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

การทำลายตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อหยุดปฏิกิริยา MO Memoir : Wednesday 12 August 2563

"ทำไมถึงเลือกใช้อากาศ จริงอยู่ที่ออกซิเจนในอากาศมันทำลายตัวเร่งปฏิกิริยาได้ แต่ในระบบนั้นมันเต็มไปด้วยไฮโดรคาร์บอน (สารเชื้อเพลิงทั้งนั้น) และอันที่จริงมันก็ยังมีสารอื่นที่ปลอดภัยกว่าที่ทำลายตัวเร่งปฏิกิริยาได้เช่นกัน"

ประโยคข้างบนผมแค่คิดอยู่ในใจนะครับ ตอนที่เห็นวิศวกรท่านหนึ่งที่เป็น HAZOP leader นำเสนอผลการวิเคราะห์ HAZOP ของ polymerisation reactor ตัวหนึ่ง

(HAZOP ย่อมาจาก Hazard and operabilitiy study เป็นเทคนิคที่ใช้วิเคราะห์อันตรายของระบบ หลักการก็คือถ้าการทำงานมีการเบี่ยงเบนไปจากเดิม ระบบจะมีปัญหาอะไรเกิดขึ้นหรือไม่)

รูปที่ ๑ ตัวอย่างถังปฏิกรณ์ชนิด Continuous stirred bed reactor (CSTR) ที่ใช้ในการผลิตพอลิโพรพิลีน การทำปฏิกิริยาเกิดในเฟสแก๊ส (ไม่มีการใช้ตัวทำละลาย) แก๊สโพรพิลีนที่ป้อนเข้ามาจะเกิดปฏิกิริยากลายเป็นผงพอลิเมอร์สะสมอยู่ทางด้านล่างของถังปฏิกรณ์ ระบบใบพัดปั่นกวนจะทำให้ผงอนุภาคนั้นฟุ้งกระจายอยู่ในแก๊สเพื่อให้สามารถดึงออกจากถังปฏิกรณ์ได้ การระบายความร้อนอาศัยการดึงเอาโพรพิลีนส่วนหนึ่งไปทำการควบแน่นให้เป็นของเหลวบางส่วนที่ partial condenser (ความหมายของการควบแน่นบางส่วนคือแก๊สที่ดึงออกไปนั้นถูกลดอุณหภูมิจนกลายเป็นของเหลวเพียงส่วนหนึ่ง แต่ถ้าทำให้เย็นจนเป็นของเหลวทั้งหมดก็จะเรียกว่า total condenser) จากนั้นก็จะป้อนแก๊สที่เย็นและโพรพิลีนเหลวกลับไปยังถังปฏิกรณ์ใหม่ โพรพิลีนเหลวที่ป้อนกลับเข้าไปจะมีบทบาทหลักในการดึงความร้อนของปฏิกิริยาออก เพราะที่น้ำหนักเท่ากัน (เปรียบเทียบระหว่างแก๊สเย็นกับของเหลว) การทำให้ของเหลวกลายเป็นไอนั้นจะรับปริมาณความร้อนได้มากกว่าการที่แก๊สเย็นมีอุณหภูมิสูงขึ้น สองระบบนี้มีความแตกต่างกันเล็กน้อยตรงที่รูปซ้ายจะป้อนของเหลวเข้าทางด้านล่างของถังปฏิกรณ์ (คือป้อนเข้าที่ตัวเบด) ส่วนรูปขวานั้นป้อนเข้าทางด้านบน (คือป้อนเข้าเหนือตัวเบด)

ปฏิกิริยาคายความร้อนเป็นปฏิกิริยาที่เร่งตนเอง กล่าวคือความร้อนที่ปฏิกิริยาคายออกมาจะทำให้อุณหภูมิของระบบสูงขึ้น ส่งผลให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มมากขึ้น อัตราการคายความร้อนก็เพิ่มตามขึ้นไปอีก ดังนั้นการดึงความร้อนออกจากระบบจึงเป็นเรื่องสำคัญ เพื่อรักษาอุณหภูมิของระบบไม่ให้สูงเกินความสามารถในการควบคุม และวิธีการหลักที่ใช้กันมากที่สุดก็คือการระบายความร้อนด้วยการแลกเปลี่ยนความร้อน แต่ถ้าเล็งเห็นว่าโอกาสที่ระบบระบายความร้อนนั้นจะตอบสนองไม่ทันการ ก็ต้องพิจารณาหาวิธีการที่จะหยุดการเกิดปฏิกิริยา เพื่อหยุดการคายความร้อนออกมา

ในกรณีของปฏิกิริยาที่มีสารตั้งต้นมากกว่า ๑ ตัว การหยุดปฏิกิริยาอาจทำได้โดยการหยุดการป้อนสารตั้งต้นตัวใดตัวหนึ่งหรือทั้งสองตัว การทำเช่นนี้ก็มีประเด็นที่ต้องพิจารณาให้ดีเหมือนกัน อย่างเช่นกรณีของปฏิกิริยาการเติมไฮโดรเจนให้กับอะเซทิลีน (acetylene hydrogenation) เพื่อเปลี่ยนอะเซทิลีนที่ปนเปื้อนอยู่ในเอทลีน (ethylene H₂C=CH₂) นั้นให้กลายเป็นเอทิลีน ปริมาณไฮโดรเจนที่เติมเข้าไปจะอยู่ที่ระดับเดียวกันกับปริมาณอะเซทิลีนที่ปนเปื้อนอยู่ในระบบ ปฏิกิริยานี้เกิดในเบดนิ่ง (fixed-bed) ที่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นของแข็งและมีแก๊สเอทิลีน (ที่มีอะเซทิลีนปนเปื้อนในระดับ ppm ไหลผ่าน) โดยไม่มีการระบายความร้อนออกจากเครื่องปฏิกรณ์ (เรียกว่าทำงานแบบ adiabatic) สำหรับเครื่องปฏิกรณ์แบบนี้การระบายความร้อนขึ้นอยู่กับอัตราการไหลของสารตั้งต้นที่ไหลผ่านเบดออกไป ถ้าอุณหภูมิการทำปฏิกิริยาต่ำเกินไป ปฏิกิริยาก็จะไม่เกิด แต่ถ้าสูงเกินไป ตัวเอทิลีนจะเข้าทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนแทน ทำให้เกิดการสูญเสียผลิตภัณฑ์ที่ต้องการไป

เนื่องจากปฏิกิริยาการเติมไฮโดรเจนนี้เป็นปฏิกิริยาคายความร้อน ดังนั้นการควบคุมอุณหภูมิจึงเป็นสิ่งสำคัญ เพราะถ้าในระบบอุณหภูมิสูงมากเกินไปอีก จะเกิดปฏิกิริยาการสลายตัวของเอทิลีนตามมา ทั้งนี้เพราะเอทิลีนเป็นสารที่มีค่า enthalpy of formation ที่เป็นบวกที่สูง ดังนั้นการสลายตัวของมันเป็นธาตุ C กับแก๊สไฮโดรเจน (ที่มีระดับพลังงานต่ำกว่า) จึงเป็นไปได้ และคายความร้อนออกมาด้วย ในกรณีเช่นนี้ เมื่ออุณหภูมิในระบบมีทีท่าว่าจะเพิ่มเร็วจนนอกเหนือการควบคุม การหยุดการไหลของสารตั้งต้น (คือสายไฮโดรเจนกับสายเอทิลีน) ทั้งสองสายจึงอาจไม่ใช้วิธีการที่ถูกต้อง เพราะเมื่อหยุดการไหลของแก๊สผ่านเบด จะไม่มีการระบายความร้อนออกจากเบด ในขณะที่ในเครื่องปฏิกรณ์ยังมีเอทิลีนอยู่ และเอทิลีนนี้ยังสามารถสลายตัวและคายความร้อนออกมา ดังนั้นในกรณีเช่นนี้ การเพิ่มอัตราการไหลของเอทิลีนอาจเป็นการดีกว่า เพราะจะไปดึงความร้อนออกจากเบด ทำให้เบดเย็นตัวลง

ในกรณีของปฏิกิริยาที่อาศัยตัวเร่งปฏิกิริยานั้น ยังอาจหยุดปฏิกิริยาด้วยการป้อนสารที่เป็นพิษต่อตัวเร่งปฏิกิริยาเข้าไป เพื่อทำลายหรือหน่วงการทำงานของตัวเร่งปฏิกิริยา แต่วิธีนี้จะใช้ไม่ได้ถ้าหากปฏิกิริยาที่เกิดจากอุณหภูมิที่สูงมากเกินไปนั้นเป็นปฏิกิริยาที่ไม่ต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา (เช่นกรณีของปฏิกิริยาการสลายตัวของเอทิลีนข้างบน) และในกรณีของปฏิกิริยาที่เกิดในเครื่องปฏิกรณ์แบบเบดนิ่ง การทำลายตัวเร่งปฏิกิริยาย่อมหมายถึงการต้องหยุดเดินเครื่องกระบวนการเพื่อเปลี่ยนตัวเร่งปฏิกิริยาใหม่ (อันนี้ยังไม่รวมเวลาที่ต้องรอคอยหากต้องมีการนำเข้าตัวเร่งปฏิกิริยาจากต่างประเทศอีก) ดังนั้นการคิดจะทำลายตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อหยุดปฏิกิริยาเอาไว้นั้น ควรจะเป็นทางเลือกสุดท้ายจริง ๆ

การสังเคราะห์พอลิโอเลฟินส์ด้วยการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาตระกูล Ziegler-Natta นั้นแตกต่างไปจากการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาในปฏิกิริยาอื่น กล่าวคือโดยทั่วไปเราจะเรียนกันว่าตัวเร่งปฏิกิริยาทำหน้าที่เพียงแค่ทำให้ปฏิกิริยาเกิดได้ง่ายขึ้นด้วยการสร้างเส้นทางการเกิดปฏิกิริยาใหม่ที่ใช้พลังงานกระตุ้นต่ำกว่าเดิม และเมื่อเกิดผลิตภัณฑ์แล้วก็จะได้ตัวเร่งปฏิกิริยากลับคืนเดิม สามารถเริ่มทำปฏิกิริยาใหม่ได้ ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ในปฏิกิริยาเติมไฮโดรเจนที่กล่าวมาข้างต้นก็เป็นแบบนี้ แต่ในกรณีของตัวเร่งปฏิกิริยา Ziegler-Natta นั้น จากสารตั้งต้นที่เป็นแก๊สเมื่อมันต่อโมเลกุลเข้าด้วยกันเป็นผงพอลิเมอร์ที่เป็นของแข็ง ผงพอลิเมอร์นั้นจะห่อหุ้มอนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาเอาไว้ ดังนั้นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใส่เข้าไปก็จะหลุดออกจากเครื่องปฏิกรณ์ไปพร้อมกับผลิตภัณฑ์ผงพอลิเมอร์ที่ดึงออกไป ดังนั้นจึงต้องมีการป้อนตัวเร่งปฏิกิริยาเข้าระบบตลอดเวลา

ความแตกต่างที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งก็คือระบบตัวเร่งปฏิกิริยา Ziegler-Natta นี้มันมีอยู่ ๒ ส่วนคือส่วนที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาหลัก (catalyst) และส่วนที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาร่วม (co-catalyst) ตัวเร่งปฏิกิริยาหลักนั้นจะเปลี่ยนไปตามชนิดโอเลฟินส์และผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ ซึ่งแต่ละรายก็มีสูตรเฉพาะตัวที่แตกต่างกันไป แต่หลัก ๆ มักเป็น TiCl₄ + MgCl₂  

 รูปที่ ๒ ตัวอย่างเครื่องปฏิกรณ์ชนิด fluidised bed reactor ที่ใช้ในการผลิตพอลิเอทิลีนและพอลิโพรพิลีน และระบบทำลายตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อหยุดปฏิกิริยา (จากสิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกา) ในรูปนี้หมายเลข 54 คือ "kill gas" (แก๊สที่เป็นตัวทำลายตัวเร่งปฏิกิริยา) ส่วนหมายเลข 56 คือ carrier gas คือเป็นแก๊สที่ช่วยเพิ่มปริมาตรการไหลให้กับ kill gas เพื่อให้สามารถดัน kill gas ให้ไหลผ่าน fluidised bed ได้

ตัวเร่งปฏิกิริยาร่วมนั้นเป็นสารเคมีที่หาซื้อได้ทั่วไป ที่ใช้กันมากที่สุดเห็นจะได้แก่ organometallic compounds ในกลุ่มของ Aluminium alkyl halide ต่าง ๆ คือเป็นสารประกอบที่มีอะตอม Al อยู่ตรงกลาง และอีก ๓ แขนที่อาจเป็นหมู่อัลคิล (เช่น methyl, ethyl, isopropyl) ทั้งหมด หรือมีอะตอมฮาโจน (หลัก ๆ ก็คือ Cl) เกาะอยู่ ๑ หรือ ๒ อะตอม ตัวอย่างของสารเหล่านี้ได้แก่ triethyl aluminium (Al(C₂H₅)₃) diethyl aluminium chloride (Al(C₂H₅)₂Cl) เป็นต้น บางสูตรก็อาจใช้ Mg หรือ B แทน Al หรือ Br แทน Cl ก็มี

ตัวเร่งปฏิกิริยาตระกูลนี้ (ทั้ง catalyst และ co-catalyst) ถูกทำลายได้ง่ายด้วยสารธรรมดา ๆ เช่น O₂, CO₂, CO, H₂O, CH₃OH ในทางปฏิบัตินั้นถ้ามีสารเหล่านี้ปนเปื้อนเข้ามาในระบบก็จะทำการป้อน co-catalyst เข้าระบบมากขึ้น เพื่อเข้าไปทำลายสิ่งปนเปื้อนเหล่านี้ (co-catalyst มันหาซื้อได้ทั่วไปและมันถูกกว่า catalyst ที่ต้องซื้อจากเจ้าของเทคโนโลยีหรือที่เตรียมขึ้นเอง)

ในกรณีของการทำปฏิกิริยาใน slurry phase หรือ solution phase ที่มีการใช้ตัวทำละลายนั้น เฟสที่มีปริมาณมากสุดในเครื่องปฏิกรณ์คือตัวทำละลายนั่นเอง เนื่องจากตัวทำละลายที่ใช้นั้น (เช่นเป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวหรืออะโรมาติก) จะมีความเฉื่อยต่อการทำปฏิกิริยา จึงไม่ต้องกังวลมากว่าอุณหภูมิการทำปฏิกิริยาจะเพิ่มสูงมากจนเหนือการควบคุม เพราะตัวทำละลายจะทำหน้าที่เป็นแหล่งรับความร้อน แต่ในกรณีของการทำปฏิกิริยาใน gas phase หรือ solution phase ที่ใช้สารตั้งต้นเองนั้นเป็นตัวทำละลาย (ทำได้ในกรณีที่สามารถใช้ความดันทำให้สารตั้งต้นเป็นของเหลว ณ อุณหภูมิการทำปฏิกิริยาได้) แหล่งรับความร้อนก็คือตัวสารตั้งต้นเอง ดังนั้นการหยุด (หรือหน่วง) การเกิดปฏิกิริยาเพื่อป้องกันไม่ให้อุณหภูมิในระบบเพิ่มสูงจนไม่สามารถควบคุมได้นั้น จึงเป็นสิ่งสำคัญ

รูปที่ ๒ และ ๓ นำมาจากสิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกา เกี่ยวกับการหยุดการทำงานฉุกเฉินของการทำปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์ในเฟสแก๊สด้วยการฉีด "kill gas" เข้าไปเพื่อทำลายตัวเร่งปฏิกิริยา โดย kill gas นี้จะบรรจุอยู่ในถังความดัน (คงเพื่อให้ฉีดเข้าระบบได้แม้ว่าไฟฟ้าจะดับ) และมีวาล์วฉุกเฉินควบคุมการเปิด แก๊สที่มีการจดสิทธิบัตรเอาไว้ก็มี CO, CO₂, pure O₂ และอากาศ

รูปที่ ๓ ตัวอย่างสิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกาที่ใช้การฉีด CO หรือ CO₂ เข้าไปทำลายตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อหยุดปฏิกิริยา

ณ จุดนี้อาจมีบางคนสงสัยว่าทำไมการหยุดป้อนตัวเร่งปฏิกิริยาจึงไม่เพียงพอที่จะทำให้ปฏิกิริยาหยุดลง เหตุผลก็คือมันยังมีตัวเร่งปฏิกิริยาที่ยังคงค้างอยู่ในระบบ ดังนั้นแม้ว่าจะหยุดป้อนตัวเร่งปฏิกิริยา แต่ปฏิกิริยาในเครื่องปฏิกรณ์ก็ยังไม่หยุด การหยุดการทำปฏิกิริยานี้ไม่ได้แปลว่าจะหยุดการไหลหมุนเวียนของสารตั้งต้นในระบบ (คืออาจหยุดการป้อนเข้า แต่การไหลหมุนเวียนยังคงมีอยู่) เพราะการดึงความร้อนออกจากระบบนั้นต้องอาศัยแก๊สร้อนที่ไหลหมุนเวียนไปยังเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน กลายเป็นแก๊สที่เย็นตัวลงและวนกลับมาใหม่

การดึงความร้อนออกไม่ทันนั้นอาจทำให้ผงอนุภาคพอลิเมอร์ขนาดเล็กที่แขวนลอยในแก๊สได้นั้นเกิดการหลอมรวมติดกันเป็นก้อนใหญ่จนกระทั้งไม่สามารถแขวนลอยในแก๊สและอาจทำให้เกิดการอุดตันระบบได้ การที่มีแก๊สไหลเวียนอยู่ในระบบก็ไม่เพียงแต่ช่วยระบายความร้อนออก แต่ยังป้องกันไม่ให้ผงพอลิเมอร์นั้นตกลงเบื้องล่างและเกาะรวมกันเป็นก้อนใหญ่ และยังทำให้การเริ่มการทำปฏิกิริยาใหม่ทำได้เร็วขึ้น เริ่มด้วยการป้อนสารประกอบ Aluminium alkyl halide เข้าไปเพื่อทำลาย kill gas ที่ยังคงหลงเหลืออยู่ก่อน จากนั้นจึงค่อยป้อนตัวเร่งปฏิกิริยาหลักเข้าไป

ประเด็นที่ผมคิดเล่น ๆ ตอนที่ฟังเขานำเสนอก็คือในเมื่อมันมีแก๊สตัวอื่นที่ทำหน้าที่นี้ได้ ทำไม่ไม่เลือกแก๊สเหล่านั้น การฉีดอากาศ (จริงอยู่ที่ว่ามันถูกและไม่ต้องกังวลเรื่องการจัดหา) เข้าระบบที่เต็มไปด้วยไฮโดรคาร์บอนนั้นจึงควรต้องพิจารณาด้วยว่าออกซิเจนที่หลงเหลือจากการทำลายตัวเร่งปฏิกิริยานั้นมีมากพอที่จะทำให้เกิด explsoive mixture ขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์ได้หรือไม่ ถ้าปริมาตรอากาศที่ฉีดเข้าไปนั้น (ซึ่งถูกจำกัดด้วยปริมาตรของถังอากาศที่ต่ออยู่) มันน้อยมากเมื่อเทียบกับขนาดของถังปฏิกรณ์ ก็เรียกได้ว่าไม่มีโอกาสที่จะเกิด explosive mixture ในระบบ

ตอนที่ผมเรียนอยู่ที่อังกฤษนั้นอาจเรียกได้ว่า HAZOP เป็นเรื่องที่ค่อนข้างใหม่และอยู่ในระหว่างการแพร่กระจายออกไป การพิจารณาการทำงานนั้นจะมีการพิจารณาขั้นตอนการทำงานต่าง ๆ (เช่น การเก็บตัวอย่าง, การเริ่มเดินเครื่องอุปกรณ์ ฯลฯ) ด้วย เช่นถ้าลืมทำนั่นลืมทำนี่จะเกิดอะไรตามมา แต่ปัจจุบันนี้ดูเหมือนจะกลายเป็นการลงไปที่ระบบควบคุมการทำงาน (เกือบ) ทั้งหมด คือพิจารณาว่าตรงไหนควรมีอุปกรณ์ควบคุมอะไรเพิ่มเติมไหม เหมือนกับว่ามองหากันว่าติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันแบบสุด ๆ เอาไว้ทุกจุดแล้วหรือยัง

สำหรับคนที่ได้อ่านหนังสือที่ Prof. T.A. Kletz เขียนไว้ (อาจเรียกได้ว่าแกเป็นคนในกลุ่มแรก ๆ ที่พัฒนาเทคนิค HAZOP ขึ้นมา) จะพบว่าแกได้ยกตัวอย่างอุบัติเหตุที่เกิดจากความผิดพลาดของโอเปอร์เรเตอร์ที่สามารถป้องกันได้ด้วยการติดตั้งอุปกรณ์ป้องกัน และอุบัติเหตุที่เกิดจากการที่อุปกรณ์ป้องกันทำงานผิดพลาดและสามารถป้องกันได้ด้วยการฝึกอบรมโอเปอร์เรเตอร์ให้รู้ว่าขั้นตอนการทำงานในแต่ละขั้นตอนนั้นมีความสำคัญอย่างไร เพื่อไม่ให้เขาทำลัดขั้นตอน

เราต้องไม่ลืมว่าตัวอุปกรณ์ป้องกันนั้นก็ต้องการการตรวจสอบโดย "คน" เช่นกัน ถ้าเราคิดว่าโอเปอร์เรเตอร์ที่เป็น "คน" นั้นไว้ใจไม่ได้ เพราะอาจทำผิดพลาดได้ แล้วทำไมเราจึงไว้ใจผู้ตรวจสอบอุปกรณ์ป้องกันที่เป็น "คน" เช่นเดียวกันว่าเขาจะไม่ทำผิดพลาด

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

ทำไมเติมเอทานอลแล้วได้พอลิเมอร์เพิ่มขึ้น MO Memoir 2559 Feb 24 Wed

บ่ายวันนี้แม่นางถังแก๊ส (ที่เพิ่งจะได้รับการเลื่อนตำแหน่งเป็นแม่ย่านางประจำแลปไปเมื่อไม่นานนี้ - ขอแสดงความยินดีย้อนหลังด้วยคร๊าบ) นึกยังไงก็ไม่รู้ อยู่ดี ๆ ก็ถามผมว่า "ทำไมเติมเอทานอลแล้วได้พอลิเมอร์เพิ่มขึ้น"
 

คือเรื่องมันเริ่มจากการที่เขาอ่านบทความเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์โพรพิลีนใน slurry phase ซึ่งเมื่อถึงเวลาที่กำหนดไว้ก็จะทำการเติมเอทานอล (ethanol) เข้าไปใน reactor เพื่อทำลายตัวเร่งปฏิกิริยา จากนั้นก็จะแยกเอาผงพอลิเมอร์ที่เป็นของแข็งแขวนลอยอยู่นั้นออกมาจากตัวทำละลาย ผงพอลิเมอร์ที่ได้มานี้จะเป็นชนิด isotactic (คือหมู่ -CH₃ มีการจัดเรียงในสายโซ่พอลิเมอร์มีการจัดเรียงอย่างเป็นระเบียบในทิศทางเดียวกัน) จากนั้นก็จะเติมเอทานอลในปริมาณที่มากเกินพอลงไปในตัวทำละลายที่เหลือ ก็จะได้พอลิเมอร์ที่เป็น atactic ( คือหมู่ -CH₃ มีการเรียงตัวแบบไม่เป็นระเบียบ) แยกตัวเป็นของแข็งออกมาจากตัวทำละลาย

ประเด็นคำถามของเขาก็อยู่ตรงการเติมครั้งที่สองนี่แหละครับ ว่าทำไมมันได้พอลิเมอร์เพิ่มขึ้น

แต่ก่อนอื่นผมก็ถามเขากลับไปก่อนว่านึกยังไงถึงมาถามคำถามนี้กับผม ในเมื่อผมเองไม่เคยทำวิจัยหรือการทดลองใด ๆ ทางด้านการพอลิเมอร์ไรซ์พอลิโอเลฟินส์ด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา Ziegler-Natta เลย แต่ถ้าจะให้ผมตอบ ผมก็จะขอตอบแบบอิงตำราเคมีอินทรีย์ ไม่ขอใช้คำตอบแบบ paper เขาว่ามา
 

ผมตอบเขาไปว่าการที่พอลิเมอร์จะละลายได้ในตัวทำละลายนั้น โมเลกุลตัวทำละลายจะต้องสามารถแทรกเข้าไปในช่องว่างระหว่างสายโซ่พอลิเมอร์ได้ พอลิเมอร์ (ตระกูลเดียวกัน) ที่มีความหนาแน่นต่ำจะมีระยะห่างระหว่างสายโซ่มากกว่าพอลิเมอร์ที่มีความหนาแน่นสูงกว่า ดังนั้นพอลิเมอร์ที่มีความหนาแน่นต่ำกว่าจะละลายได้ง่ายกว่า เช่นในกรณีของพอลิโพรพิลีนนั้น ชนิด isotactic มีความหนาแน่นสูงกว่า ช่องว่างระหว่างสายโซ่นั้นแคบ ทำให้โมเลกุลตัวทำละลายไม่สามารถแทรกเข้าไปแยกสายโซ่พอลิเมอร์ออกจากกันได้ ดังนั้น ณ อุณหภูมิของการทำปฏิกิริยา พอลิโพรพิลีนชนิด isotactic จึงแยกตัวเป็นของแข็งแขวนลอยอยู่ในตัวทำละลาย
 

ส่วนพอลิโพรพิลีนชนิด atactic นั้นมีระยะห่างระหว่างสายโซ่พอลิเมอร์มากกว่า ตัวทำละลายจึงแทรกเข้าไประหว่างสายโซ่พอลิเมอร์ได้ง่าย ณ อุณหภูมิการทำปฏิกิริยาจึงทำให้พอลิโพรพิลีนชนิด atactic นั้นละลายอยู่ในตัวทำละลาย
 

ในการวัดความว่องไวของตัวเร่งปฏิกิริยาเปรียบเทียบกันนั้น การทำการทดลองจะใช้สภาวะต่าง ๆ ที่เหมือนกันหมด แตกต่างเพียงแค่ชนิดตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ และเมื่อปล่อยให้ปฏิกิริยาดำเนินไปจนถึงเวลาที่กำหนด ก็จะหยุดปฏิกิริยาด้วยการเติมเอทานอล (หรือสารอื่นใดก็ได้ที่เป็นพิษต่อตัวเร่งปฏิกิริยา) เข้าไปในระบบเพื่อไปทำลายตัวเร่งปฏิกิริยา (ปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์โพรพิลีนนี้จำเป็นต้องมีตัวเร่งปฏิกิริยาจึงจะเกิดได้) จากนั้นก็แยกเอาพอลิเมอร์ที่เกิดขึ้นออกมาชั่งน้ำหนักเปรียบเทียบกัน

ในมุมมองของผม ผมบอกเขาไปว่าสาเหตุที่การเติมเอทานอลในปริมาณมากเกินพอลงไปในตัวทำละลาย แล้วทำให้พอลิโพรพิลีนชนิด atactic นั้นแยกตัวออกมาจากตัวทำละลายก็เพราะเอทานอลไปดึงเอาโมเลกุลตัวทำละลายที่แทรกอยู่ระหว่างสายโซ่พอลิเมอร์ออกมา
 

เอทานอลนั้นเป็นโมเลกุลที่มีทั้งส่วนมีขั้วและไม่มีขั้ว มันจึงสามารถละลายได้ทั้งโมเลกุลมีขั้วและโมเลกุลไม่มีขั้ว แต่ส่วนที่มีขั้วจะมีความแรงมากกว่า ทำให้มันละลายโมเลกุลมีขั้ว (เช่นน้ำ) ได้ดีกว่าโมเลกุลไม่มีขั้ว (เช่นไฮโดรคาร์บอน) และตัวเอทานอลเองก็ไม่สามารถละลายพอลิโพรพิลีนได้ (เพราะสายโซ่พอลิโพรพิลีนเป็นสายโซ่ที่ไม่มีขั้ว) ดังนั้นพอเติมเอทานอลเข้าไปในตัวทำละลาย (ที่เป็นไฮโดรคาร์บอน) ที่มีพอลิเมอร์ละลายอยู่ในปริมาณที่มากพอ ไม่เพียงแต่เอทานอลจะไปดึงเอาไฮโดรคาร์บอนส่วนเกินมาละลายอยู่ในเฟสของมัน เอทานอลเองก็จะไปดึงเอาโมเลกุลไฮโดรคาร์บอนที่แทรกอยู่ระหว่างสายโซ่พอลิเมอร์ออกมาด้วย ทำให้สายโซ่พอลิเมอร์จับตัวกันกลายเป็นของแข็ง

พอถึงตรงนี้มันก็มีคำถามขึ้นมาว่าถ้าเปลี่ยนเป็นแอลกอฮอล์ตัวอื่นเช่นเมทานอลหรือโพรพานอลล่ะ จะได้ผลอย่างไร

ความเห็นของผมก็คือถ้าเป็นแอลกอฮอล์โมเลกุลเล็กเช่นเมทานอล มันละลายไฮโดรคาร์บอนได้ไม่ดีเพราะส่วนที่ไม่มีขั้วของโมเลกุลมันเล็ก ดังนั้นมันอาจจะไม่สามารถดึงเอาไฮโดรคาร์บอนออกจากช่องว่างระหว่างสายโซ่พอลิเมอร์ได้ แต่ถ้าใช้แอลกอฮอล์โมเลกุลใหญ่เกินไป มันจะแสดงคุณสมบัติเช่นเดียวกับโมเลกุลไม่มีขั้ว คือเผลอ ๆ มันจะเข้าไปร่วมแทรกอยู่ระหว่างสายโซ่พอลิเมอร์ร่วมกับไฮโดรคาร์บอนด้วย ดังนั้นแอลกอฮอล์ที่ใช้ได้จะต้องมีขนาดของหมู่อัลคิล (ส่วนที่ไม่มีขั้วของโมเลกุล) ที่ไม่เล็กหรือใหญ่เกินไป

หลังจากที่ผมถามเขาเสร็จ ผมก็ถามเขากลับไปบ้างว่า "แน่ใจหรือว่าสิ่งที่ได้ออกมาครั้งที่สองนั้นเป็น "polymer" เพียงอย่างเดียวโดยไม่มี "oligomer" รวมอยู่ด้วย" ก็ได้แต่เพียงรอยยิ้มเป็นคำตอบกลับมา

ทั้งหมดที่กล่าวมานั้นคือความเห็นของผม ที่อธิบายด้วยความรู้พื้นฐานด้านเคมีอินทรีย์ ส่วนจะรับฟังได้หรือไม่นั้นก็ขอให้ลองพิจารณากันเอาเอง