูมิสูงขึ้น อัตราการเกิดปฏิกิริยาจึงเพิ่มขึ้น ทำให้อัตราการคายความร้อนเพิ่มตามไปด้วย ด้วยเหตุนี้จึงต้องมีการเติมสารยับยั้ง (Inhibitor) บางชนิดเข้าไปเพื่อป้องกันการเกิดปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์

แต่สารยับยั้งนี้ไม่ป้องกันการเกิดปฏิกิริยาที่ (1)

เรื่องที่ ๑ ถังเก็บกรดอะคริลิกระเบิดหลังทำการหลอมเหลวกรดในถังบางส่วน

เรื่องนี้นำมาจากบทความเรื่อง "Explosion of acrylic acid under storage in a drum can after partial melting." (https://www.shippai.org/fkd/en/cfen/CC1000126.html) เป็นเหตุการณ์ที่เกิดที่เมื่อ Yokohama ประเทศญี่ปุ่น เมื่อวันที่ ๑๙ มกราคม ค.ศ. ๑๙๖๙ (พ.ศ. ๒๕๑๒) ซึ่งเป็นช่วงฤดูหนาวของประเทศญี่ปุ่น

รูปที่ ๑ ภาพรวมของเหตุการณ์ที่เกิด

กรดอะคริลิกถูกเก็บไว้ในถังเหล็กกล้าไร้สนิมขนาด ๒๐๐ ลิตร ความดันในถังทำให้ส่วนฝาถังปลิวออก ตามด้วยกรดในถังที่พุ่งออกมาก่อนที่จะเกิดการระเบิด (จากกลุ่มหมอกที่เกิดจากกรดประมาณ ๑๐๐ ลิตร) ทำให้อาคารโรงงานความสูง ๔ ชั้นพังลงมา

การสอบสวนพบว่าก่อนหน้านั้นประมาณหนึ่งเดือน โรงงานได้รับถังใส่กรดอะคริลิกดังกล่าวมาจำนวน ๕ ถัง แต่กรดในถังแข็งตัวเนื่องจากอากาศหนาวเย็น เพื่อที่จะนำกรดมาใช้งานจึงนำถังใบหนึ่งมาให้ความร้อนด้วยฮีทเตอร์ไฟฟ้าแบบแผ่นขนาด 100 V, 750 W เพื่อให้กรดอะคริลิกบางส่วนกลายเป็นของเหลว และใช้ปั๊มมือทำจากพลาสติกสูบออกมา การทำงานนี้ได้มีการกระทำหลายครั้ง การระเบิดเกิดขึ้นในวันที่สามหลังจากที่ได้ปิดฮีทเตอร์และปิดฝาถังเอาไว้

สาเหตุของการระเบิดเชื่อว่าเกิดจากรูปแบบการหลอมกรดที่แข็งตัวในถัง กล่าวคือความร้อนที่ให้นั้นทำให้กรดเพียงบางส่วนหลอมเหลว จากนั้นโอเปอร์เรเตอร์ก็ทำการสูบเฉพาะส่วนที่หลอมเหลวออกมา แล้วปล่อยให้ส่วนที่เหลือนั้นเย็นลงเป็นของแข็งตามเดิม

แต่ด้วยการที่สารยับยั้งการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรซ์นั้นหลอมเหลวได้ง่ายกว่า ดังนั้นในการหลอมเหลวแต่ละครั้งจึงทำให้สารยับยั้งการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรซ์ละลายออกไปกับกรดที่สูบออกไปมากขึ้น ความเข้มข้นที่เหลืออยู่ในถังจึงลดต่ำลงจนไม่สามารถหยุดปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรซ์ได้ ดังนั้นเมื่อปฏิกิริยาเกิดขึ้น ปฏิกิริยาจึงสามารถดำเนินไปข้างหน้าและคายความร้อนออกมาได้เรื่อย ๆ ความร้อนที่คายออกมาทำให้ปฏิกิริยาเกิดเร็วขึ้นอีก ซึ่งเป็นการเร่งการเกิด ทำให้ความดันในถังสูงขึ้นจนฝาถังปลิวออกและการระเบิดตามมา

แต่ตรงประเด็นการที่สารยับยั้งละลายออกมาได้มากกว่ากรดนี้ บทความกล่าวว่าความรู้นี้อาจยังไม่เป็นที่เข้าใจกัน ณ เวลานั้น (คือค่อยมารู้กันทีหลัง ดังนั้นอย่าเพิ่งไปกล่าวโทษวิธีการการทำงานว่าทำไมจึงทำแบบผิด ๆ)

การป้องกันที่บทความแนะนำคือให้ทำการหลอมเหลวกรดในถังให้สมบูรณ์ก่อนที่จะทำการสูบออกมา จึงจะทำให้มั่นใจว่าความเข้มข้นของสารยับยั้งการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรซ์ที่เหลืออยู่ในถังจะยังคงเดิม

เรื่องที่ ๒ ถังเก็บกรดอะคริลิกระเบิดในระหว่างการให้ความร้อนด้วยการฉีดพ่นไอน้ำโดยตรง

เรื่องนี้นำมาจากบทความเรื่อง "Explosion of an acrylic acid monomer in a drum can during heating due to direct blowing of steam." (https://www.shippai.org/fkd/en/cfen/CC1200110.html) เป็นเหตุการณ์ที่เกิดที่เมื่อ Ichihara ประเทศญี่ปุ่น เมื่อวันที่ ๒๔ กุมภาพันธ์ ค.ศ. ๑๙๘๑ (พ.ศ. ๒๕๒๔) ซึ่งยังคงอยู่ในเป็นช่วงฤดูหนาวของประเทศญี่ปุ่น

รูปที่ ๒ ภาพรวมของเหตุการณ์ที่เกิด

ในเหตุการณ์นี้ในเวลาประมาณ ๒๑.๐๐ น โอเปอร์เรเตอร์นำถังเก็บกรดอะคริลิกซึ่งเป็นถังเหล็กกล้าไร้สนิมขนาด ๒๐๐ ลิตรจำนวน ๒ ถังมาปิดคลุมด้วยแผ่นกันไฟแล้วทำการฉีดพ่นด้วยไอน้ำเพื่อป้องกันไม่ให้กรดอะคริลิกในถังแข็งตัว การเปลี่ยนกะทำงานเกิดขึ้น ณ เวลา ๒๒.๐๐ น และการตรวจสอบ ณ เวลา ๒๒.๓๐ น ก็ยังไม่พบสิ่งผิดปรกติ (การตรวจสอบตรงนี้เข้าใจว่าเป็นการทำงานปรกติหลังการเปลี่ยนกะ ซึ่งทีมใหม่ที่เข้ามารับหน้าที่ต้องมีการเดินตรวจสอบความเรียบร้อย)

เวลาประมาณ ๒๓.๓๖ น ความดันในถังใบหนึ่งทำให้ถังเกิดการระเบิด ตามด้วยการระเบิดและเพลิงไหม้ของไอกรดที่กระจายตัวออกมา หลังจากนั้นประมาณ ๑๐ นาทีก็เกิดการระเบิดของถังใบที่สอง แรงระเบิดทำให้หน้าต่างบางบานของสถานีตำรวจที่อยู่ห่างออกไปจากจุดเกิดเหตุ ๑๒๐ เมตรนั้นได้รับความเสียหาย

การสอบสวนพบว่าปรกติการให้ความร้อนกระทำโดยใช้ heating pad ที่ได้รับความร้อนจากขดท่อไอน้ำ (heating pad ทำหน้าที่ช่วยกระจายความร้อนของไอน้ำและส่งต่อไปยังลำตัวถังเก็บกรด และอุณหภูมิของ heating pad น่าจะต่ำกว่าอุณหภูมิไอน้ำ) แต่ในวันเกิดเหตุโอเปอร์เรเตอร์คิดว่าสามารถทำการให้ความร้อนด้วยการฉีดพ่นไอน้ำโดยตรงได้ อุณหภูมิที่ถังเก็บกรดได้รับนั้นสูงกว่าที่ได้รับผ่าน heating pad และทำให้เกิดปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์ของกรดในถังได้ นอกจากนี้ยังมีความเป็นไปได้ว่าโอเปอร์เรเตอร์ไม่ได้รับการฝึกอบรมให้มีความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับอันตรายของการที่กรดอะคริลิกเกิดการพอลิเมอร์ไรซ์ได้เอง

ในบทความนี้ยังได้กล่าวถึงเหตุการณ์ที่คล้ายคลึงกัน (ไม่มีการระบุวันเวลาและสถานที่เกิดเหตุ) คือมีการให้ความร้อนแก่ถังเก็บกรดอะคริลิกขนาด ๒๐๐ ลิตรด้วยไอน้ำ แต่ว่าท่อไอน้ำมีการสัมผัสกับถังเก็บกรดโดยตรง ทำให้บริเวณจุดสัมผัสมีอุณหภูมิสูงกว่าบริเวณอื่นจนทำให้กรดอะคริลิกตรงบริเวณนั้นเกิดปฏิกิริยาและคายความร้อนออกมา ซึ่งนำไปสู่การระเบิดของถังเก็บกรด

เรื่องที่ ๓ ถังเก็บกรดอะคริลิกระเบิดจากการสัมผัสกับท่อไอน้ำโดยตรง

เรื่องนี้นำมาจากบทความเรื่อง "Explosion of acrylic acid in the drum can in the heating cabinet for dissolution." (https://www.shippai.org/fkd/en/cfen/CC1200102.html) เป็นเหตุการณ์ที่เกิดที่เมื่อ Kakogawa ประเทศญี่ปุ่น เมื่อวันที่ ๖ มีนาคม ค.ศ. ๑๙๙๘ (พ.ศ. ๒๕๔๑) ซึ่งก็ยังคงเป็นช่วงที่อากาศเย็นอยู่

รูปที่ ๓ ภาพรวมของเหตุการณ์ที่เกิด

ในเหตุการณ์นี้มีการนำเอาถังบรรจุกรดอะคริลิกจำนวน ๓ ถังไปใส่ในตู้อบเพื่อทำการหลอมเหลวกรดอะคริลิก เมื่อสังเกตเห็นว่าถังใบหนึ่งบวมผิดปรกติจึงจะนำออกมา แต่ในเวลานั้นเองก็มีแก๊สฉีดพุ่งออกมา จึงได้ทำการฉีดน้ำรดไปที่ถัง แต่ถังก็เกิดการระเบิดขณะที่ฉีดน้ำ

การตรวจสอบพบว่าถังใบดังกล่าวถูกวางสัมผัสกับท่อไอน้ำโดยตรง ทำให้บริเวณจุดสัมผัสนั้นมีอุณหภูมิสูงจนทำให้เกิดปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์ได้ ความร้อนที่ปฏิกิริยาคายออกมาทำให้กรดบางส่วนระเหยกลายเป็นไอ (จุดเดือดของกรดอะคริลิกอยู่ที่ประมาณ 141ºC และมีจุดวาบไฟที่ประมาณ 49.4ºC)

Safety Data Sheet ของบริษัท Arkema ให้ข้อมูลเอาไว้ว่า ความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอของกรดอะคริลิกมีค่า 621 kJ/kg ในขณะที่ความร้อนที่ปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์คายออกมามีค่า 1074 kJ/kg หรือประมาณ 1.7 เท่าของความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอ และยังกล่าวไว้ว่าในกรณีที่กรดเกิดการแข็งตัวและต้องการหลอมเหลว ให้ละลายที่อุณหภูมิ 25ºC และทำการกวนผสมไปด้วยกัน เพื่อป้องกันไม่เกิดจุดร้อนเฉพาะที่ที่สามารถนำไปสู่การเกิดปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์ได้

เรื่องนี้คล้ายกับเรื่องที่ผู้เขียนเรื่องที่ ๒ กล่าวไว้ในตอนท้าย ที่ว่าถังบรรจุกรดมีการสัมผัสกับท่อไอน้ำโดยตรง ซึ่งอาจเป็นไปได้ว่าเรื่องที่ ๒ นั้นเขียนเผยแพร่หลังจากเกิดเรื่องที่ ๓ แล้ว

ว่าด้วยการออกแบบระบบ Scrubber (เก็บตกฝึกงานฤดูฝน ๒๕๖๓) MO Memoir : Thursday 9 July 2563

เรื่องนี้เริ่มจากคำถามที่ได้รับมาจากนิสิตฝึกงาน (ช่วงนี้ปิดเทอมใหญ่ในฤดูฝน ดังนั้นการฝึกงานก็ต้องเป็นภาคฤดูฝน) โดยนิสิตที่ไม่เคยมีประสบการณ์ได้เห็นของจริง ต้องมาฝึกงานแบบ work from home แบบไม่มีโอกาสได้เห็นของจริง แต่ได้รับมอบหมายงานออกแบบกระบวนการ โดยที่แทบไม่มีข้อมูลอะไรเลย เว้นแต่ว่าเมื่อออกแบบไปแล้ว แล้วได้รับคำตอบกลับมาว่าให้ใช้วิธีอื่น

 

ปัญหาของเขาคือทางโรงงานมีไฮโดรคาร์บอนเบา (Light hydrocarbon) ที่เป็นของเหลวภายใต้ความดัน (แปลว่ามันมีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิจุดเดือดที่ความดันบรรยากาศ แต่ใช้ความดันช่วยเอาไว้จึงทำให้มันเป็นของเหลว) ที่ออกมากระบวนการผลิต ไฮโดรคาร์บอนเบานี้มีสารปนเปื้อนอยู่ที่ระดับความเข้มข้นต่ำ แต่จำเป็นต้องกำจัดออกก่อนนำกลับไปใช้ใหม่ การกำจัดนั้นจะใช้การทำปฏิกิริยากับสารอีกตัวหนึ่ง (Reactant) แต่ด้วยการที่สารปนเปื้อนนั้นมีความเข้มข้นต่ำ จึงใช้การละลาย Reactant เข้าไปใน Heavy oil (ในที่นี้คือไฮโดรคาร์บอนที่มีจุดเดือดแตกต่างจาก Light hydrocarbon มาก) แล้วจึงให้ Light hydrocarbon นั้นสัมผัสกับ Heavy oil ที่มี Reactant ผสมอยู่

รูปที่ ๑ แผนผังคร่าว ๆ ของระบบ scrubber ที่ใช้ในการออกแบบเบื้องต้น

เนื่องจากสารทั้งคู่เป็นไฮโดรคาร์บอน ดังนั้นถ้าให้สัมผัสกันในเฟสของเหลว-ของเหลว มันก็จะละลายเข้าด้วยกัน ก่อให้เกิดปัญหาการแยก Light hydrocarbon ออกจาก Heavy oil อีก ดังนั้นทางเลือกหนึ่งที่ทำได้ก็คือการเปลี่ยน Light hydrocarbon นั้นให้กลายเป็นแก๊สก่อน แล้วจึงค่อยสัมผัสกับ Heavy oil ที่เป็นของเหลวในรูปแบบ scrubber ดังแสดงในรูปที่ ๑ ที่แก๊สไหลจากล่างขึ้นบนในขณะที่ของเหลวไหลจากบนลงล่าง ถ้าอุณหภูมิการสัมผัสนั้นต่ำกว่าอุณหภูมิจุดเดือดของ Light hydrocarbon ณ ความดันที่ทำการสัมผัสอยู่มาก ก็อาจถือได้ว่าปริมาณ Light hydrocarbon ที่ละลายเข้าไปใน Heavy oil นั้นต่ำมากหรือเป็นศูนย์ได้ ตัว Heavy oil ที่ออกจาก scrubber จะถูกนำกลับไปใช้งานใหม่

  

เมื่อพิจารณาปฏิกิริยาระหว่างสารปนเปื้อนกัน Reactant แล้วคาดว่าน่าจะเกิดผลิตภัณฑ์สองตัว ตัวแรกนั้นเป็นไฮโดรคาร์บอนเบาที่มีอยู่แล้วใน Light hydrocarbon ที่ป้อนเข้ามา แต่ตัวที่สองนั้นเนื่องจากเป็นสารประกอบโลหะ (ที่ไม่ได้อยู่ในรูป organometallic compound) จึงคาดว่าน่าจะเป็นของแข็ง แต่ด้วยการที่มันมีความเข้มข้นที่ต่ำ และด้วยอัตราการไหลของ Heavy oil ที่สูง (เมื่อเทียบกับปริมาณของแข็งที่มีโอกาสเกิด) จึงคาดว่าของแข็งที่เกิดขึ้นน่าจะถูก Heavy oil ชะล้างออกมาจาก packing ในตัว scrubber แต่จำเป็นต้องมีการดักเอาไว้ก่อนที่จะเอา Heavy oil นี้กลับไปใช้งานใหม่

  

การแยกของแข็งที่แขวนลอยอยู่ในของเหลวทำได้หลายวิธี การกรองก็เป็นวิธีการหนึ่งที่เหมาะกับกรณีที่ของแข็งและของเหลวนั้นความหนาแน่นต่างกันไม่มาก (เช่นผงพอลิเมอร์ในไฮโดรคาร์บอน) แต่ต้องคอยทำความสะอาดไส้กรองเวลาที่มันอุดตัน ในกรณีที่ของแข็งนั้นมีความหนาแน่นสูงกว่าของเหลวมาก การใช้การตกตะกอนก็เป็นวิธีการหนึ่งในการแยกเอาของแข็งออก การตกตะกอนนี้ทำได้ในถังพักที่มีพื้นที่หน้าตัดการไหลที่ใหญ่เมื่อเทียบกับอัตราการไหลของของเหลวที่ป้อนเข้ามา (เพื่อลดความเร็วของเหลวให้ต่ำลง จะได้ลดการพัดพาตะกอนไปกับของเหลว) การตกตะกอนนี้ยังใช้ได้สำหรับการแยกของเหลวสองเฟสที่ไม่ละลายเข้าด้วยกัน (เช่นน้ำกับน้ำมัน) 

  

การใช้ cyclone หรือเครื่อง centrifuge ก็เป็นวิธีการที่สามารถนำมาใช้ในการแยกของแข็งออกจากของเหลวได้ แต่การใช้ cyclone นั้นของเหลวที่ไหลเข้า cyclone ต้องมีความเร็วที่สูง ในขณะที่การใช้เครื่อง centrifuge นั้นจะเป็นการเพิ่มเครื่องจักรกลที่มี moving part ที่ต้องการการดูแล และไม่เหมาะกับกรณีของของเหลวที่มีของแข็งความเข้มข้นต่ำปะปนอยู่ ดังนั้นในกรณีนี้ทางเลือกที่น่าจะเหมาะสมที่สุดน่าจะเป็นการใช้การตกตะกอนในถังตกตะกอน (Settling drum)

 

ส่วนที่ทำหน้าที่เป็นถังตกตะกอนนั้นอาจเป็น ส่วนล่างของตัว scubber, ถังแยกออกมาต่างหากเพื่อทำหน้าที่นี้ หรือตัวถังเก็บ Heavy oil ก่อนนำกลับไปใช้งานใหม่ ตรงนี้ก็แล้วแต่การออกแบบและข้อกำหนดเฉพาะของแต่ละกระบวนการ

  

ประเด็นถัดมาที่ต้องพิจารณาคือการทำให้ของเหลวภายใต้ความดันนั้นกลายเป็นแก๊สก่อนเข้าสู่ scrubber และกลับเป็นของเหลวใหม่อีกครั้งหลังออกจาก scrubber ซึ่งสองประเด็นนี้มันผูกพันกันอยู่

แนวทางแรกในการทำให้ของเหลวภายใต้ความดันกลายเป็นแก๊สก็คือการลดความดันของมันให้ต่ำลง ซึ่งอาจทำได้ด้วยการใช้วาล์วลดความดัน (Pressure reducing valve) หรือการใช้วาล์วควบคุม (control valve) ร่วมกับอุปกรณ์วัดคุม (รูปที่ ๑) การใช้วิธีการนี้ควรต้องพึงคำนึงเรื่อง Joule-Thompson effect เอาไว้ด้วย เพราะการขยายตัวผ่านวาล์วนั้นอาจทำให้อุณหภูมิลดต่ำลงจนอาจเกิดน้ำแข็งเกาะนอกตัววาล์ว หรือถ้าของเหลวนั้นมีน้ำปะปนอยู่ก็อาจเกิดน้ำแข็งในท่อได้

รูปที่ ๒ การเปลี่ยนของเหลวภายใต้ความดันให้กลายเป็นแก๊สอาจทำได้โดย (1) การใช้วาล์วลดความดัน (2) การใช้วาล์วควบคุมร่วมกับอุปกรณ์วัดและควบคุมความดัน หรือ (3) การใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนต้มของเหลวนั้นให้เดือดโดยไม่จำเป็นต้องลดความดัน

  

การลดความดันมันก็มีข้อดีหลายประการ เช่น ตัว scrubber และอุปกรณ์อื่นที่ประกอบอยู่ (เช่น settling drum หรือ heavy oil tank) ไม่จำเป็นต้องทนความดันสูงตามไปด้วย การทำงานที่อุณหภูมิต่ำยังลดโอกาสที่ Heavy oil จะระเหยกลายเป็นไอติดไปกับไฮโดรคาร์บอนเบาที่ออกไปจาก scrubber และการทำงานที่อุณหภูมิสูงกว่าจุดเดือดของไฮโดรคาร์บอนเบาก็ลดโอกาสที่ไฮโดรคาร์บอนเบาจะละลายเข้าไปใน Heavy oil แต่ก็มีข้อเสียก็คือต้องไปใช้พลังงานมากขึ้นในส่วนของการทำให้ไอไฮโดรคาร์บอนเบานั้นกลับกลายเป็นของเหลวความดันสูงอีกครั้ง

  

อีกวิธีการหนึ่งสำหรับทำให้ไฮโดรคาร์บอนเบากลายเป็นแก๊สก็คือการต้มให้ไฮโดรคาร์บอนเบาที่เป็นของเหลวนั้นให้เดือดกลายเป็นไอ ณ ความดันนั้นเลยโดยไม่จำเป็นต้องลดความดัน วิธีการนี้จะมีข้อเสียตรงที่อาจมีไอระเหยของ Heavy oil ติดไปกับไฮโดรคาร์บอนเบามากขึ้นเพราะอุณหภูมิการทำงานสูงขึ้น และอุณหภูมิของ Heavy oil นั้นไม่ควรต่ำกว่าอุณหภูมิจุดเดือดของไฮโดรคาร์บอนเบา ไม่เช่นนั้นไอของไฮโดรคาร์บอนเบาจะควบแน่นเมื่อสัมผัสกับ Heavy oil ที่เย็นกว่าและละลายผสมไปกับ Heavy oil ตัว scrubber และอุปกรณ์อื่นที่ประกอบอยู่จำเป็นต้องรับความดันการทำงานที่สูงขึ้นได้ ต้องมีแหล่งให้พลังงานความร้อนเพื่อต้มไฮโดรคาร์บอนเบาที่เป็นของเหลวให้เดือด แต่ก็มีข้อดีคือไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานมากในการทำให้ไอไฮโดรคาร์บอนเบาให้กลายเป็นของเหลวความดันสูงอีกครั้ง เพราะเป็นการปั๊มของเหลวความดันต่ำให้เป็นความดันสูงซึ่งใช้พลังงานน้อยกว่า

รูปที่ ๓ ตัวอย่างแนวทางการเปลี่ยนไอไฮโดรคาร์บอนเบาให้กลายเป็นของเหลวความดันสูง (A) จะเป็นกรณีของการใช้การลดความดันเพื่อเปลี่ยนไฮโดรคาร์บอนเบาให้กลายเป็นแก๊สก่อนเข้า scrubber ส่วน (B) เป็นกรณีของการใช้การต้ม

การเปลี่ยนไฮโดรคาร์บอนเบาที่ออกจาก scrubber ให้กลายเป็นของเหลวความดันสูงอีกขึ้นอยู่กับวิธีการเปลี่ยนไฮโดรคาร์บอนเบาที่เป็นของเหลวภายใต้ความดันให้กลายเป็นแก๊สก่อนเข้า scrubber ในกรณีที่เลือกใช้การลดความดันก็จำเป็นต้องใช้ compressor ในการเพิ่มความดัน ถ้าเลือกใช้วิธีการนี้ก็คงต้องมีการพิจารณาว่าจำเป็นต้องติดตั้ง Knock out drum เอาไว้ดักละอองของเหลวก่อนเข้า compressor หรือไม่ หรืออาจพิจารณาการติดตั้ง mist eliminator ไว้ที่ด้านบนของ scrubber ด้วยก็ได้

(mist eliminator มีลักษณะเป็นวัสดุพรุนมีช่องทางการไหลที่คดเคี้ยวที่แก๊สไหลผ่านได้ แต่หยดของเหลวที่ติดมากับแก๊สจะพุ่งเข้าชนตัว mist eliminator รวมตัวกันเป็นหยดของเหลวที่ใหญ่ขึ้นและไหลตกกลับลงมา ส่วน knock out drum ทำงานด้วยการเพิ่มพื้นที่หน้าตัดการไหล ความเร็วแก๊สจะลดลง ของเหลวก็จะตกลงล่างไม่ไหลตามแก๊ส

  

ไฮโดรคาร์บอนเบาความดันต่ำที่ออกจาก scrubber จะถูกอัดให้มีความดันสูงขึ้น (โดยมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นตามไปด้วย) จากนั้นจึงค่อยผ่านเข้าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเพื่อควบแน่นให้กลายเป็นของเหลวก่อนใช้ปั๊มส่งกลับคืนเข้าระบบ ดังแสดงในรูปที่ ๓ (A) 

   

แต่ถ้าเป็นการใช้การต้มให้เดือดก็ใช้เพียงแค่เครื่องควบแน่นติดดักเอาไว้ที่ท่อทางออกจาก scrubber ก่อนใช้ปั๊มสูบของเหลวส่งกลับคืนระบบ ดังแสดงในรูปที่ ๓ (B) การควบแน่นที่เครื่องควบแน่นจะทำให้เกิดสุญญากาศที่เครื่องควบแน่น ทำให้แก๊สไหลผ่าน scrubber ได้อย่างต่อเนื่อง นอกจากนี้การออกแบบปั๊มหอยโข่ง (centrifugal pump) ที่สูบของเหลวที่อุณหภูมิจุดเดือดหรือใกล้จุดเดือดนี้ต้องคำนึงเรื่อง Net Positive Suction Head (NPSH) เอาไว้ด้วย ไม่เช่นนั้นมันอาจเกิด cavitation ที่ตัวปั๊มได้

  

ตรงจุดนี้อาจมีคนสงสัยว่าในกรณีที่ใช้การลดความดันเพื่อเปลี่ยนไฮโดรคาร์บอนเบาให้เป็นแก๊สนั้น จะสามารถใช้การลดอุณหภูมิแก๊สไฮโดรคาร์บอนเบาที่ออกจาก scrubber ให้กลายเป็นของเหลวได้หรือไม่ จากนั้นจึงใช้ปั๊มเพิ่มความดันของของเหลวที่ควบแน่น จะได้ไม่ต้องใช้ compressor คำตอบของคำถามนี้ก็คือ "ได้" แต่นั่นอาจหมายถึงการต้องมีระบบทำความเย็นที่ทำอุณหภูมิได้ต่ำกว่าอุณหภูมิของน้ำหล่อเย็นหรืออากาศ จะเรียกว่าประหยัดที่หนึ่งแต่ไปเพิ่มภาระอีกที่หนึ่งแทนก็ได้ (เหมือนรถไฟฟ้า ที่บอกว่าไม่ผลิตมลภาวะเพราะไม่ปล่อยมลพิษในขณะที่รถวิ่ง แต่มันผลักภาระไปที่โรงไฟฟ้าแทนที่ต้องผลิตไฟฟ้ามากขึ้นเพื่อป้อนให้กับรถไฟฟ้า)

  

อันที่จริงสารที่เป็นสารปนเปื้อนนี้สามารถทำลายได้ด้วยการทำปฏิกิริยากับน้ำ ซึ่งถ้าใช้วิธีการนี้ก็สามารถในการสัมผัสกันระหว่างเฟสของเหลว-ของเหลวได้ แต่ที่เขาไม่เลือกใช้น่าจะเป็นเพราะน้ำเป็น catalyst poison เพราะถ้าไฮโดรคาร์บอนเบาที่เวียนกลับไปใช้งานใหม่นี้มีน้ำปนอยู่แม้ว่าจะในระดับ ppm ก็ตาม มันก็สามารถไปทำลายตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ในการสังเคราะห์สารได้

  

ในการสนทนากับนิสิตนั้นยังมีอีกประเด็นหนึ่งที่น่าสนใจก็คือ นิยามของคำว่า "รั่ว" ที่ตัววาล์ว ประเด็นของคำว่า "รั่ว" ตรงนี้ก็คือ เป็นการรั่วระหว่างด้านขาเข้ากับขาออกของวาล์ว อันเป็นผลจากการที่วาล์วปิดไม่สนิท หรือเป็นรั่วออกจากระบบท่อที่ตัววาล์ว อันเป็นผลจากการที่ตัววาล์วจำเป็นต้องมีรอยต่อเพื่อการประกอบชิ้นส่วนต่าง ๆ ซึ่งแค่ละคนอาจคิดไม่เหมือนกันอยู่ก็ได้

  

ส่วนคำตอบสุดท้ายจะเป็นอะไรนั้นผมเองไม่ทราบ เพราะทำเพียงแค่แนะนำให้นิสิตผู้ถามคำถามมานั้นได้เห็นภาพทางเลือกบางทางเลือกที่เป็นไปได้ และข้อดีข้อเสียของทางเลือกเหล่านั้น และยังต้องมีปัจจัยอื่นเข้ามาพิจารณาประกอบอีก เช่น พื้นที่สำหรับติดตั้งอุปกรณ์ ระบบสาธารณูปโภคที่มีอยู่ที่สามารถนำมาใช้ได้ ฯลฯ

Loop reactor สำหรับการผลิต polyolefins MO Memoir : Monday 2 December 2562

ในการเกิดปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์แบบเติม (additional polymerisation) นั้น สายโซ่โมเลกุลที่กำลังยาวขึ้นจะต้องมีตำแหน่งที่ว่องไวในการทำปฏิกิริยาอยู่ที่ปลายสายโซ่ โดยตำแหน่งที่ว่องไวนี้อาจอยู่ในรูปของอนุมูลอิสระหรือประจุก็ได้ ในกรณีของโมเลกุลสารตั้งต้นที่ตัวมันเองนั้นมีหมู่ที่ทำให้ตำแหน่งที่ว่องไวนั้นคงอยู่ที่ตำแหน่งปลายสายโซ่ได้ มันก็สามารถเกิดปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์ได้โดยไม่ต้องมีตัวเร่งปฏิกิริยาช่วย มีเพียงแค่ตัวกระตุ้น (Initiator) ก็พอ รายละเอียดเรื่องนี้เคยอธิบายไว้ใน Memoir ต่อไปนี้
    

ปีที่ ๗ ฉบับที่ ๙๖๖ วันศุกร์ที่ ๓ เมษายน ๒๕๕๘ เรื่อง "เสถียรภาพของอนุมูลอิสระ (๑)"

ปีที่ ๗ ฉบับที่ ๙๖๗ วันอาทิตย์ที่ ๕ เมษายน ๒๕๕๘ เรื่อง "เสถียรภาพของอนุมูลอิสระ (๒)"

ปีที่ ๗ ฉบับที่ ๙๖๘ วันอังคารที่ ๗ เมษายน ๒๕๕๘ เรื่อง "เสถียรภาพของอนุมูลอิสระ (๓)"
  

ในกรณีของ 1-olefin (โอเลฟินส์ที่มีพันธะ C=C อยู่ที่ปลายสายโซ่) นั้น โมเลกุลมันไม่มีโครงสร้างที่จะทำให้ตำแหน่งที่มีความว่องไวนั้นอยู่ที่ปลายสายโซ่ได้ เว้นแต่จะทำให้สารนั้นอยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีพลังงานสูง ตัวอย่างที่เห็นได้ชัดก็คือกรณีของเอทิลีน (ethylene H₂C=CH₂) ที่พอจะทำให้เกิดปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์แบบอนุมูลอิสระได้ แต่จำเป็นต้องใช้อุณหภูมิและความดันที่สูงมาก (พอลิเมอร์ที่ได้คือพอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำที่เราเรียกว่า LPDE หรือ Low densitiy polyethylene) แต่เทคนิคนี้ก็ไม่สามารถนำมาใช้กับ 1-olefin ตัวที่ใหญ่กว่าได้ (เช่น โพรพิลีน (propylene H₃C-CH=CH₂), 1-บิวทีน (1-butene H₃CCH₂CH=CH₂))
  

พอลิโอเลฟินส์มีบทบาทมากขึ้นในชีวิตประจำวันหลังจากที่มีการค้นพบตัวเร่งปฏิกิริยาที่ทำให้การสังเคราะห์นั้นทำได้ที่อุณหภูมิและความดันที่ต่ำลงมาก ตัวเร่งปฏิกิริยาหลักที่ใช้กันอาจแบ่งออกได้เป็น ๒ กลุ่ม กลุ่มแรกอิงอยู่บนสารประกอบโลหะ Cr กลุ่มที่สองคือกลุ่มของตัวเร่งปฏิกิริยา Ziegler-Natta ที่ประกอบด้วยสารประกอบโลหะทรานซิชัน (ที่ใช้กันมากที่สุดคือของโลหะ Ti) และสารประกอบ organometallic compound (ที่ใช้กันมากที่สุดคือสารในตระกูล Alkyl aluminium)
  

ในเครื่องปฏิกรณ์ทั่วไปที่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นของแข็งนั้น สารตั้งต้นที่อยู่ในเฟสแก๊สหรือของเหลวจะไหลเข้ามาสัมผัสกับตัวเร่งปฏิกิริยา กลายเป็นผลิตภัณฑ์ที่อยู่ในเฟสแก๊สหรือของเหลวที่ไหลผ่านออกไป กล่าวคือตัวเร่งปฏิกิริยายังคงค้างอยู่ในเครื่องปฏิกรณ์โดยไม่จำเป็นต้องมีการเติมเข้าไปชดเชยตลอดเวลา แต่ในการผลิตพอลิโอเลฟินส์ที่มีการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยานั้น พอลิเมอร์ที่เกิดขึ้นจะเป็นของแข็งห่อหุ้มอนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาเอาไว้ เมื่อเราแยกเอาผงพอลิเมอร์ออกจากเครื่องปฏิกรณ์ก็จะมีตัวเร่งปฏิกิริยาติดไปกับผงพอลิเมอร์เหล่านั้นด้วย ดังนั้นเพื่อให้การเกิดปฏิกิริยาดำเนินไปได้อย่างต่อเนื่องจึงจำเป็นต้องมีการเติมตัวเร่งปฏิกิริยาใหม่เข้าไปชดเชยตลอดเวลา
  

ตัวเร่งปฏิกิริยาในยุคแรกนั้นยังมีความว่องไวไม่สูงมาก (ความว่องไวในที่นี้คือน้ำหนักพอลิเมอร์ที่สังเคราะห์ได้ต่อน้ำหนักตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้) ทำให้ผงพอลิเมอร์ที่ดึงออกจากเครื่องปฏิกรณ์นั้นมีโลหะหนัก (ก็ตัวเร่งปฏิกิริยานั่นแหละ) ติดไปในปริมาณที่สูงอยู่ ทำให้เกิดปัญหาเมื่อนำผงพอลิเมอร์ไปใช้งานได้ (เช่นเมื่อนำไปขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์ที่ต้องใช้ความร้อนหรือนำไปทำผลิตภัณฑ์ที่สัมผัสกับอาหาร) ดังนั้นกระบวนการในยุคแรกนั้นจะมีขั้นตอนการชะล้างเอาตัวเร่งปฏิกิริยาที่ติดไปกับผงพอลิเมอร์ออกเสียก่อน เพื่อลดปริมาณโลหะหนักที่ติดไป ต่อมาภายหลังตัวเร่งปฏิกิริยาได้รับการพัฒนาให้มีความว่องไวสูงขึ้นมากจนกระทั่งปริมาณโลหะหนักที่อยู่ในผงพอลิเมอร์นั้นต่ำเสียจนไม่ก่อให้เกิดอันตรายเมื่อนำไปทำเป็นผลิตภัณฑ์ที่สัมผัสกับอาหาร ทำให้ในปัจจุบันไม่จำเป็นต้องมีขั้นตอนการชะล้างเอาโลหะหนักออกจากผงพอลิเมอร์ สามารถนำผงพอลิเมอร์ที่ได้เข้าสู่กระบวนการขึ้นรูปเป็นเม็ดพลาสติกได้เลย
  

รูปที่ ๑ Loop reactor ที่จดสิทธิบัตรไว้ในสิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกาเลขที่ 3,324,093 เรื่อง Loop reactor (ของบริษัท Phillips Petroleum Co.) เมื่อ ๖ มิถุนายน ค.ศ. ๑๙๖๗ (พ.ศ. ๒๕๑๐) ในสิทธิบัตรนี้เขาจงใจให้ reactor วางตัวเอียงเพื่อที่จะให้ผงพอลิเมอร์ที่เกิดขึ้นนั้นไหลลงมาตามผนังด้านล่างของท่อ (22) ตกลงสู่จุดรวบรวม (19) ก่อนที่จะดึงออกไปทางท่อ (27) ส่วนหน่วยถัดไปที่เรียกว่า contactor นั้น เป็นหน่วยที่ทำการกำจัดตัวเร่งปฏิกิริยาที่ติดไปกับผงพอลิเมอร์ออก (ปัจจุบันไม่จำเป็นต้องมีแล้ว) ตัวอย่างในรูปนั้นแสดงการพอลิเมอร์ไรซ์โพรพิลีนที่สามารถใช้ความดันอัดให้เป็นของเหลวภายใต้อุณหภูมิการทำปฏิกิริยาได้ แต่ถ้าเป็นกรณีของเอทิลีนที่ไม่สามารถใช้ความดันอัดให้เป็นของเหลวภายใต้อุณหภูมิการทำปฏิกิริยาได้ ก็ต้องมีการใช้ตัวทำละลายเช่น isobutane เข้าช่วย

   

การสังเคราะห์พอลิโอเลฟินส์จะมีสารตั้งต้นที่สำคัญอยู่ ๓ ตัว ตัวแรกคือโอเลฟินส์หลัก เช่นถ้าเราต้องการสังเคราะห์พอลิเอทิลีน เอทิลีนก็จะเป็นโอเลฟินส์หลัก ตัวที่สองคือไฮโดรเจน ตัวนี้ใช้เป็นตัวคุมความยาวสายโซ่พอลิเมอร์ว่าจะให้สั้นยาวแค่ไหน ถ้าใส่ไฮโดรเจนเยอะก็จะได้พอลิเมอร์สายสั้น ถ้าใส่ไฮโดรเจนน้อยก็จะได้พอลิเมอร์สายยาว ความยาวของสายโซ่พอลิเมอร์ส่งผลต่อความยากง่ายในการไหลเมื่อหลอมเหลว (ซึ่งส่งผลต่อไปถึงวิธีการที่ใช้ในการขึ้นรูปพอลิเมอร์เป็นผลิตภัณฑ์) และตัวสุดท้ายคือ 1-โอเลฟินส์ ที่มีขนาดใหญ่กว่าตัวโอเลฟินส์หลัก เช่นในกรณีของพอลิเอทิลีน ตัว 1-โอเลฟินส์ตัวนี้ก็อาจเป็นโพรพิลีน บิวทีน เฮกซีน หรือออกทีนเป็นต้น พวกนี้จะทำให้เกิดกิ่งก้านในสายโซ่พอลิเมอร์ที่ดันไม่ให้สายโซ่พอลิเมอร์นั้นอยู่ใกล้กัน ส่งผลต่อไปถึงความหนาแน่นของพอลิเมอร์ที่ผลิตได้
  

การเกิดปฏิกิริยาเคมีนั้นประกอบด้วยทั้งการแตกพันธะเดิมและการสร้างพันธะใหม่ การทำให้พันธะแตกออกต้องใส่พลังงานเข้าไปในขณะที่การสร้างพันธะนั้นจะมีการคายพลังงานออกมา ภาพรวมของปฏิกิริยาจะเป็นปฏิกิริยาคายความร้อนหรือดูดความร้อนก็ขึ้นอยู่กับว่ามีการเปลี่ยนแปลงพลังงานในช่วงไหนมากกว่ากัน ในกรณีของปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์นั้นภาพรวมคือเป็นปฏิกิริยาคายความร้อน
  

ปฏิกิริยาคายความร้อนเป็นปฏิกิริยาที่เร่งตนเอง เพราะอัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มสูงขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้น ในกรณีของปฏิกิริยาคายความร้อนอัตราการคายความร้อนก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย ดังนั้นถ้าหากไม่สามารถระบายความร้อนที่ปฏิกิริยาเคมีนั้นปลดปล่อยออกมาได้ทันเวลา ก็อาจก่อให้เกิดปัญหาได้ ในกรณีของการพอลิเมอร์ไรซ์ในเฟสแก๊สเช่นใน fluidised bed ที่เล่าไว้เมื่อวันพฤหัสบดีที่ผ่านมา ความร้อนที่มากเกินไปอาจทำให้ผงพอลิเมอร์หลอมหรืออ่อนตัวจนกระทั่งจับตัวกันเป็นก้อนใหญ่ใน reactor ดังนั้นแทนที่จะได้ผลพอลิเมอร์ลอยฟุ้งกระจายในรูปแบบ fluidised bed ก็อาจได้รูปหล่อ reactor แทน (เคยได้ยินมาเหมือนกันว่าเคยมีเหตุการณ์แบบนี้เกิดขึ้น)
   

ในกรณีของการทำปฏิกิริยาแบบ slurry ที่ผงพอลิเมอร์ที่เกิดขึ้นนั้นเป็นของแข็งแขวนลอยอยู่ในตัวทำละลายที่ใช้ อุณหภูมิที่สูงเกินไปจะทำให้ระยะห่างระหว่างสายโซ่พอลิเมอร์ในผงพอลิเมอร์นั้นเพิ่มขึ้น (ผลจากการสั่นของโมเลกุล) และถ้ามันมากพอจนทำให้ตัวทำละลายนั้นแทรกเข้าไประหว่างสายโซ่พอลิเมอร์ได้ ผงพอลิเมอร์ก็จะละลายปนเข้าไปในตัวทำละลายนั้น และถ้ามันไปพบกับบริเวณที่เย็นในระบบ มันก็จะกลายเป็นของแข็งอุดตันในระบบได้ (คือไม่ได้กลับคืนมาในรูปที่เป็นผง) ดังนั้นไม่ว่าจะเป็นการทำปฏิกิริยาในเฟสแก๊สหรือใช้ตัวทำละลาย การระบายความร้อนให้ทันเวลาจึงเป็นสิ่งสำคัญ
   

วิธีการหลักที่ใช้ในการระบายความร้อนออกจากของเหลวก็คือการหล่อเย็นที่ผนังด้านนอกของ reactor การระบายความร้อนจะเกิดได้ดีถ้าอัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตรของ reactor นั้นมีค่าสูง ซึ่งค่านี้จะสูงก็ต่อเมื่อ reactor มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก ในกรณีของ reactor แบบถั่งปั่นกวน (continuous stirred tank reactor - CSTR) นั้นถ้าลดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางถังให้เล็กลง ก็จะไปมีปัญหาเรื่องกำลังการผลิต แต่ถ้ายังยืนยันอยากได้ reactor ที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กเพื่อให้ได้ค่าพื้นที่ผิวระบายความร้อนต่อหน่วยปริมาตรที่สูง ก็ควรไปเล่นแบบที่เป็นท่อหรือ tubular reactor เสียเลย
   

ในตำราวิศวกรรมเคมีเวลากล่าวถึง tubular reactor ก็มักจะเป็นแบบไหลในทิศทางเดียว ซึ่งถ้าต้องการระยะเวลาการทำปฏิกิริยาที่นานก็ต้องใช้ tubular reactor ที่มีความยาวมาก แนวทางหนึ่งในการแก้ปัญหา (ที่อาจจะมองได้ว่าเป็นการจำลองให้ tubular reactor ทำงานเหมือน CSTR) ก็คือการใช้ reactor ที่ต่อท่อแบบวนรอบที่เรียกว่า loop reactor ดังเช่นตัวอย่างในรูปที่ ๑ ที่มีระบบใบพัด (รูปที่ ๒) ผลักดันให้ของเหลวนั้นไหลวนเวียนอยู่ในระบบท่อ และมีการป้อนสารตั้งต้นและดึงเอาผลิตภัณฑ์ออก ณ ตำแหน่งที่เหมาะสม
   

ความแตกต่างที่สำคัญอันหนึ่งระหว่าง CSTR กับ loop reactor ก็คือตัว CSTR นั้นมันมีที่ว่างเหนือผิวของเหลว ดังนั้นจึงไม่มีปัญหาเรื่องการป้อนแก๊สมากเกินกว่าปริมาณที่ใช้จริงในการทำปฏิกิริยา (แก๊สแต่ละชนิดมีความสามารถในการละลายที่แตกต่างกันในตัวทำละลายเดียวกัน) แต่ในกรณีของ loop reactor นั้นไม่มีที่ว่างเหนือผิวของเหลว ดังนั้นการป้อนแก๊สเข้าไปมากเกินกว่าที่ใช้จริงในการทำปฏิกิริยาก็จะทำให้มีส่วนที่เป็นแก๊สไหลเวียนในระบบ ประเด็นตรงนี้ในทางปฏิบัตินั้นมีปัญหาหรือไม่และมีการจัดการกันอย่างไรนั้นก็ไม่สามารถตอบได้ เพราะไม่มีประสบการณ์
  

รูปที่ ๒ ระบบใบพัดสำหรับทำให้เกิดการไหลวนใน Loop reactor ที่จดสิทธิบัตรไว้ในสิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกาเลขที่ 3,405,109 เรื่อง Polymerization process (ของบริษัท Phillips Petroleum Co. เช่นกัน) เมื่อ ๘ ตุลาคม ค.ศ. ๑๙๖๘ (พ.ศ. ๒๕๑๑) จุดป้อนสารตั้งต้นและตัวทำละลายนั้นจะอยู่ทางด้านหน้าของใบพัด (ท่อ 20 - คือถูกผลักให้ไหลออกจากใบพัด) ส่วนจุดดักเก็บเอาผงพอลิเมอร์ออกจะอยู่ทางด้านบนของ loop reactor (ท่อ 36) ที่ต้องป้อนตัวทำละลายเข้ามาชดเชยเพราะส่วนหนึ่งมันออกไปกับ slurry ของพอลิเมอร์ที่ดึงออกไป
    

เรื่องหนึ่งที่ต้องคำนึงในการออกแบบระบบท่อการไหลสำหรับ slurry (ที่ของแข็งที่แขวนลอยอยู่นั้นมีความหนาแน่นมากกว่าของไหล) คือมุมอับที่ของแข็งอาจไปตกตะกอนสะสมได้ ถ้าเป็นกรณีที่ต้องการแยกของแข็งออกจากของเหลวก็อาจใช้ประโยชน์จากสิ่งนี้ได้ แต่ถ้าไม่ต้องการให้ของแข็งเกิดการตกตะกอนสะสม สิ่งนี้ก็อาจเป็นปัญหาในการทำงานได้ รูปที่ ๓ ข้างล่างเป็นตัวอย่างของการดักเอาผงพอลิเมอร์ออกจาก loop reactor ด้วยท่อที่แยกลงมาในแนวดิ่งทางด้านล่าง slurry บางส่วนจะไหลลงมาทางท่อ (12) นี้ผ่านวาล์ว (13) ด้วยการที่ผงพอลิเมอร์ที่โตจนมีขนาดใหญ่ได้ที่จะมีน้ำหนักมาก ดังนั้นผงพอลิเมอร์ดังกล่าวจะตกลงล่าง ในขณะที่ผงพอลิเมอร์ที่มีขนาดเล็กและตัวทำละลายนั้นจะถูก impeller ดูดให้ไหลย้อนขึ้นทางท่อ (31) กลับไปยัง loop reactor ทางด้านขาเข้า (36) ของใบพัด impeller ดังนั้นถ้าความเร็วการไหลในท่อ (31) นี้ไม่สูงเกินไป ก็จะมีเฉพาะตัวทำละลายและผงพอลิเมอร์ที่ยังโตไม่ได้ขนาดที่จะไหลวนกลับเข้าไปใน loop reactor ใหม่
   

อย่างที่ได้กล่าวไว้ใน Memoir ฉบับเมื่อวันพฤหัสบดีที่ผ่านมาว่า ข้อเสียอย่างหนึ่งของการพอลิเมอร์ไรซ์ในเฟสของเหลวที่มีการใช้ตัวทำละลายก็คือการเกิดโอลิโกเมอร์ (oligomer) กล่าวคือในขณะที่โมโนเมอร์ต่อโมเลกุลกันเป็นสายโซ่ที่ยาวขึ้นนั้น สายโซ่ดังกล่าว (ก็คือโอลิโกเมอร์) จะยังคงละลายอยู่ในตัวทำละลายได้ถ้าหากอุณหภูมิสูงพอ และเมื่อยาวจนถึงขนาดเป็นพอลิเมอร์ก็จะแยกตัวเป็นของแข็งออกมา แต่ถ้าหากในระบบนั้นมีบริเวณใดที่อุณหภูมิต่ำเกินไป โอลิโกเมอร์ก็จะแยกตัวเป็นของแข็งสะสมในบริเวณดังกล่าวได้ ดังนั้นการออกแบบระบบท่อสำคัญที่ใช้ในการลำเลียง slurry (เช่นท่อลำเลียงออกจาก reactor) จึงควรต้องมีการวางเส้นทางสำรองเอาไว้ด้วย เผื่อเส้นทางหลักมีปัญหาอุดตันก็จะได้หันไปใช้เส้นทางสำรองแทน และในขณะเดียวกันก็ต้องออกแบบให้เส้นทางสำรองนั้นพร้อมสำหรับการใช้งานตลอดเวลา คือต้องไม่มีการอุดตันในระหว่างที่อยู่ในขณะ standby อย่างเช่นระบบท่อดักผงพอลิเมอร์ในรูปที่ ๓ นั้นก็ไม่จำเป็นต้องมีระบบเดียว สามารถมีได้มากกว่าหนึ่ง และเส้นท่อแยก (12) ก็ควรมีขนาดที่สั้นที่สุดเท่าที่จะทำได้ เพื่อลดโอกาสเกิดการสะสมของผงพอลิเมอร์เมื่อวาล์ว (13) ปิดอยู่ นอกจากนี้ยังอาจใช้ตัวทำละลายที่สะอาดอัดเข้าไป (ที่เรียกว่า flushing) เพื่อป้องกันไม่ให้ผงพอลิเมอร์ตกลงมาสะสมในบริเวณดังกล่าวได้ (รูปที่ ๔)

   

รูปที่ ๓ ระบบดึงผงเอาพอลิเมอร์ที่ผลิตได้ออกจาก loop reactor ที่จดสิทธิบัตรไว้ในสิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกาเลขที่ 4,613,484 เรื่อง Loop reactor settling leg system for separation of solid polymers and liquid diluent (ของบริษัท Phillips Petroleum Co.) เมื่อ ๒๓ กันยาายน ค.ศ. ๑๙๘๖ (พ.ศ. ๒๕๒๙) ระบบนี้จะอยู่ทางด้านล่างของ reactor
   

ถึงกระนั้นก็ตาม แม้ว่าตัวท่อหลักจะมี slurry ไหลผ่านตลอดเวลาใช้งานก็ตาม แต่ก็ยังมีโอกาสที่จะเกิดการอุดตันได้ ทำให้ต้องเปลี่ยนมาใช้ท่อสำรองและถอดท่อหลักมาทำความสะอาดเพื่อกำจัดสิ่งอุดตัน และในช่วงที่ถอดท่อออกมากำจัดสิ่งอุดตันนี้ก่อก็ให้เกิดอุบัติเหตุอย่างน้อยก็ ๒ ครั้งใหญ่ด้วย คือที่ระยองเมื่อเดือนธันวาคม ๒๕๓๑ และที่สหรัฐอเมริกาเมื่อเดือนตุลาคม ๒๕๓๒ แม้ว่าอุบัติเหตุทั้งสองจะเกิดจาก reactor คนละรูปแบบ (ที่เมืองไทยนั้นเป็นแบบ CSTR ในขณะที่สหรัฐอเมริกานั้นเป็นแบบ loop reactor) แต่ก็เป็นกระบวนการผลิตพอลิโอเลฟินส์เช่นกัน และก็เกิดระหว่างการถอดท่อดึง slurry ออกจาก reactor เพื่อกำจัดสิ่งที่อุดตันอยู่ในท่อเช่นกัน

  

รูปที่ ๔ ท่อช่วงเหนือวาล์วควรมีระยะสั้นที่สุดเพื่อให้เกิด dead end เมื่อวาล์วปิด และในขณะที่ไม่ใช้งานก็อาจทำการป้อนตัวทำละลายที่สะอาดผลักดันไม่ให้ของแข็งเข้ามาสะสมได้ (ที่เรียกว่า flushing) ในกรณีของ slurry นั้นการใช้ ball valve จะเหมาะกว่า gate valve

สำหรับเหตุการณ์เมื่อปี ๒๕๓๑ นั้นสามารถอ่านได้ใน Memoir ปีที่ ๑๑ ฉบับที่ ๑๕๙๙ วันพุธที่ ๒๙ สิงหาคม ๒๕๖๑ เรื่อง "UVCE case 1 TPI 2531(1988)" และลิงก์บทความย้อนหลังใน Memoir ฉบับนั้น
    

สำหรับเหตุการณ์เมื่อปี ๒๕๓๒ นั้นสามารถอ่านได้ใน Memoir ปีที่ ๖ ฉบับที่ ๖๗๒ วันอังคารที่ ๒๔ กันยายน ๒๕๕๖ เรื่อง "โรงงาน HDPE ระเบิดที่ Pasadena เมื่อ ๒๓ ตุลาคม ๒๕๓๒" ซึ่งจะว่าไปแล้ว Memoir ฉบับนี้ก็เป็นการปูพื้นการทำงานของกระบวนการผลิตให้กับ Memoir ฉบับที่เขียนไว้เมื่อ ๖ ปีที่แล้ว

Fluidised bed reactor สำหรับการผลิต polyolefins MO Memoir : Thursday 28 November 2562

กระบวนการการสังเคราะห์พอลิเอทิลีนและพอลิโพรพิลีนที่มีการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยานั้นมีรูปแบบที่คล้ายกัน เพราะใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาตระกูลเดียวกัน แต่กระบวนการทั้งสองก็มีความแตกต่างอยู่บ้าง เช่นเมื่อคิดเทียบจากน้ำหนักพอลิเมอร์ที่ได้เท่ากัน การสังเคราะห์พอลิเอทิลีนนั้นจะมีการคายความร้อนมากกว่าเพราะต้องมีการต่อพันธะมากกว่า และด้วยการที่เราสามารถทำให้โพรพิลีนกลายเป็นของเหลวได้ที่อุณหภูมิห้องหรือสูงกว่าอุณหภูมิห้องไม่มาก จึงทำให้สามารถใช้โพรพิลีนเป็นตัวทำละลายสารตั้งต้นและตัวเร่งปฏิกิริยาในระหว่างการทำปฏิกิริยาได้ รายละเอียดเรื่องนี้เคยเล่าไว้เมื่อ ๑๐ ปีที่แล้วใน Memoir ปีที่ ๒ ฉบับที่ ๕๘ วันอาทิตย์ที่ ๒๐ กันยายน ๒๕๕๒ เรื่อง "Ethylene polymerisation"
      
การพอลิเมอร์ไรซ์ในเฟสของเหลวนั้นมีข้อดีตรงที่ของเหลวเป็นแหล่งรับความร้อนที่ดี และการถ่ายเทความร้อนของของเหลวผ่านผนังโลหะของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนให้กับน้ำหล่อเย็นนั้นเกิดได้ดีกว่ากรณีของแก๊ส หรืออาจใช้การควบคุมอุณหภูมิด้วยการเลือกชนิดตัวทำละลายและความดันในการทำงานให้เหมาะสม กล่าวคือปรับตั้งความดันเพื่อให้อุณหภูมิจุดเดือดของของเหลวนั้นเท่ากับการอุณหภูมิการทำปฏิกิริยา จึงทำให้สามารถระบายความร้อนได้ในปริมาณมาก (เพราะความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอมีค่าสูง ดังนั้นปริมาณความร้อนที่ระบายออกไปต่อหน่วยน้ำหนักของของเหลวที่เดือดจึงมีค่าสูง) แต่เทคนิคนี้ก็มีข้อเสียตรงที่ต้องมีตัวทำละลายหมุนเวียนอยู่ในระบบ ต้องมีระบบปรับสภาพตัวทำละลายเพื่อให้สามารถนำกลับมาใช้งานใหม่ได้ และมีการเกิดโอลิโกเมอร์ (oligomer - พอลิเมอร์สายสั้นเกินกว่าที่จะทำไปใช้งานขึ้นรูปผลิตภัณฑ์ได้) ที่เป็นการสูญเสีย

  

การทำปฏิกิริยาในเฟสแก๊สนั้นมีข้อดีตรงที่ไม่จำเป็นต้องมีการลงทุนในส่วนของตัวทำละลายและหน่วยปรับสภาพตัวทำละลายเพื่อนำกลับมาใช้งานใหม่ และไม่มีปัญหาเรื่องการเกิดโอลิโกเมอร์ แต่จะไปมีปัญหาเรื่องค่า conversion (สัดส่วนสารตั้งต้นที่เปลี่ยนไปเป็นผลิตภัณฑ์) ที่ต่ำ ค่า conversion ตรงนี้คิดระหว่างจุดเข้า-ออกจาก reactor (ไม่ได้คิดจากจุดเข้า-ออกของกระบวนการ) ทำให้ต้องมีการหมุนเวียนแก๊สที่ยังไม่ทำปฏิกิริยากลับมาใช้งานใหม่ เรียกว่าอัตราการไหลของแก๊สที่ไหลหมุนเวียนในระบบนั้นจะสูงกว่าอัตราการไหลของแก๊สที่ป้อนเข้ามาชดเชยส่วนที่เกิดเป็นพอลิเมอร์ไปอยู่มาก และยังต้องคอยระมัดระวังเรื่องการระบายความร้อน เพราะการระบายความร้อนของแก๊สร้อนผ่านผนังโลหะของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนให้กับน้ำหล่อเย็นนั้นแย่กว่ากรณีของของเหลวมาก
  

ดังนั้นการจะเลือกใช้กระบวนการแบบใดนั้นนอกจากจะพิจารณาจากคุณสมบัติผลิตภัณฑ์ที่ต้องการแล้ว (กระบวนการของแต่ละเจ้าของเทคโนโลยีก็ให้พอลิเมอร์ที่มีข้อดีข้อเสียที่แตกต่างกัน) ก็ยังต้องพิจารณาข้อดีข้อเสียที่ได้กล่าวมาข้างต้นด้วย การผลิตในปัจจุบันจึงมีการใช้ทั้งสองกระบวนการ (คือผลิตในเฟสที่มีตัวทำละลายหรือเฟสแก๊ส) แต่สำหรับวันนี้จะเป็นการเล่าเรื่อง fluidised bed reactor ที่เป็น reactor ที่ใช้สำหรับการผลิตในเฟสแก๊ส
  

ในกรณีนี้แก๊สสารตั้งต้นที่ได้รับการผสมกับตัวเร่งปฏิกิริยาจะไหลผ่านเบดของอนุภาคที่เกิดจากพอลิเมอร์เจริญเติบโตห่อหุ้มอนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาเอาไว้ ตรงนี้ขอทบทวนนิดนึง คือในปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์พอลิโอเลฟินส์นั้น พอลิเมอร์ที่เกิดขึ้นจะเป็นของแข็งห่อหุ้มอนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาเอาไว้ ดังนั้นเมื่อชั้นพอลิเมอร์ที่ห่อหุ้มนั้นหนามากขึ้น แก๊สสารตั้งต้นก็จะไม่สามารถแพร่เข้าถึงอนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาได้ ปฏิกิริยาก็จะหยุด ดังนั้นในการเกิดปฏิกิริยาจึงจำเป็นต้องมีการเติมตัวเร่งปฏิกิริยาเข้าระบบตลอดเวลา ในกรณีของ fluidised bed นี้ ในช่วงแรกที่อนุภาคกำลังเริ่มโตนั้น อนุภาคจะถูกแก๊สที่ไหลเข้าทางด้านล่างนั้นพัดลอยออกจากเบดไปได้ จำเป็นต้องมีการดักกลับมาทำปฏิกิริยาใหม่ แต่เมื่ออนุภาคโตได้ที่ มันก็จะตกลงล่าง สามารถแยกออกจากเบดได้ทางด้านล่าง
   

รูปที่ ๑ จากเอกสารสิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกา US 3,023,203 Polymerization process (บริษัท Phillips Petroleum Company) ๒๗ กุมภาพันธ์ ค.ศ. ๑๙๖๒ (พ.ศ. ๒๕๐๕)

รูปที่ ๑ เป็น fluidised bed reactor ที่บริษัท Phillips Petroleum จดสิทธิบัตรเอาไว้ จะเห็นว่าตัว reactor นั้นมีลักษณะเป็นทรงกระบอกที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางต่างกัน 3ชิ้นซ้อนกันอยู่ โดยตัวบนจะมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่สุดและตัวล่างจะมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กสุด บริเวณที่เกิด fluidisationคือ reaction zone ตอนกลาง การที่ส่วนที่อยู่เหนือ reaction zone นี้มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ขึ้นก็เพื่อลดความเร็วแก๊สที่ไหลขึ้น ทำให้อนุภาคบางส่วนที่ถูกแก๊สพัดพาออกจาก reaction zone นั้นตกกลับลงล่าง อนุภาคขนาดเล็กที่ไม่ตกกลับลงล่างจะถูกแยกออกด้วยไซโคลน (32) การดึงความร้อนส่วนเกิดของแก๊สร้อนที่ออกทางด้านบนนั้นใช้การระบายความร้อนด้วยอากาศที่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (36) ก่อนที่จะนำแก๊สที่ไม่ทำปฏิกิริยานั้นวนกลับมาทำปฏิกิริยาใหม่ด้วยการใช้ blower (12) ดูดแก๊สทางด้านบนและอัดกลับเข้าทางด้านล่างใหม่ ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ป้อนเข้ามาใหม่ก็จะผสมเข้ากับแก๊สด้านขาออกจาก blower ในขณะเดียวกันก็มีการเติมแก๊สใหม่เข้ามาชดเชยส่วนที่เกิดเป็นพอลิเมอร์ เพื่อรักษาอัตราการไหลของแก๊สผ่าน fluidised bed ให้คงที่
  

อนุภาคพอลิเมอร์ที่มีขนาดใหญ่เกินกว่าที่แก๊สที่ไหลขึ้นนั้นจะพัดพาขึ้นไปได้ก็จะตกลงล่าง การที่ส่วนล่างนั้นมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กก็เพื่อให้เกิดชั้นผงพอลิเมอร์ที่มีความสูงมากพอที่จะป้องกันไม่ให้เกิดการรั่วไหลของแก๊สภายในออกทางด้านล่าง ผงพอลิเมอร์ทางด้านล่างสุดจะถูกลำเลียงออกด้วยระบบสกรู ส่วนที่ว่าจะเอาเป็นเก็บไว้ในรูปของผงก่อนหรือจะไปทำการขึ้นรูปเป็นเม็ดพอลิเมอร์เลยนั้นก็ขึ้นอยู่กับความต้องการ
   

รูปที่ ๒ เป็น fluidised bed ที่บริษัท BP Chemical จดสิทธิบัตรเอาไว้ ลักษณะร่วมที่เหมือนรูปที่ ๑ คือด้านบน (3) ที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางด้านล่าง (2) เพื่อลดความเร็วของแก๊สและทำให้อนุภาคที่หลุดติดไปนั้นตกลงล่าง ส่วนที่ยังไม่ตกลงล่างก็จะถูกแยกออกด้วยไซโคลน (6) ที่ติดตั้งอยู่ทางด้านนอก reactor ตัวเร่งปฏิกิริยานั้นจะป้อนเข้าทางท่อ (18) และดึงผงพอลิเมอร์ออกทางท่อ (19)
  

ความร้อนของแก๊สระบายออกด้วยเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (12) ซึ่งในที่นี้ไม่ได้บอกว่าใช้อะไรเป็นแหล่งรับความร้อน แต่ที่เคยเห็นก็คือใช้น้ำหล่อเย็น พึงสังเกตนิดนึงว่าในรูปที่ ๑ และรูปที่ ๒ นั้น จะระบายความร้อนออกจากแก๊สก่อนเข้า blower หรือ compressor

   

รูปที่ ๒ จากเอกสารสิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกา US 4,882,400 Process for gas phase polymerization of olefins in a fluidized bed reactor (บริษัท BP Chemical) ๒๑ พฤศจิกายน ค.ศ. ๑๙๘๙ (พ.ศ. ๒๕๓๒)

   

รูปที่ ๓ นำมาจากเอกสารยื่นขอจดสิทธิบัตรสหภาพยุโรปโดยบริษัท Basell Polyolefine GmbH แต่สิทธิบัตรนี้ไม่ได้ขอจดสิทธิบัตรเรื่องกระบวนการผลิต (คือไม่ได้ขอจดในส่วนของตัว reactor) แต่ขอจดสิทธิบัตรเรื่องเทคนิคการดึงเอาแก๊สที่ผงพอลิเมอร์นั้นดูดซับเอาไว้ออก แต่รูปในสิทธิบัตรมีการวาดตัว fluidised bed เอาไว้ด้วย

   

รูปที่ ๓ เอกสารยื่นขอจดสิทธิบัตรสหภาพยุโรป European patent application EP 2 743 278 A1 Process for degassing and buffering polyolefin particles obtained by olefin polymerization (บริษัท Basell Polyolefine GmbH) ๑๘ มิถุนายน ค.ศ. ๒๐๑๔ (พ.ศ. ๒๕๕๗)
   

จุดที่อยากให้สังเกตคือตำแหน่งของ compressor (6) และเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (7) ที่อยู่ในกรอบสีเหลี่ยมสีแดงทางด้านซ้าย คือจะว่าไปแล้วเนื้อหาในซีกซ้ายของรูปคือตั้งแต่ตัว reactor ออกมาทางด้านซ้ายนั้นไม่เกี่ยวข้องกับสิ่งที่เขาขอจดสิทธิบัตร เขาก็เลยวาดแบบคร่าว (จะเห็นว่าไม่มีการแสดงไซโคลนหรือหน่วยป้อนตัวเร่งปฏิกิริยาหรือจุดเติมแก๊สชดเชย) แต่ก็น่าจะวาดรูปออกมาให้ถูกหน่อย คือในรูปที่ ๓ นี้แก๊สจะเข้า compressor ก่อน จากนั้นจึงเข้าสู่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเพื่อระบายความร้อนออก แต่ในรูปที่ ๑ และ ๒ นั้นแก๊สจะเข้าสู่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนก่อน จากนั้นจึงค่อยเข้าสู่ compressor คำถามก็คืองั้นแบบไหนดีกว่ากัน หรือว่าจะทำอย่างไรก็ได้แล้วแต่ความพอใจ
    

ประสิทธิภาพการทำงานของ compressor นั้นขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของแก๊สที่ส่งผลต่อความหนาแน่นของแก๊ส กล่าวคือสำหรับแก๊สชนิดหนึ่งถ้าแก๊สมีอุณหภูมิต่ำ (คือมีความหนาแน่นสูง) ประสิทธิภาพการทำงานก็จะดีกว่าการอัดแก๊สชนิดนั้นที่มีอุณหภูมิสูง (หรือมีความหนาแน่นต่ำ) ด้วยเหตุนี้การอัดแก๊สให้ได้ความดันสูง ๆ นั้นจึงมักจะใช้การอัดหลายหลายขั้นตอน โดยมีการระบายความร้อนออกจากแก๊สในระหว่างขั้นตอนการอัดแต่ละขั้น
   

ในกรณีของแก๊สที่มีความว่องไวในการทำปฏิกิริยา เช่นเอทิลีนนั้น ถ้าอุณหภูมิของแก๊สขึ้นสูงเกินไปก็อาจทำให้แก๊สเอทิลีนเกิดปฏิกิริยาเป็นสารประกอบโมเลกุลใหญ่ภายในตัว compressor หรือท่อด้านขาออกได้ เช่นในกรณีของโรงงานผลิตเอทิลีนนั้น ในขั้นตอนการเพิ่มความดันให้กับแก๊สเอทิลีนก่อนเข้าสู่กระบวนการทำให้เป็นของเหลวเพื่อกลั่นแยก ก็ต้องระวังไม่ให้อุณหภูมิแก๊สในแต่ละขั้นตอนการอัดนั้นสูงถึงระดับประมาณ 93ºC ไม่เช่นนั้นอาจเกิดปฏิกิริยา Diels-Alder กลายเป็นสารประกอบโมเลกุลใหญ่ขึ้นได้ (ดู Memoir ปีที่ ๘ ฉบับที่ ๑๑๗๘ วันพฤหัสบดีที่ ๒ มิถุนายน ๒๕๕๙ เรื่อง "ทำความรู้จักกระบวนการผลิตเอทิลีนตอนที่ ๑๐ Charge gas compression ภาค ๒") ดังนั้นในกรณีของรูปที่ ๓ นี้ การจัดวางที่ถูกต้องจึงควรเป็นเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (7) ก่อน จากนั้นจึงเป็น compressor (6)

สำหรับฉบับนี้ก็คงต้องขอจบลงเพียงแค่นี้ สวัสดีครับ

รู้ทันนักวิจัย (๑๘) โอลิโกเมอร์ (Oligomer) กับพอลิเมอร์ (Polymer) MO Memoir : Saturday 29 September 2561

ปฏิกิริยาการสังเคราะห์พอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูง (High Densitiy Polyethylene หรือ HDPE) และพอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำโครงเสร้างเชิงเส้น (Linear Low Density Polyethylene หรือ LLDPE) มีทั้งการสังเคราะห์ในเฟสแก๊สและที่ใช้ตัวไฮโดรคาร์บอนที่เฉื่อยเป็นตัวทำละลาย
 

การสังเคราะห์ในเฟสแก๊สมีข้อดีตรงที่ไม่ต้องมีการใช้ตัวทำละลาย (คือประหยัดค่าใช้จ่ายตรงส่วนที่ต้องจัดหาตัวทำละลายและการทำตัวทำละลายให้บริสุทธิ์เพื่อนำกลับมาใช้ใหม่) และไม่มีปัญหาเรื่องการเกิด "โอลิโกเมอร์" แต่เนื่องจากปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์ (polymerisation reaction) เป็นปฏิกิริยาที่คายความร้อนมาก ประกอบกับแก๊สเป็นสารที่มีความจุความร้อนต่ำและนำความร้อนได้ไม่มี จึงทำให้การระบายความร้อนออกจากระบบค่อนข้างยาก เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนต้องมีขนาดใหญ่ (สัมประสิทธิการถ่ายเทความร้อนต่ำ จึงต้องชดเชยด้วยการเพิ่มพื้นที่ผิว) กระบวนการสังเคราะห์ที่ใช้ในเฟสแก๊สนี้จึงไม่ค่อยเป็นที่นิยมกันเท่าใดนัก แม้ว่าจะเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นทีหลังก็ตาม
 

การสังเคราะห์ในเฟสของเหลวมีข้อดีตรงที่ของเหลวมีความจุความร้อนที่สูงกว่าแก๊ส และยังสามารถใช้การระเหยของของเหลวตัวกลางนั้นในการระบายความร้อนที่ปฏิกิริยาปลดปล่อยออกมา จึงทำให้การควบคุมอุณหภูมิทำได้ง่ายกว่าและการระบายความร้อนออกมีประสิทธิภาพสูงกว่า (สัมประสิทธิการถ่ายเทความร้อนสูง เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนก็มีขนาดที่เล็กลงได้) แต่ก็มีข้อเสียตรงที่ต้องมีระบบแยกเอาตัวทำละลายกับพอลิเมอร์ที่ได้ออกจากกันเพื่อนำตัวทำละลายกลับไปใช้งานใหม่ และยังมีการเกิด "โอลิโกเมอร์" ที่ต้องแยกออกจากพอลิเมอร์และตัวทำละลายและต้องหาทางกำจัดทิ้งไป โดยเฉพาะในกรณีของการเกิดปฏิกิริยาใน slurry phase (เฟสที่มีของแข็งแขวนลอยอยู่ในของเหลว)

รูปที่ ๑ ด้านซ้ายคือรายละเอียดวิธีการทำปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์ที่ให้ไว้ในบทความ ไม่ได้มีการกล่าวถึงการยุติการเกิดปฏิกิริยาและการแยกเอาผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นและตัวทำลายออกจากกัน (ในความเป็นจริงใช้การลดอุณหภูมิและกรองออกจากกัน) ด้านขวาคือผลการทดลองที่แสดงปริมาณพอลิเอทิลีนที่แยกออกมาได้ (ในรูปของ น้ำหนักที่ผลิตได้ต่อหน่วยโมลตัวเร่งปฏิกิริยาต่อหน่วยเวลา)
 

การเกิดปฏิกิริยาใน slurry phase นั้น เอทิลีน โคโมโนเมอร์ (โมเลกุลที่มีขนาดใหญ่กว่าเอทิลีน) และไฮโดรเจน (ตัวควบคุมความยาวสายโซ่) ที่เป็นแก๊สจะละลายเข้าไปในตัวทำละลายที่เป็นของเหลวและมีตัวเร่งปฏิกิริยาละลายอยู่ การเกิดปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์จะทำให้ได้สายโซ่โมเลกุลที่มีขนาดใหญ่ขึ้นแต่ในช่วงแรกนั้นโมเลกุลเหล่านี้จะยังละลายอยู่ในตัวทำละลาย จนกระทั่งสายโซ่พอลิเมอร์นั้นมีความยาวในระดับหนึ่งที่สามารถนำมาใช้ประโยชน์ขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ ได้ สายโซ่โมเลกุลนั้นก็จะแยกเฟสเป็นของแข็งแขวนลอยอยู่ในตัวทำละลาย
 

"โอลิโกเมอร์ (oligomer)" ในที่นี้คือสายโซ่โมเลกุลที่มีขนาดใหญ่ขึ้นแต่ยังละลายอยู่ในตัวทำละลาย โอลิโกเมอร์ไม่สามารถนำไปขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์ที่เป็นชิ้นงานได้ ตรงนี้ลองนึกภาพเทียนไขดูก็ได้ เราอาจหล่อเนื้อเทียนให้เป็นก้อนเป็นแท่งได้ แต่ไม่สามารถเอามาขึ้นรูปเป็นชิ้นส่วนที่มีผนังบางเช่น ฝาขวดน้ำพลาสติก ลังพลาสติก ถังและขันน้ำพลาสติกได้ ดังนั้นจึงถือว่าเป็นผลิตภัณฑ์ข้างเคียงที่ก่อให้เกิดการสูญเสียสารตั้งต้นและต้องหาทางกำจัดหรือเอาไปใช้ประโยชน์อย่างอื่น 
  

ในอุตสาหกรรมนั้นจะแยกเอาพอลิเมอร์ที่เป็นของแข็งที่แขวนลอยอยู่ในตัวทำละลายนั้นออกจากตัวทำละลายในขณะที่ตัวทำละลายยังร้อนอยู่ (เช่นใช้การเหวี่ยงแยก) ทั้งนี้เพื่อป้องกันไม่ให้โอลิโกเมอร์แข็งตัวปะปนมากับพอลิเมอร์โดยให้โอลิโกเมอร์นั้นยังคงละลายอยู่ในเฟสตัวทำละลาย จากนั้นจึงค่อยแยกเอาโอลิโกเมอร์ออกจากตัวทำละลาย (เช่นด้วยการใช้การกลั่น) เพื่อนำเอาตัวทำละลายกลับไปใช้งานใหม่
 

ผมมีโอกาสได้ฟังการบรรยายผลงานวิจัยของคณะนักวิจัยที่ทีมงานประกอบด้วยทั้งฝ่ายมหาวิทยาลัยและบริษัทที่ผลิตพอลิเอทิลีนจำหน่ายและมีโอกาสได้พบปะพูดคุยกับผู้ทำวิจัยเหล่านั้นอยู่หลายครั้ง สิ่งหนึ่งที่ผมถามได้พวกเขาอยู่เสมอคือในระดับห้องปฏิบัติการนั้นเขามีแยกเอาตัวทำละลายกับพอลิเมอร์ออกจากกันอย่างไร คำตอบที่ได้รับเป็นประจำก็คือก็ใช้การหยุดปฏิกิริยา ลดอุณหภูมิ กรองเอาตัวทำละลายออก และทำให้ "ของแข็ง" ที่ได้มานั้นแห้ง (คือกำจัดตัวทำละลายที่ยังหลงเหลืออยู่ออกให้หมด) และคำถามที่ตามมาก็คือนั่นก็แสดงว่าไม่ได้มีการแยกเอา "โอลิโกเมอร์" ออกจาก "พอลิเมอร์" ใช่ไหม ซึ่งคำถามนี้ดูเหมือนว่าผู้ถูกถามจะไม่ค่อยเข้าใจคำถาม โดยเฉพาะกับทางคณะนักวิจัยที่เป็นฝ่ายทางมหาวิทยาลัย บางคนงงด้วยซ้ำว่าโอลิโกเมอร์คืออะไร "พอลิเมอร์" ในที่นี้คือสายโซ่โมเลกุลที่สามารถเข้าไปขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์ได้ ส่วน "โอลิโกเมอร์" คือสายโซ่โมเลกุลที่สั้นเกินกว่าจะเอาไปขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์ได้ และต้องแยกออกจาก "พอลิเมอร์" ก่อนนำเอา "พอลิเมอร์" นั้นไปขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ

แล้วการที่มี "โอลิโกเมอร์" ผสมรวมอยู่กับ "พอลิเมอร์" มันทำให้เกิดอะไรหรือครับ อย่างแรกที่สำคัญก็คือมันทำให้ปริมาณ "ของแข็ง" ที่ได้จากการระเหยตัวทำละลายออกไปแล้วมี "มากขึ้น" ดังนั้นเมื่อนำเอาปริมาณ "ของแข็ง" ที่ได้นั้นไปคำนวณค่าความว่องไวในการทำปฏิกิริยาก็จะทำให้ตัวเร่งความว่องไวของตัวเร่งปฏิกิริยามีค่าสูงหรือออกมาดูดีนั่นเอง (ตัวเลขสวยสำหรับการตีพิมพ์บทความวิขาการ) ทั้ง ๆ ที่ในความเป็นจริงนั้นในการสังเคราะห์พอลิเอทิลีนใน slurry phase ควรพิจารณาความว่องไวของตัวเร่งปฏิกิริยาจากปริมาณ "พอลิเมอร์" หรือส่วนที่สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้จริงที่สังเคราะห์ได้จริง เพราะตัวเร่งปฏิกิริยาที่ผลิต "ของแข็ง" ได้มากกว่าตัวอื่น แต่ถ้า "ของแข็ง" ที่ได้นั้นเป็น "โอลิโกเมอร์" เสียส่วนใหญ่ (คือส่วนที่ต้องทิ้งไป) ก็คงเอาไปใช้ประโยชน์อะไรไม่ได้เมื่อเทียบกับตัวเร่งปฏิกิริยาที่ผลิต "ของแข็ง" ได้ต่ำกว่า 10 เท่า แต่ของแข็งที่ได้นั้นเป็น "พอลิเมอร์" ทั้งหมด

UVCE case 1 TPI 2531(1988) MO Memoir : Wednesday 29 August 2561

"... เอ็นจิเนียร์ ..(จับใจความไม่ได้).. เหลือแต่เหล็กของบูทรองเท้าหัวเหล็ก และยังมีเอ็นจิเนียร์อีกหลายคนที่หน้าแบบ .. แบบนี้ครับ ทุกวันนี้ยังมีชีวิตอยู่นะครับ อายุก็ใกล้ ๆ กับผม หลายคนก็ยังทำงานอยู่ที่นั่น ..."
 

ข้อความข้างต้นผมถอดมาจากส่วนหนึ่งของวิดิทัศน์บันทึกการบรรยายของผู้บริหารระดับสูงท่านหนึ่ง ที่ท่านมาบรรยายให้กับนิสิตและคณาจารย์ของภาควิชาฟัง เมื่อวันศุกร์ที่ ๒๘ มิถุนายน ๒๕๕๖ หรือเมื่อ ๖ ปีที่แล้ว
 

เหตุการณ์การระเบิดครั้งนั้นเกิดขึ้นเมื่อเดือนธันวาคม ๒๕๓๑ ผมเองเพิ่งจบได้ไม่ถึงปี ตอนนั้นก็ทำงานอยู่ที่ระยองพอดี รุ่งเช้ายังมีโอกาสได้ไปดูตัวโรงงานที่ได้รับความเสียหายจากภายนอก และได้มีโอกาสได้ฟังข้อมูลจากทางเจ้าหน้าที่ตำรวจที่เป็นหนึ่งในผู้สวบสวนอุบัติเหตุ ซึ่งตอนนั้นทางบริษัทที่ผมทำงานอยู่เขาเชิญมาบรรยายให้ฟังว่าเกิดอะไรขึ้น เพราะบริษัทที่ผมทำงานอยู่นั้นก็ใช้กระบวนการผลิตทำนองเดียวกัน
 

อีกราว ๆ ครึ่งปีถัดมาผมก็ลาออกจากงานที่ระยองเพื่อรับทุนไปศึกษาต่อ ตอนนั้นผมบอกกับอาจารย์ที่เขาอยากให้ผมรับทุนไปเป็นอาจารย์ว่า ให้ไปขอกับกรรมการผู้จัดการบริษัท เพราะเขาส่งผมไปอบรมที่ญี่ปุ่น และผมยังไม่ได้อยู่ start up โรงงานให้เขา ถ้าเขาอนุญาตให้ผมไป ผมก็ยินดีไป แกก็เลยติดต่อไปยังกรรมการผู้จัดการบริษัทที่ผมทำงานอยู่โดยตรง (เขาเป็นเพื่อนกัน) ปรากฏว่ากรรมการผู้จัดการเขาอนุญาต ผมก็เลยได้มานั่งทำงานอยู่ตรงนี้จนถึงทุกวันนี้
 

สาเหตุของเหตุการณ์ดังกล่าวค้างคาใจผมมาตลอด จนกระทั่งเรียนจบและกลับมาทำงาน ได้มีโอกาสพบกับผู้รอดชีวิตรายหนึ่งจากเหตุการณ์ดังกล่าว (เขามาเรียนโทภาคนอกเวลาราชการที่ภาควิชา) แต่พอได้เห็นสภาพบาดแผลที่เขาได้รับจากการถูกไฟคลอก ผมก็ไม่กล้าถามเขาเรื่องนั้น ใช่แล้วครับ ผมเข้าใจความหมายของข้อความที่ผมเน้นไว้ในย่อหน้าแรก

ถ้ายังสงสัยอยู่ว่าเรื่องนี้เกี่ยวข้องกับอะไร และยังไม่มีความรู้พื้นฐานในเหตุการณ์ที่เกี่ยวข้อง ขอแนะนำให้อ่าน Memoir ย้อนหลังต่อไปนี้ประกอบเพื่อเป็นการปูพื้นฐาน ก่อนดูคลิปวิดิทัศน์ที่แนบมา
 

ปีที่ ๒ ฉบับที่ ๕๘ วันอาทิตย์ที่ ๒๐ กันยายน ๒๕๕๒ เรื่อง "Ethylene polymerisation"

ปีที่ ๔ ฉบับที่ ๔๔๑ วันเสาร์ที่ ๒๘ เมษายน ๒๕๕๕ เรื่อง "เพลิงไหม้โรงงานผลิต HDPE เมื่อธันวาคม ๒๕๓๑"

ปีที่ ๖ ฉบับที่ ๖๔๓ วันศุกร์ที่ ๑๒ กรกฎาคม ๒๕๕๖ เรื่อง "สาเหตุที่แก๊สรั่วออกจาก polymerisation reactor"

ฉบับที่ ๕๘ นั้นเป็นพื้นฐานว่ากระบวนการสังเคราห์พอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูง (High Density Polyethylene หรือ HDPE) มีรูปแบบใดบ้าง และทำไมโรงงานที่ออกแบบมาเพื่อการผลิต HDPE จึงน่าจะเอามาประยุกต์ใช้ในการผลิตพอลิโพรพิลีน (Polypropylene หรือ PP) ได้ ส่วนฉบับที่ ๔๔๑ เป็นภาพที่ผมถ่ายจากด้านนอกโรงงาน และฉบับที่ ๖๓๔ เป็นการสรุปจากข้อมูลที่จดเอาไว้จากที่ได้ฟังในการบรรยายในวันที่ ๒๘ มิถุนายน ๒๕๕๖ นั้นและอิงจากข้อความที่ปรากฏในสไลด์เป็นหลัก (ในรูปที่นำมาแสดง)
 

แต่สัปดาห์นี้เพิ่งจะได้บันทึกวิดิทัศน์การบรรยายดังกล่าวที่ภาควิชาเอาไปซุกเอาไว้ และต้องขอขอบคุณคุณกิจชัยที่ไปช่วยรื้อค้นมาให้ วันนี้ก็เลยขอนำเอาการบรรยายที่ตัดมาเฉพาะเนื้อหาที่เกี่ยวข้องกับเหตุการณ์ดังกล่าวมาบันทึกเอาไว้เพื่อไม่ให้ไฟล์ใหญ่เกินไป การบรรยายในวันนั้นมีการพูดถึงการเกิดอุบัติเหตุสำคัญ ๗ ครั้งด้วยกัน เอาไว้จะค่อย ๆ นำมาลงให้รับชมกัน โดย ๖ ครั้งเป็นการเกิดในประเทศไทย และ ๑ ครั้งแม้ว่าจะเกิดที่ต่างประเทศ (เพลิงไหม้แท่นขุดเจาะในทะเล) แต่ก็เป็นของบริษัทไทยที่ไปทำกิจการที่นั่น

การที่เชื้อเพลิงจะลุกไหม้ได้นั้นต้องมีองค์ประกอบ ๓ ส่วนด้วยกันคือ (ก) ตัวเชื้อเพลิงและ (ข) สารออกซิไดซ์ ที่ผสมกันในสัดส่วนที่พอเหมาะ (คือเชื้อเพลิงมีไม่น้อยเกินไป หรือมีมากเกินไปจนปริมาณสารออกซิไดซ์มีไม่พอ) และมักจะเป็นส่วนผสมที่อยู่ในรูปของไอหรือเฟสแก๊ส และ (ค) แหล่งพลังงานกระตุ้น สำหรับการทำงานในโรงงานนั้นแหล่งพลังงานกระตุ้นมีมากไปหมด เพราะเต็มไปด้วยอุปกรณ์ไฟฟ้า พื้นผิวที่ร้อน และเปลวไฟ ดังนั้นการป้องกันไม่ให้เกิดเพลิงไหม้จึงเน้นไปที่การลดโอกาสที่เชื้อเพลิงจะผสมกับอากาศ (ที่เป็นสารออกซิไดซ์ที่มีอยู่รอบ ๆ ตัวเราอยู่แล้ว) เป็นหลัก ด้วยการเก็บเชื้อเพลิงไว้ในระบบไม่ให้รั่วไหลออกมาผสมกับอากาศภายนอก
 

แต่สำหรับสารพวกอะเซทิลีน (acetylene) เอทิลีนออกไซด์ (ethylene oxide) และวัตถุระเบิดนั้น สารสองตัวแรกมีพลังงานในตัวเองที่สูง ส่วนวัตถุระเบิดก็มีส่วนประกอบที่เป็นสารออกซิไดซ์อยู่ในตัวมันเองอยู่แล้วสูง ดังนั้นมันจึงสามารถระเบิดได้โดยไม่ต้องพึ่งพาออกซิเจนในอากาศ การป้องกันไม่ให้สัมผัสกับอากาศก็ไม่ได้ช่วยป้องกันการระเบิด
 

ในพื้นที่ปิดล้อม (เช่นในอาคาร) หรือเสมือนว่าเป็นพื้นที่ปิดล้อม (เช่นพื้นที่กลางแจ้งที่ไม่มีการถ่ายเทอากาศที่ดี) ไอระเหยของเชื้อเพลิงที่รั่วไหลออกมาจะไม่สามารถฟุ้งกระจายออกไปได้ง่าย ทำให้ส่วนผสมนั้นมีความเข้มข้นถึงระดับ Lower Explosive Limit (LEL คือความเข้มข้นต่ำสุดของเชื้อเพลิงในอากาศที่สามารถจุดระเบิดได้) ได้เร็วแม้ว่าจะรั่วไหลออกมาในปริมาณที่ไม่มาก การระเบิดในรูปแบบนี้เรียกว่า Confined Vapour Cloud Explosion หรือบางทีก็เรียกว่า Vapour Cloud Explosion (VCE)
 

แต่ถ้าเป็นกรณีของพื้นที่เปิดเช่นที่โล่งแจ้ง ไอระเหยของเชื้อเพลิงที่รั่วไหลออกมาจะสามารถฟุ้งกระจายออกไปได้ง่าย โอกาสที่จะสะสมจนมีความเข้มข้นสูงถึงระดับ LEL จึงน้อย เว้นแต่ว่าจะมีการรั่วไหลออกมาในปริมาณมาก (จะหลายร้อยกิโลกรัมหรือหลายตันก็ไม่แปลก) แพร่กระจายปกคลุมพื้นที่เป็นบริเวณกว้างก่อนพบกับแหล่งพลังงานที่เป็นตัวกระตุ้นการเผาไหม้ การระเบิดในรูปแบบนี้เรียกว่า Unconfined Vapour Cloud Explosion หรือย่อว่า UVCE และการระเบิดแบบ UVCE นี้จะมีความรุนแรงมากกว่าการระเบิดแบบ VCE มาก เพราะปริมาณเชื้อเพลิงที่รั่วไหลออกมานั้นมากกว่า (แต่ทั้งนี้การระเบิดทั้งสองแบบก็ทำให้คนตายได้ทั้งคู่)
 

ในกรณีของการรั่วไหลของเชื้อเพลิงในที่โล่งนั้น เมื่อไอเชื้อเพลิงที่ผสมกับอากาศในสัดส่วนพอเหมาะนั้นพบกับแหล่งพลังงาน ไอผสมก็จะเกิดการลุกไหมที่แผ่ขยายออกจากจุดนั้น เนื่องจากปฏิกิริยาการเผาไหม้นั้นเป็นปฏิกิริยาคายความร้อน ความร้อนที่เกิดจากปฏิกิริยาจะทำให้การเผาไหม้เชื้อเพลิงที่อยู่ถัดจากเปลวไฟนั้นรวดเร็วขึ้นไปอีก ดังนั้นเปลวไฟที่เริ่มลุกไหม้จากแหล่งพลังงานกระตุ้นก็จะเคลื่อนตัวออกไปด้วยความเร็วที่สูงขึ้นเรื่อย ๆ ในช่วงที่ความเร็วเปลวไฟนี้ยังต่ำกว่าความเร็วเสียง จะเรียกว่าเป็น deflagration ความเสียหายที่เกิดจาก deflagration นี้จะเกิดจากความร้อนจากเปลวเพลิงเป็นหลัก
 

แต่เมื่อใดก็ตามที่หน้าคลื่นการเผาไหม้นั้นเร็วจนถึงระดับความเร็วเสียงหรือสูงกว่า จะเรียกว่าเป็นการระเบิดหรือ detonation ซึ่งจะมีอำนาจการทำลายล้างที่เกิดจากคลื่นกระแทกหรือ shock wave เพิ่มเติมขึ้นมาอีก ที่ทำให้โครงสร้างต่าง ๆ เสียหายตามมาด้วย
 

ที่ต้องอธิบายเพิ่มเติมตรงนี้นิดนึงก็เพราะกรณีอุบัติเหตุรถบรรทุกแก๊สหุงต้มที่พลิกคว่ำจนทำให้เกิดเพลิงลุกไหม้และมีผู้เสียชีวิตเกือบ ๑๐๐ รายที่จุดลงทางด่วนถนนเพชรบุรีเมื่อคืนวันจันทร์ที่ ๒๔ กันยายน ๒๕๕๓ นั้น แม้ว่าจะมีการรั่วไหลของแก๊สออกมาในปริมาณมาก แต่ในทางวิชาการยังจัดว่าเป็นแบบ deflagration อยู่ ยังไม่จัดว่าเป็น UVCE

ปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์มีการสร้างพันธะทางเคมีระหว่างโมเลกุลเข้าด้วยกัน จึงเป็นปฏิกิริยาคายความร้อน ยิ่งมีการต่อโมเลกุลเข้าด้วยกันมาเท่าใด ความร้อนที่คายออกก็จะมากขึ้นตามไปด้วย ถ้าเปรียบเทียบระหว่างการผลิตพอลิเอทิลีน กับพอลิโพรพิลีน การผลิตพอลิเอทิลีนจะมีการคายความร้อนต่อหน่วยน้ำหนักพอลิเมอร์ที่ผลิตได้นั้นสูงกว่าการผลิตพอลิโพรพิลีน ดังนั้นที่กำลังการผลิตเท่ากัน (คิดในรูปของน้ำหนักพอลิเมอร์ที่ผลิตได้) โรงงานที่ผลิตพอลิเอทิลีนจะต้องมีระบบระบายความร้อนที่ใหญ่กว่าโรงงานที่ผลิตพอลิโพรพิลีน
 

และเนื่องจากกระบวนการผลิตพอลิเอทิลีน (พวก HDPE หรือ LLDPE) นั้นคล้ายคลึงกับกระบวนการผลิตพอลิโพรพิลีน (โดยเฉพาะกระบวนการที่ใช้ slurry phase) มันจึงเป็นไปได้ที่จะนำเอาโรงงานที่ออกแบบมาเพื่อผลิต HDPE ด้วย slurry phase นั้นมาใช้ในการผลิตพอลิโพรพิลีน (นี่คือที่มาของข้อความในย่อหน้าแรกของสไลด์ที่นำมาแสดงให้ดูในรูป)
 

การผลิตด้วยกระบวนการ slurry phase นั้น สารตั้งต้นที่เป็นแก๊สจะละลายเข้าไปในตัวทำละลายไฮโดรคาร์บอน (ที่เป็นของเหลวที่อุณหภูมิสูงในถังปฏิกรณ์โดยอาศัยความดันช่วย แต่ถ้ารั่วออกมาก็จะกลายเป็นไอทันที) และมีการต่อโมเลกุลให้ใหญ่ขึ้น กระบวนการนี้มีข้อดีคือตัวทำละลายนั้นทำหน้าที่เป็นแหล่งรับความร้อนที่เกิดจากปฏิกิริยาก่อนที่จะถ่ายเทความร้อนนั้นให้กับแหล่งรับความร้อนอื่น เช่นใช้การระเหยของตัวทำละลายโดยให้ไอระเหยของตัวทำละลายนั้นถ่ายเทให้กับน้ำหล่อเย็น การใช้น้ำหล่อเย็นหล่อเลี้ยงผิวด้านนอกของเครื่องปฏิกรณ์ และการดึงเอาสารแขวนลอยบางส่วนที่อยู่ในเครื่องปฏิกรณ์นั้นมาเข้าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเพื่อระบายความร้อนออกก่อนป้อนกลับเข้าไปใหม่ แต่ก็ใช่ว่ากระบวนการนี้จะไม่มีข้อเสีย คือนอกจากต้องมีระบบนำกลับตัวทำละลายกลับมาใช้ใหม่แล้ว (ต้นทุนสูงขึ้น) ก็ยังมีปัญหาเรื่องท่ออุดตัน
 

กล่าวคือในขณะที่สายโซ่พอลิเมอร์ยังมีขนาดไม่ใหญ่มากจะเรียกว่าเป็น oligomer ที่ยังละลายอยู่ในตัวทำละลาย แต่พอสายโซ่ยาวมากพอก็จะกลายเป็นผงอนุภาคของแข็งแขวนลอยอยู่ในตัวทำละลาย (ที่เรียกว่าเป็น slurry) การรักษาอุณหภูมิในระบบท่อจึงมีความสำคัญ ถ้าอุณหภูมิต่ำเกินไป ตัว oligomer ก็จะแข็งตัวอุดตันท่อ แต่ถ้าอุณหภูมิสูงเกินไป อนุภาคพอลิเมอร์ก็จะละลายกลับเข้าไปในตัวทำละลายและแข็งตัวอุดตันเมื่อไหลมาถึงส่วนของระบบท่อที่เย็น หรืออาจหลอมรวมติดกันเป็นก้อนอุดตันท่อได้ และเมื่อเกิดการอุดตันก็ต้องมีการถอดระบบเพื่อกำจัดสิ่งอุดตัน
 

และอุบัติเหตุที่เกิดขึ้นเมื่อ ๓๐ ปีที่แล้วก็เกิดขึ้นในขณะที่ทำการกำจัดสิ่งอุดตันในท่อนั้น
 

ตอนนั้นเครื่องแบบพนักงานที่ใช้กันอยู่ทางระยองยังใช้ผ้าพอลิเอสเทอร์อยู่ (มันถูกดี) แต่ผ้าชนิดนี้พอโดนไฟคลอกก็จะละลายติดผิวหนัง บ้านที่ผมเช่าอยู่นั้นอยู่ติดกับคนหนึ่งที่ทำงานที่นั่น เขาเล่าให้ผมฟังว่า "คนที่โดนไฟคลอกนั้น พอกระชากเสื้อออกผิวหนังก็ติดเสื้อมาด้วย ยังทิ้งไว้หน้าโรงงานเลย ไม่มีใครกล้าไปเก็บ"
 

คนที่อยู่มาบตาพุดตอนนี้ทราบไหมครับว่า ก่อนจะมีเครื่องแบบดังเช่นปัจจุบัน ต้องรอให้มีคนโดนไฟคลอกก่อนครับ