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