หน่วยวัดความสวย และเรื่องของปากกับใจที่ไม่ตรงกัน MO Memoir 2557 Mar 10 Mon

Memoir ฉบับที่แล้วได้กล่าวถึงเรื่องของหน่วยวัด (measuring unit) และได้เกริ่นถึงหน่วยวัดทางวิศวกรรมหรือ Engineering unit ที่ผมกล่าวไว้ว่าเป็นหน่วยที่ทำให้ผู้ใช้งานมองเห็นภาพได้ชัด แต่สำหรับพวกวิศวกรอย่างเราแล้ว เราไม่ได้มีหน่วยวัดเฉพาะสิ่งที่เป็น "รูปธรรม" เท่านั้น แต่เรายังมีหน่วยวัดสำหรับสิ่งที่เป็น "นามธรรม" ด้วย

และสิ่งที่เป็น "นามธรรม" สิ่งหนึ่งที่วิศวกรรุ่นพี่ของพวกเราได้จัดตั้งหน่วยวัดขึ้นมาก็คือ "ความสวย"

หมายเหตุ : ภาพประกอบนี้ไม่มีส่วนเกี่ยวข้องใด ๆ กับบทความนี้ กรุณาอย่าพยายามเชื่อมโยง :)

การวัด "ความสวย" เป็นความรู้ที่มีการถ่ายทอดกันมาในระหว่างการซ้อมเชียร์เย็น (ตอนนี้ไม่มีแล้ว แต่ก่อนมีทั้ง เชียร์เที่ยง เชียร์เย็น และเชียร์ดึก โดยเชียร์ดึกนั้นสงวนเฉพาะนิสิตชายเท่านั้น และไม่บังคับด้วย) ทั้งนี้เพื่อให้มีมาตราฐานในการให้คะแนน "ความสวย" ของสาว ๆ คณะต่าง ๆ มีความจำเป็นต้องเดินผ่าน "สามแยกสุภาพบุรุษ" ที่รุ่นพี่จัดให้นิสิตปี ๑ ไปนั่งรวมกลุ่มกันอยู่ทั้งชั้นปี สามแยกนี้มักถูกสาว ๆ เรียกว่า "สามแยกปากหมา" (ไม่ขออ้อมค้อม ก็เขาเรียกกันอย่างนี้)

แต่จะว่าแล้ว ผมว่าสาว ๆ คงชอบที่จะโดน "หมาเห่า" มากกว่าที่โดน "หมาเมิน" หรือหมาไม่นองนะ

การวัด "ความสวย" นั้นตามหลักของวิศวกรนั้น มีการวัดในมิติที่แตกต่างกัน ๓ มิติ โดยแต่ละมิตินั้นจะให้คะแนนคุณสมบัติที่แตกต่างกันออกไปดังนี้
  

มิติที่ ๑ : ระยะทาง
  

กติกาง่าย ๆ คือความสวย "แปรผกผัน" กับระยะทางที่มองเห็น เช่นสาวคนหนึ่งมีความสวย ๑๕๐ เมตรนั่นหมายถึงสาวผู้นั้นจะดูสวยสำหรับเรา ถ้านั่งอยู่คนละฟากความยาวของสนามฟุตบอล แต่ถ้าคะแนนความสวยคือ ๖๐ เซนติเมตรหรือประมาณ ๒ ช่วงแขน (คือต่างคนต่างยื่นมือถึงกันได้สบาย) แสดงว่าเขาดูสวยเมื่อนั่งอยู่ตรงข้ามกับเรา เช่นนั่งกินข้าวคนละฟากฝั่งโต๊ะ

มิติที่ ๒ : มุม
  

มุมมองที่ดูว่าสวยขึ้นอยู่กับโครงสร้างของใบหน้าและทรงผม เกณฑ์การวัดคือมุมมองตรงหน้าคือ ๐ องศา มุมมองด้านหลังคือ ๑๘๐ องศา ส่วนจะให้วัดตามเข็มหรือทวนเข็มนาฬิกาก็ไม่รู้เหมือนกัน เพราะรุ่นพี่ไม่ได้สอนไว้ ความเห็นส่วนตัวแล้วถ้ามุมมองที่ดูว่าสวยนั้นอยู่ในช่วงเบี่ยงไปทางซ้ายหรือทางขวาไม่เกิน ๔๕ องศา ก็อยู่ในระดับคะแนนเดียวกัน แต่ถ้าอยู่ในช่วงเบี่ยงไปทางซ้ายหรือทางขวาเกิน ๔๕ องศาแต่ยังไม่เกิน ๙๐ องศา แสดงว่าเหมาะแก่การชำเลืองดูด้านข้าง
  

แต่ถ้าอยู่ในช่วงเบี่ยงไปทางซ้ายหรือทางขวาเกิน ๙๐ องศาไปแล้ว อาจแปลได้ว่าเส้นผมหรือทรงผมดูดี

ดังนั้นคนที่เป็นคู่รักกัน เวลากินข้าวด้วยกันทีไรแล้วแฟนชอบนั่งที่นั่งข้าง ๆ อาจไม่ได้แปลว่าเขาอยากอยู่ใกล้ชิดคุณ หรอกนะ แต่อาจแปลว่าถ้าเห็นหน้าคุณแล้วจะกินข้าวไม่ลงก็ได้

มิติที่ ๓ : ความสว่าง
  

หน่วยวัดความสว่างที่น่าจะมองเห็นภาพได้ชัดที่สุดคือ "แรงเทียน" และความสวยที่ค่าแรงเทียนต่ำแสดงว่ามองในที่มืด ๆ แล้วดูดี ความสวยที่ค่าแรงเทียนสูงแสดงว่ามองในที่สว่างแล้วดูดี สำหรับสาวที่มีความสวยเฉพาะที่ค่าแรงเทียนต่ำแสดงว่าดูดีในที่มืด (หรือแสงน้อย ๆ) พาไปออกงานกลางคืนได้ แต่ไม่เหมาะสำหรับควงไปกินข้าวตอนเที่ยงวัน สาวที่สวยจริงแล้วต้องมองดูสวยทั้งที่ค่าแรงเทียนสูงและแรงเทียนต่ำ

ที่กล่าวมาข้างต้นจัดว่าเป็น ๓ หน่วยหลักที่ทุกคนสามารถใช้ได้ในการให้คะแนนความสวย แต่สำหรับบางรายแล้วความสวยบนใบหน้าอาจมีมิติอื่นเข้ามาเกี่ยวข้องอีกก็ได้ ตัวอย่างหนึ่งที่เคยประสบก็คือ "แว่นตา" ที่ทำให้ความสวยของใบหน้าของแต่ละคนเปลี่ยนไปได้เยอะ เรื่องแว่นตานี้เคยมีคนมาถามความเห็นผมเหมือนกันว่า "พอไม่ใส่แว่นแล้วดูสวยขึ้นไหม" ซึ่งผมก็พบว่าเขาดูสวยขึ้นจริง ๆ

แต่ผมต้องเป็นคนถอดแว่นตาที่ผมใส่อยู่ออกนะ ก่อนดูเขา :)

ที่เขียนมาข้างต้นผมกล่าวถึงเฉพาะ "ความสวย" นะ ไม่ได้กล่าวถึง "ความงาม" ที่เป็นสิ่งที่วัดยากกว่า และดูเหมือนว่ายังไม่มีหน่วยใด ๆ สำหรับวัด "ความงาม" ซะด้วย ในขณะที่ "ความสวย" เป็นการวัดความพึงพอใจของภาพที่ปรากฏด้วยการสายตา แต่ "ความงาม" เป็นการวัดด้วยความพึงพอใจของผู้อื่นจากการกระทำที่แสดงออก (ไม่ว่าจะเป็นทาง กาย วาจา และจิตใจ) 
   

และสำหรับสาวใดที่คะแนนความสวยตามวิธีการวัดข้างต้นออกมาไม่ดีก็อย่างพึ่งเสียใจ เพราะ "ความงาม" นั้นสำคัญกว่าและสามารถทดแทน "ความสวย" ได้ ดังเช่นคำกล่าวที่ว่า "คนจะงาม งานที่ใจ ใช่ใบหน้า คนจะสวย สวยจรรยา ใช่ตาหวาน"

ต่อไปก็คงเป็นเรื่องของปากกับใจบ้าง ในห้องทำงานห้องหนึ่งมีโต๊ะทำงานอยู่หลายโต๊ะ แต่ไม่ค่อยมีคนนั่งประจำโต๊ะเท่าใดนัก ที่เห็นมีนั่งประจำก็มีแค่ชายหญิงคู่หนึ่งที่นั่งทำงานที่โต๊ะติดกัน และห้องนี้ผมเดินผ่านทีไรก็มักเจอว่ามีแค่สองคนนี้นั่งทำงานอยู่ในห้องนั้น ถ้ามีเวลาว่างก็จะโผล่หน้าเข้าไปแซวเล่นว่าคุยอะไรกระหนุงกระหนิงกันอยู่สองคน ซึ่งทั้งสองคนก็มักจะปฏิเสธอยู่เสมอว่าไม่ไดคุยเรื่องทำนองนั้น เป็นว่าคุยกันแบบทะเลาะกันมากกว่า ไม่ได้เป็นแบบที่ผมคิดหรอก ซึ่งจะว่าไปแล้วก็ดูเหมือนว่ามันเป็นอย่างที่เขาบอกจริง

เรื่องคำพูดของคนว่าเชื่อถือได้แค่ไหนนั้นเคยมีรุ่นพี่วิศวคนหนึ่งเล่าให้ฟังนานแล้ว ตั้งแต่สมัยที่ผมเรียนจบใหม่ ๆ เขาบอกว่าคำพูดของใครจะเชื่อใจได้แค่ไหนนั้นให้ดูว่าผู้พูดนั้นหันหน้าไปทางไหน ถ้าหันไปทางซ้ายก็เชื่อได้ เพราะปากกับใจตรงกัน แต่ถ้าหันหน้าไปทางขวาก็เชื่อไม่ได้ เพราะปากกับใจไม่ตรงกัน
  

ผมไม่เคยได้มีโอกาสทดสอบทฤษฎีที่พี่เขาเล่าให้ฟัง เพิ่งจะมาเห็นโอกาสเมื่อไม่นานนี้ (คือเพิ่งจะนึกทฤษฎีดังกล่าวขึ้นมาได้) กล่าวคือในกรณีที่ฝ่ายชายนั่งทำงานอยู่ทางด้านซ้ายมือของฝ่ายหญิง ถ้าฝ่ายชายหันหน้า (ไปทางขวา) ไปแซวฝ่ายหญิง ทำให้ฝ่ายหญิงเบือนหน้าหนี (ไปทางขวา) ทำนองว่าไม่อยากคุยด้วย ถ้าเอาทฤษฎีข้างต้นมาจับแสดงว่าทั้งสองฝ่ายนั้น ปากพูดไปอย่าง แต่ใจคิดไปอีกอย่าง ดังนั้นคำพูดที่พูดออกมาดูเหมือนว่าทะเลาะกันนั้น แต่ในใจอาจไม่ใช่ก็ได้

ส่วนข้อสรุปจะได้เมื่อใดนั้นผมก็ไม่สามารถตอบได้ ทำได้แค่นั่งดูอยู่ห่าง ๆ เท่านั้น แต่โดยส่วนตัวแล้วชอบเรื่องที่มันจบแบบ Happy ending ดังนั้นก็คาดหวังว่าคู่นี้จะจบแบบ Happy ending เช่นกัน :)

เมื่อระดับตัวทำละลายใน polymerisation reactor เพิ่มสูงขึ้น MO Memoir : Wednesday 2 May 2555

เรื่องใน Memoir ฉบับนี้ส่วนหนึ่งเกี่ยวข้องกับการวัดระดับของเหลวที่ได้เกริ่นเอาไว้ใน Memoir ฉบับที่แล้ว ผู้ที่ไปนั่งฟังผมบรรยายเมื่อสัปดาห์ที่แล้วก็คงได้ยินผมได้ให้ความเห็นไปส่วนหนึ่งแล้ว แต่ใน Memoir นี้มีรายละเอียดเพิ่มเติมอีก

รูปที่ ๑ เป็นแผนผังอย่างง่ายของเครื่องปฏิกรณ์ผลิต HDPE (High Density Polyethylene) ใน slurry phase ของกระบวนการหนึ่ง 

 

เครื่องปฏิกรณ์พอลิเมอร์ไรซ์ (D1) เป็นระบบถังกวน เฮกเซน (C₆H₁₄) ที่ใช้เป็นตัวทำละลายถูกป้อนเข้าไปในเครื่องปฏิกรณ์ แก๊สเอทิลีน (C₂H₄) โคโมโนเมอร์^(๑) (เช่นโพรพิลีน C₃H₆ หรือบิวทีน C₄H₈) ไฮโดรเจน^(๒) และตัวเร่งปฏิกิริยา^(๓) ต่างถูกฉีดเข้าไปทางด้านล่างของถังปฏิกรณ์แก๊สส่วนหนึ่งจะละลายเข้าไปในเฮกเซนและทำปฏิกิริยากลายเป็นพอลิเมอร์ และส่วนที่เหลือจะอยู่ในรูปของฟองแก๊สลอยขึ้นมาทางด้านบน^(๔)

เมื่อเกิดปฏิกิริยา เอทิลีนและโคโมโนเมอร์จะต่อกันเป็นสายโซ่ที่มีขนาดยาวขึ้น ถ้าสายโซ่ยังยาวไม่มากพอสายโซ่ที่ได้จะยังละลายในเฮกเซน สายโซ่ขนาดนี้เรียกว่าโอลิโกเมอร์ (oligomer) ซึ่งไม่สามารถนำไปใช้เป็นพอลิเมอร์ได้ แต่เมื่อสายโซ่ยาวมากพอสายโซ่นั้นจะรวมกันเป็นผงอนุภาคพอลิเมอร์แขวนลอยอยู่ในตัวทำละลาย เฟสของเหลวที่ได้นี้เป็นเฟสที่เราเรียกว่าสเลอรี (slurry - เฟสที่มีของแข็งแขวนลอยอยู่ในของเหลว)

รูปที่ ๑ แผนผังอย่างง่ายของระบบเครื่องปฏิกรณ์ที่เป็นปัญหา

ความร้อนที่เกิดจากปฏิกิริยาถูกระบายออก ๒ ทางด้วยกัน ทางแรกคือการใช้น้ำหล่อเย็นระบายความร้อนออกจากสเลอรีที่อยู่ในถังปฏิกรณ์ D1 โดยใช้น้ำเข้าไประบายผ่าน jacket ที่อยู่รอบ ๆ ถังปฏิกรณ์ D1 หรือโดยการดึงเอาสเลอรีจากถังปฏิกรณ์ D1 ป้อนไปยังเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (ถ้ามีการติดตั้งเพิ่ม) แล้วส่งวนกลับมาที่ถังปฏิกรณ์ D1 ใหม่อีกครั้ง

แต่การระบายความร้อนส่วนใหญ่เกิดผ่านทางการระเหยของเฮกเซนที่ใช้เป็นตัวทำละลาย โดยใช้การคุมความดันในถังปฏิกรณ์ D1 ให้เฮกเซนเดือดที่อุณหภูมิที่ต้องการทำปฏิกิริยา ไอระเหยของเฮกเซนและแก๊สที่เป็นสารตั้งต้นที่ไม่ทำปฏิกิริยาจะลอยไปยังเครื่องควบแน่น ที่จะทำการควบแน่นทำให้เฮกเซนเป็นของเหลวและป้อนกลับไปยังถังปฏิกรณ์ D1 ใหม่ ส่วนแก๊สที่ไม่ควบแน่นที่เครื่องควบแน่นจะถูกคอมเพรสเซอร์อัดเวียนป้อนกลับไปยังถังปฏิกรณ์ D1 ใหม่

เครื่องปฏิกรณ์ในรูปทำการควบคุมระดับความสูงของของเหลวด้วยการให้สเลอรีในเครื่องปฏิกรณ์ล้นออกทางท่อล้น การไหลออกทางท่อล้นอาศัยแรงโน้มถ่วงของโลก สิ่งที่ไหลออกทางท่อล้นนั้นไม่ได้มีแต่สเลอรี แต่ยังมีแก๊สที่ไม่ทำปฏิกิริยา (ทั้งที่อยู่ในรูปแบบฟองแก๊สและที่ละลายอยู่ในเฮกเซน) ติดไปด้วย ดังนั้นจึงต้องทำการแยกส่วนที่เป็นแก๊สออกก่อนโดยให้สเลอรีไหลไปยังถังแยกของเหลว-แก๊ส (D2) ก่อน แก๊สที่ติดมากับสเลอรีจะย้อนกลับไปยังเครื่องปฏิกรณ์ (D1) ผ่านทางท่อสมดุลความดัน (pressure balance line)

หน้าที่ของท่อสมดุลความดันคือทำให้ความดันเหนือผิวของเหลวในถัง D1 และ D2 เท่ากัน ของเหลวจึงจะไหลจากถัง D1 ไปยังถัง D2 ได้ ถ้าไม่มีท่อสมดุลความดันจะทำให้แก๊สที่ติดมากับสเลอรีนั้นสะสมในถัง D2 ทำให้ความดันในถัง D2 เพิ่มสูงขึ้นและอาจทำให้ของเหลวไม่สามารถไหลจากถัง D1 มายังถัง D2 ได้ 

 

สเลอรีที่แยกออกมาที่ถัง D2 จะถูกส่งต่อโดยความดันภายในถัง D2 ไปยัง Flash drum D3 ความดันใน Flash drum D3 นี้จะต่ำกว่าที่ถัง D2 ดังนั้นแก๊สที่ยังคงละลายอยู่ในเฮกเซนที่ความดันของถัง D2 จะระเหยกลายเป็นไอออกมาที่ถัง D3 แก๊สที่แยกออกมานี้จะถูกส่งต่อไปยังเครื่องควบแน่นและคอมเพรสเซอร์ ส่วนสเลอรีที่ออกมาทางก้นถัง D3 จะถูกส่งต่อไปยัง centrifuge เพื่อเหวี่ยงแยกเอาผงพอลิเมอร์ออกจากเฮกเซน

ที่กล่าวมาข้างต้นคือภาพคร่าว ๆ ของกระบวนการผลิตที่เกี่ยวข้องกับปัญหาที่ผมถูกถามมาเมื่อวันศุกร์ที่ผ่านมาจากการที่ไปบรรยายที่หน่วยงานแห่งหนึ่ง

คำถามที่เขาถามผมคือ "ทำไมเมื่อเปลี่ยนตัวเร่งปฏิกิริยาจาก A ไปเป็น B จึงทำให้ระดับของเหลวในถังปฏิกรณ์ D1 เพิ่มสูงขึ้น"

ตรงนี้ต้องขอกล่าวไว้ก่อนว่า สิ่งที่จะเขียนต่อไปนี้ไม่ได้เป็น "คำตอบ" เพราะผมมีข้อมูลจำกัด ผมให้แต่เพียงแค่ "สมมุติฐาน" ที่ตั้งขึ้นจากข้อมูลที่เขาให้มาและข้อมูลที่ผมมีอยู่ โดยจะสมมุติว่าถ้าผมต้องลงไปตรวจสอบหาสาเหตุ ผมจะตรวจสอบตรงจุดใดบ้าง ส่วนสมมุติฐานข้อไหนเป็นข้อที่ถูกต้องนั้นเขาต้องเป็นคนไปตรวจสอบเอง

สิ่งแรกที่ผมต้องการความชัดเจนก่อนก็คือ เมื่อเปลี่ยนตัวเร่งปฏิกิริยาจาก A ไปเป็น B แล้วเห็นระดับของเหลวในถังปฏิกรณ์ D1 เพิ่มสูงขึ้น และถ้าเปลี่ยนตัวเร่งปฏิกิริยาจาก B กลับมาเป็น A จะเห็นระดับของเหลวในถังปฏิกรณ์ D1 ลดลงเหมือนเดิมหรือไม่

คำตอบก็คือลดลงเหมือนเดิม เหตุผลที่ผมถามคำถามนี้ก็คือผมต้องการความมั่นใจว่าสิ่งที่เห็นดังกล่าวไม่ได้ไปทำให้การทำงานของเครื่องมือวัดผิดพลาด

สิ่งที่สองที่ต้องการความชัดเจนคือ ที่เขาบอกว่าเห็น "ระดับ" ของเหลวในถังเปลี่ยนนั้น เขาวัด "ระดับ" ของเหลวในถังโดยตรงหรือไม่

คำตอบก็คือเขา "ไม่ได้" วัดระดับของเหลวในถังโดยตรง แต่ใช้ differential pressure transmitter วัดความดันแตกต่างระหว่างความดันของแก๊สที่อยู่เหนือผิวของเหลวในถัง D1 กับความดันที่ก้นถัง D1 (ซึ่งเท่ากับความดันแก๊สเหนือผิวของเหลวบวกกับความดันที่เกิดจากความสูงของสเลอรี) จากนั้นจึงใช้ค่า "ความหนาแน่น" ของสเลอรีคำนวณหาค่าความสูงของระดับของเหลวในถังจากสูตร

Δp = ρgh

เมื่อ Δp คือผลต่างระหว่างความดันที่ก้นถัง D1 ลบด้วยความดันเหนือผิวของเหลวในถัง D1

ρ คือความหนาแน่นของสเลอรี

g คือความเร่งเนื่องจากแรงดึงดูดของโลก (9.81 m/s²)

h คือความสูงของระดับของเหลวในถัง

จะเห็นว่าการที่เห็น Δp เพิ่มขึ้นนั้นไม่ได้หมายความว่าค่า h เพิ่มสูงขึ้น ถ้าค่า ρ เพิ่มสูงขึ้นก็สามารถทำให้ค่า Δp เพิ่มขึ้นได้เช่นเดียวกัน ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่ในความเป็นจริงนั้นระดับความสูงของของเหลวในถังไม่ได้สูงขึ้น แต่เครื่องวัดแสดงผลว่าเพิ่มขึ้นเพราะค่า ρ ที่ป้อนให้กับเครื่องวัดนั้นต่ำกว่าค่า ρ ที่แท้จริงของสเลอรี

สิ่งแรกที่ผมคิดว่าควรต้องตรวจสอบก่อนคือ "ระดับที่แท้จริงของของเหลวในถัง" นั้นมีการเปลี่ยนแปลงจริงหรือไม่

สมมุติว่าระดับที่แท้จริงของสเลอรีในถังไม่มีการเปลี่ยนแปลง ตรงนี้ก็ต้องมาพิจารณาดูว่าค่า ρ ที่แท้จริงของสเลอรีนั้นสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามภาวะการทำปฏิกิริยาหรือไม่

ในมุมมองของผมนั้นค่า ρ ที่แท้จริงของสเลอรีจะขึ้นอยู่กับ

(ก) ความหนาแน่นของเฮกเซน

(ข) ปริมาณของโอลิโกเมอร์ที่ละลายอยู่ในเฮกเซน และ

(ค) ปริมาณผงพอลิเมอร์ที่แขวนลอยอยู่ในเฮกเซน

โอลิโกเมอร์และผงพอลิเมอร์นั้นมีความหนาแน่นมากกว่าเฮกเซน ดังนั้นในความเห็นผม การเปลี่ยนชนิดตัวเร่งปฏิกิริยาก็อาจทำให้ได้ปริมาณโอลิโกเมอร์และพอลิเมอร์ที่แตกต่างกันไป ทำให้ความหนาแน่นของสเลอรี (เฮกเซนผสมกับโอลิโกเมอร์และพอลิเมอร์) เปลี่ยนแปลงไปได้

ผมไม่มีข้อมูลว่าในการเปลี่ยนตัวเร่งปฏิกิริยานั้น พอลิเมอร์ที่ได้มีความหนาแน่นเปลี่ยนไปหรือไม่ ตรงนี้ผมขอตั้งสมมุติฐานว่าถ้าหากตอนที่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา A นั้นได้พอลิเมอร์ที่มีความหนาแน่นต่ำกว่าเมื่อใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา B (ดังนั้นโอลิโกเมอร์ที่ได้จากการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา A ก็จะมีความหนาแน่นต่ำกว่าโอลิโกเมอร์ที่ได้จากตัวเร่งปฏิกิริยา B ด้วย) ดังนั้นความหนาแน่นของสเลอรีที่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา B จึงน่าจะมีความหนาแน่นสูงกว่าสเลอรีที่ได้จากการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา A ดังนั้นแม้ว่าระดับความสูงที่แท้จริงของสเลอรีในถังไม่ได้สูงขึ้น แต่ความดันก้นถังก็จะเพิ่มขึ้นได้ (ผลจากความหนาแน่นของสเลอรีที่สูงขึ้น) ทำให้คำนวณได้ความสูงของสเลอรีในถังสูงกว่าความเป็นจริง

ทีนี้ถ้าสมมุติว่าระดับความสูงของสเลอรีมีการเพิ่มขึ้นจริง ก็ต้องมาพิจารณาต่อว่ามีปัจจัยอะไรบ้างที่สามารถทำให้การไหลของสเลอรีจากถัง D1 ไปยังถัง D2 มีปัญหา จึงทำให้เกิดการสะสมของสเลอรีในถัง D1 จึงทำให้ระดับความสูงของสเลอรีในถัง D1 เพิ่มสูงขึ้น

ดังนั้นตอนนี้ขอให้เราลองมาพิจารณาดูการไหลของของเหลวในท่อล้นสักนิด (รูปที่ ๒)

รูปที่ ๒ รูปแบบการไหลของของเหลวในท่อล้น (ซ้าย) ไหลไม่เต็มพื้นที่หน้าตัดท่อ (ขวา) ไหลเต็มพื้นที่หน้าตัดท่อ

(ก) ในกรณีที่ของเหลวที่ไหลในท่อล้นนั้นไหล "ไม่เต็ม" พื้นที่หน้าตัดท่อ (รูปที่ ๒ ซ้าย) ความดันเหนือผิวของเหลวในถัง D1 จะถือได้ว่าเท่ากับความดันเหนือผิวของเหลวในถัง D2 (เพราะแก๊สมีการเชื่อมต่อกันได้ทางท่อล้นและท่อสมดุลความดัน) ในกรณีนี้อัตราการไหลของของเหลวจากถัง D1 ไปยังถัง D2 จะไม่ขึ้นกับผลต่างของระดับความสูงของของเหลวในถัง D1 กับ D2 (ไม่ขึ้นกับค่า h1)

(ลองนึกภาพคุณเทน้ำใส่แก้วดูก็ได้ ไม่ว่าคุณจะวางแก้วน้ำบนพื้น บนเก้าอี้ หรือบนโต๊ะ น้ำจะล้นจากแก้วด้วยอัตราเดียวกันกับที่คุณเทเข้าไป)

(ข) ในกรณีที่ของเหลวที่ไหลในท่อล้นนั้นไหล "เต็ม" พื้นที่หน้าตัดท่อ (รูปที่ ๒ ขวา) ซึ่งจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อระดับสเลอรีในถัง D2 นั้นสูงจนกระทั่งปลายท่อล้นที่เชื่อมต่อเข้าถัง D2 นั้นจมอยู่ในระดับผิวสเลอรีในถัง D2 

 

ในกรณีนี้การปรับสมดุลความดันระหว่างถัง D1 และ D2 จะขึ้นอยู่กับปริมาณแก๊สที่ติดเข้ามากับสเลอรีที่ไหลเข้ามาในถัง D2 และขนาดของท่อสมดุลความดัน ซึ่งจะขอพิจารณาแยกเป็นสองกรณีดังนี้

(ข๑) ถ้าท่อสมดุลความดันมีขนาดที่สามารถปรับให้ความดันในถัง D2 เท่ากับถัง D1 ได้ สเลอรีจะสามารถไหลจากถัง D1 ไปยังถัง D2 ได้โดยไม่ติดขัดอะไร

(ข๒) แต่ถ้าท่อสมดุลความดันไม่สามารถระบายแก๊สได้ทัน ทำให้เกิดการสะสมของแก๊สในถัง D2 ความดันเหนือผิวของเหลวในถัง D2 จะสูงขึ้น อัตราการไหลของสเลอรีผ่านท่อล้นจากถัง D1 ไปยังถัง D2 จะลดลง ทำให้ระดับของสเลอรีในถัง D1 เพิ่มสูงขึ้น แต่เมื่อระดับของสเลอรีในถัง D1 เพิ่มสูงขึ้นก็จะทำค่า h2 (ดูรูปที่ ๒ ขวา) เพิ่มสูงขึ้น ซึ่งจะไปทำให้อัตราการไหลของสเลอรีจากถัง D1 ไปยังถัง D2 เพิ่มขึ้น จนในที่สุดระบบก็จะเข้าสู่ค่าสมดุลที่ระดับใหม่

(ค) อีกจุดหนึ่งที่ผมคิดว่าควรตรวจสอบคือความดันในถัง D3 เพราะการไหลของของเหลวจากถัง D2 ไปยังถัง D3 นั้นไม่มีการใช้ปั๊ม (ผมไม่แน่ใจว่าระบบที่แท้จริงของเขาเป็นอย่างนี้หรือเปล่า แต่ผมเข้าใจว่าน่าจะเป็นอย่างนี้) เพราะถ้าความดันในถัง D3 เพิ่มสูงขึ้น ก็จะทำให้การไหลของสเลอรีไหลจากถัง D2 ไปยังถัง D3 ได้ยากขึ้น สเลอรีจึงเกิดการสะสมในถัง D2 ทำให้ระดับสเลอรีในถัง D2 เพิ่มสูงขึ้น ซึ่งถ้าหากระดับสเลอรีในถัง D2 ที่เพิ่มสูงขึ้นนี้สูงท่วมทางออกของท่อล้นที่ต่อเข้าถัง D2 ก็จะส่งผลต่อไปยังระดับสเลอรีในถัง D1 ได้

ในความเป็นจริงความดันในถัง D3 นั้นจะมีโอกาสเพิ่มสูงขึ้นหรือไม่นั้น ผมคิดว่ามันมีโอกาสแต่จะเกิดจากสาเหตุใดนั้นคงไม่สามารถให้ความเห็นใดได้ แต่ถ้ามันไม่มีโอกาสเพิ่มสูงขึ้น สมมุติฐานข้อ (ค) นี้ก็จะตกไป

หวังว่าที่เขียนมาทั้งหมดนี้คงทำให้พวกคุณที่ยังไม่มีความรู้และ/หรือประสบการณ์ทางด้านนี้โดยตรงพอจะมองเห็นภาพต่าง ๆ ได้ชัดเจนมากขึ้น สิ่งที่ผมอยากให้พวกคุณได้เรียนจาก Memoir ฉบับนี้ก็คือในการตั้งคำถามเพื่อหาคำตอบนั้น เราควรพยายามตั้งคำถามให้เป็นกลางและถามคำถามพื้น ๆ ก่อน จากนั้นจึงค่อยนำข้อมูลที่มีอยู่มาทำการพิจารณา 

 

ตัวอย่างคำถามพื้น ๆ ที่ผมยกมาในที่นี้คือเขาบอกว่า "ระดับ" เพิ่มสูงขึ้น แต่ผมกลับถามว่าเขาวัด "ระดับ" โดยตรงหรือวัด "สิ่งอื่นที่ไม่ใช่ระดับ" แต่นำมาคำนวณหา "ระดับ" ซึ่งตรงนี้ถ้าเราคิดว่าทำการวัด "ระดับ" โดยตรง ก็จะทำให้เรามองข้ามสมมุติฐานเรื่อง "ความหนาแน่นมีการเปลี่ยนไปหรือไม่" ได้

ส่วนที่ว่าผมรู้รายละเอียดของกระบวนการนี้ได้ยังไงนั้น บ่ายวันวานบางคนก็ได้ทราบคำตอบแล้ว :)

หมายเหตุ

^(๑) โคโมโนเมอร์ใส่ลงไปเพื่อให้สายโซ่พอลิเมอร์อยู่ห่างจากกัน จะทำให้พอลิเมอร์ที่ได้รับแรงกระแทกได้ดีขึ้น และทำให้ความหนาแน่นของพอลิเมอร์ลดลง (เพราะที่ว่างระหว่างสายโซ่เพิ่มมากขึ้น) โคโมโนเมอร์ที่ใช้มักจะเป็นอัลฟาโอเลฟินส์ (โอเลฟินส์ที่มีพันธะคู่ C=C อยู่ที่คาร์บอนอะตอมแรก) ถ้าใช้โคโมเมอร์โมเลกุลใหญ่เช่น เฮกซีน (C₆H₁₂) หรือออกทีน (C₈H₁₆) พอลิเมอร์ที่ได้อาจกลายเป็น LLDPE แทนที่จะเป็น HDPE

^(๒) ไฮโดรเจนทำหน้าที่เป็นตัวปิดการต่อสายโซ่ให้ยาวขึ้น ถ้าใส่ไฮโดรเจนมากจะทำให้ได้พอลิเมอร์สายโซ่สั้นซึ่งมีความหนืดต่ำไหลได้ง่าย ในทางตรงกันข้ามถ้าใส่ไฮโดรเจนน้อยจะทำให้ได้พอลิเมอร์ที่มีความหนืดสูงไหลได้ยาก การวัดความหนืดของพอลิเมอร์จะวัดด้วยค่า Melt Flow Index (MFI) ซึ่งวัดจากน้ำหนักพอลิเมอร์ที่ไหลผ่านรูเมื่อมีแรงกด ณ อุณหภูมิ ขนาดรู และแรงกดตามที่กำหนด ในเวลาที่กำหนดไว้

^(๓) ระบบตัวเร่งปฏิกิริยา Ziegler-Natta ประกอบด้วยสองส่วน ส่วนแรกเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาหลักซึ่งมักเป็นสารประกอบ Ti บนตัวรองรับ MgCl₂ และส่วนที่สองเป็นสารประกอบอัลคิลกับโลหะ ที่ใช้กันมากที่สุดตัวหนึ่งได้แก่สารประกอบอัลคิลอะลูมิเนียมเช่น triethyl aluminium (Al(C₂H₅)₃)

^(๔) ในทางปฏิบัตินั้นจะควบคุมองค์ประกอบของแก๊สที่ป้อนเข้าถังปฏิกรณ์ D1 แต่ความเข้มข้นที่แท้จริงที่เกี่ยวข้องกับการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรซ์นั้นคือความเข้มข้นของสารตั้งต้นแต่ละตัวที่ละลายอยู่ในเฮกเซน ไม่ใช่ความเข้มข้นในเฟสแก๊ส ดังนั้นแม้ว่าตัวทำละลายจะไม่เกี่ยวข้องกับกลไกการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรซ์ แต่ถ้าเปลี่ยนตัวทำละลายก็จะทำให้ค่าการละลายของแก๊สต่าง ๆ เปลี่ยนไปได้ ดังนั้นแม้ว่าจะป้อนแก๊สที่ความเข้มข้นเดียวกัน แต่ใช้ตัวทำละลายต่างกัน ก็มีสิทธิที่จะได้พอลิเมอร์ที่แตกต่างกันได้

การวัดระดับของเหลวในถัง MO Memoir : Sunday 29 April 2555

เช้าวันศุกร์ที่ ๒๗ เมษายนที่ผ่านมา ก่อนจะเริ่มการบรรยายที่หน่วยงานแห่งหนึ่ง วิศวกรผู้หนึ่งของกลุ่มหน่วยงานนั้นได้เข้ามาถามปัญหาเรื่องเกี่ยวกับตัวเร่งปฏิกิริยา โรงงานของเขาทำการผลิตพอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูงโดยใช้เครื่องปฏิกรณ์แบบถังกวนชนิด slurry reactor รายละเอียดของคำถามของเขาและความเห็นที่ผมให้ไปจะเล่าต่อใน Memoir ฉบับหน้า แต่เนื่องจากคำถามของเขามันเกี่ยวกับอุปกรณ์วัดระดับของเหลวในถัง ดังนั้นผมจึงเห็นว่าควรที่จะปูพื้นฐานให้พวกคุณที่ยังคงไม่ค่อยจะมีหรือไม่มีความรู้เกี่ยวกับอุปกรณ์วัดระดับของเหลวในถังก่อน โดยจะแนะนำให้รู้จักเพียงบางชนิดง่าย ๆ ก่อนเท่านั้น

รูปที่ ๑ (ซ้าย) หลักของของอุปกรณ์สำหรับดูระดับของเหลวในถังแบบง่าย ซึ่งของเหลวในท่อแก้ว (หรือท่อโลหะที่มีกระจกหน้าต่างเป็นแก้ว) จะเปลี่ยนแปลงตามระดับความสูงของของเหลวในถัง แต่ถ้าหากเกิดอุบัติเหตุที่ทำให้ท่อแก้วแตกก็จะทำให้ของเหลวในถังรั่วไหลออกมา บางบริษัท (รูปขวา) จึงได้ออกแบบให้มีลูกลอยที่เป็นแม่เหล็กลอย (Float) อยู่ในท่อโลหะ (Float chamber) ลูกลอยแม่เหล็กจะลอยขึ้นลงตามระดับความสูงของของเหลวในถัง และแรงแม่เหล็กจะไปทำให้ลูกลอยอีกตัวหนึ่ง (Indicator) ที่อยู่ในท่อบอกระดับ (Indicator tube) ลอยขึ้นลงตามไปด้วย ในการใช้งานนั้นจะต้องเปิดวาล์วเชื่อมต่อกับถังทั้งตัวบนและตัวล่าง ในกรณีที่ความสูงของของเหลวในถังมีการเปลี่ยนแปลงเกินกว่าที่จะใช้อุปกรณ์เพียงตัวเดียววัดได้ ก็จะใช้อุปกรณ์ดังกล่าวหลายตัวติดตั้งที่ระดับความสูงที่แตกต่างกัน

(รูปขวามาจาก http://www.babbittlevel.com/llg.html)

แบบแรกที่จะแนะนำให้รู้จักคือแบบท่อแก้ว อุปกรณ์ชนิดนี้เป็นอุปกรณ์วัดระดับความสูงของของเหลวโดยตรง ข้อเสียของอุปกรณ์ชนิดนี้คือมีส่วนที่เป็นกระจกซึ่งเป็นวัสดุที่แตกหักง่าย ดังนั้นจึงไม่เหมาะกับการวัดระดับถังความดันหรือบรรจุของเหลวอันตรายหรือสารที่เป็นของเหลวภายใต้ความดัน ในกรณีที่ต้องการวัดการเปลี่ยนแปลงระดังที่มากก็อาจทำการติดตั้งอุปกรณ์หลายตัวให้อยู่ในระดับความสูงที่แตกต่างกัน ตัวอย่างของอุปกรณ์ประเภทนี้ผมนำมาแสดงในรูปที่ ๑ และ ๒ แล้ว

รูปที่ ๒ ตัวอย่างอุปกรณ์ดูระดับของเหลวในถังชนิดที่เป็นท่อแก้ว 

(รูปจาก http://amonton.com/gpage8.html)

ในกรณีที่เป็นถังเก็บขนาดใหญ่ จะมีอุปกรณ์บอกระดับชนิดลูกลอย (ดูรูปที่ ๓ ประกอบ) อุปกรณ์นี้จะมีลูกลอยตัวหนึ่งลอยอยู่บนผิวของเหลวในถัง โดยจะลอยขึ้นลงตามระดับความสูงของของเหลว ลูกลอยนี้จะมีลวดผูกเชื่อมพาดผ่านระบบรอกเข้ากับตัวชี้ระดับที่แขวนห้อยอยู่ด้านนอกถัง เมื่อลูกลอยลอยสูงขึ้นตัวชี้ระดับก็จะเคลื่อนต่ำลง และเมื่อลูกลอยลดต่ำลงตัวชี้ระดับก็จะเคลื่อนสูงขึ้น อุปกรณ์ชนิดนี้ก็เป็นอุปกรณ์ที่วัดระดับของเหลวในถังโดยตรง

รูปที่ ๓ อุปกรณ์วัดระดับของเหลวในถังเก็บความดันบรรยากาศ

(รูปจาก http://www.tankgauging.com/products/6700lli.html)

ในกรณีของถังบรรจุของเหลวภายใต้ความดันและ/หรืออุณหภูมิที่แตกต่างไปจากอุณหภูมิห้องมาก (ทั้งร้อนและเย็น) จะไม่ทำการวัดระดับของเหลวในถังโดยตรง แต่จะทำการวัดแตกต่างระหว่างความดันด้านบนของถัง (ซึ่งเป็นความดันที่เกิดจากความดันของแก๊สที่อยู่เหนือผิวของเหลว) และความดันที่ก้นถัง (ซึ่งเป็นความดันที่เกิดจากความดันของแก๊สที่อยู่เหนือผิวของเหลวรวมกับความดันที่เกิดจากระดับความสูงของของเหลว) และถ้าทราบความหนาแน่นของของเหลวที่บรรจุอยู่ก็จะสามารถคำนวณหาระดับความสูงของของเหลวได้ อุปกรณ์ที่ใช้วัดความแตกต่างความดันนี้เรียกว่า differential pressure transmitter (หรือบางทีก็เรียกว่า dp cell) อุปกรณ์ประเภทนี้จะสามารถส่งสัญญาณความดันไปแสดงผลยังห้องควบคุมหรือไปยังระบบคอมพิวเตอร์ควบคุมได้

รูปที่ ๔ การวัดระดับของเหลวในถังด้วย Differential pressure transmitter

ในกรณีของการใช้ differential pressure transmitter ในการวัดความดันนั้น ควรที่จะพึงระลึกว่าความดันที่ก้นถังเปลี่ยนแปลงตาม 

 

(ก) ระดับความสูงของของเหลวภายในถัง และ/หรือ

(ข) ความหนาแน่นของของเหลวภายในถัง

ถ้าถังนั้นเป็นถังบรรจุสารบริสุทธิ์หรือสารผสมที่มีส่วนผสมคงที่และมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิไม่มาก ก็อาจถือได้ว่าความหนาแน่นของของเหลวภายในถังนั้นคงที่ แต่ถ้าเป็นถังบรรจุสารผสมที่ส่วนผสมนั้นมีการเปลี่ยนแปลงได้หรืออุณหภูมิของเหลวที่ป้อนเข้าถังนั้นมีการแตกต่างกันมาก ก็ต้องมีการพิจารณาว่าส่วนผสมและ/หรืออุณหภูมิของของเหลวที่เปลี่ยนแปลงไปนั้นส่งผลต่อความหนาแน่นของของเหลวหรือไม่ เพราะการเปลี่ยนแปลงที่ทำให้ความหนาแน่นสูงขึ้นจะทำให้อ่านระดับความสูงของของเหลวได้สูงเกินจริง และในทางกลับกันการเปลี่ยนแปลงที่ทำให้ความหนาแน่นลดลงจะทำให้อ่านระดับความสูงของของเหลวได้ต่ำเกินจริง

การใช้เทคนิคการดูดกลืนกัมมัตภาพรังสีก็สามารถนำมาใช้ในการวัดระดับได้ ซึ่งเทคนิคการวัดการดูดกลืนกัมมันตภาพรังสีอาศัยหลักการที่ว่าวัสดุที่มีความหนาแน่นสูงจะดูดกลืนรังสีได้มากกว่าวัสดุที่มีความหนาแน่นต่ำกว่า เทคนิคนี้สามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้กับการวัดระดับของเหลว การวัดระดับของแข็งในถัง และการวัดระดับความสูงของเบดฟลูอิไดซ์

การนำการวัดการดูดกลืนกัมมันตภาพรังสีไปใช้วัดระดับความสูงของของเหลวหรือเบดฟลูอิไดซ์นั้นไม่ค่อยมีปัญหาเรื่องระดับผิวบนสุด เพราะมันจะขนานไปกับพื้นโลกอยู่แล้ว แต่ในกรณีของของแข็งนั้นเวลาที่เราบรรจุของแข็งเข้าไปในถังเก็บหรือไซโล ระดับผิวบนสุดของชั้นของแข็งไม่จำเป็นต้องราบขนานไปกับพื้นโลก แต่อาจกองเป็นเนินสูงหรือเป็นหลุมยุบลงไปก็ได้ ซึ่งสามารถทำให้ผลการวัดระดับความสูงไม่ถูกต้องได้ (ดูรูปที่ ๕)

รูปที่ ๕ การวัดระดับของแข็งในถังเก็บด้วยกัมมันตภาพรังสี ในกรณีของรูปซ้ายนั้นจะให้ระดับที่ถูกต้อง แต่ถ้าผิวบนของชั้นของแข็งมีการลาดเทไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่งหรือมีการยุบตัวลงตรงกลาง (ที่อาจเกิดเวลาที่ระบายของแข็งออกจากถังเก็บทางด้านล่าง การวัดระดับก็จะผิดพลาดได้ ดังนั้นวิธีที่ดีกว่าสำหรับการวัด "ปริมาณ" ของแข็งในถังเก็บคือการชั่งน้ำหนัก

เคยมีประสบการณ์ไปเยี่ยมวิศวกรรายหนึ่งที่โรงบำบัดน้ำเสียแห่งหนึ่งที่มีการใช้สารละลายกรดกำมะถันในการบำบัดน้ำเสีย ทางโรงบำบัดน้ำเสียพึ่งจะทำการติดตั้งถังเหล็กสำหรับเก็บกรดกำมะถันเข้มข้นและยังไม่มีการติดตั้งอุปกรณ์วัดระดับใด ๆ เอาไว้กลางแจ้ง หน้าที่หนึ่งของวิศวกรท่านนั้น (พึ่งจะจบมาใหม่) คือการหาว่าในแต่ละวันจะใช้กรดกำมะถันปริมาณเท่าใด เพื่อที่จะได้วางแผนการสั่งเข้ามาทดแทน ถังดังกล่าวสูงประมาณ ๒ เมตรเศษ

การหาปริมาณกรดกำมะถันที่ใช้ไปนั้นจะหาจากการเปลี่ยนแปลงปริมาตรของกรดที่เหลืออยู่ในถัง จากการวัดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของถังก็จะหาพื้นที่หน้าตัดของถังได้ และถ้าทราบความสูงของระดับของเหลวในถังก็จะคำนวณหาปริมาณของกรดในถังได้ ปัญหาของเขาในขณะนั้นคือจะรู้ได้อย่างไรว่าระดับของเหลวในถังอยู่ที่ระดับใด

ผมก็บอกให้เขาพาผมไปที่ถังดังกล่าวแล้วผมก็เอาหลังมือแตะที่ถังนั้นที่ระดับความสูงต่าง ๆ แล้วในที่สุดผมก็บอกเขาว่าตอนนี้ระดับของกรดในถังอยู่ที่ตำแหน่งนี้

ถังที่ตั้งกลางแจ้งที่ตากแดดนั้น อุณหภูมิผิวโลหะส่วนที่ต่ำกว่าระดับของเหลวจะเย็นกว่าอุณหภูมิผิวโลหะส่วนที่อยู่เหนือระดับผิวของเหลว ความแตกต่างนี้แม้ไม่มากแต่หลังมือของเราก็รู้สึกได้ สิ่งที่ผมทำก็คือเอาหลังมือแตะผิวโลหะด้านนอกของถังเพื่อหาว่าที่ระดับใดอุณหภูมิของผิวโลหะแตกต่างกัน ตรงนั้นก็จะเป็นระดับผิวบนของของเหลวในถัง

บ่อยครั้งที่วิศวกรนั้นต้องทำงานโดยไม่มีอุปกรณ์ช่วยใด ๆ โดยเฉพาะการแก้ปัญหาเฉพาะหน้าหรือการแก้ปัญหาหน้างาน ซึ่งก็ต้องฝึกเอาไว้บ้างเผื่อจำเป็น

รูปที่ ๖ ถังที่วางตากแดดนั้นอุณหภูมิของผิวถังเหนือระดับของเหลวจะสูงกว่าอุณหภูมิของผิวถังใต้ระดับของเหลวอยู่เล็กน้อย แต่ก็มากพอที่มือของเราจะรู้สึกได้ ในกรณีที่ไม่มีอุปกรณ์วัดใด ๆ เลยเราก็สามารถใช้วิธีการนี้ระบุความสูงของของเหลวในถังได้

การวัดความเป็นกรดบนพื้นผิวของแข็ง (อีกครั้ง) MO Memoir : Thursday 11 February 2553

ก่อนอื่นขอตั้งข้อสังเกตหน่อยนะว่า ในการประชุมเมื่อวันอังคารที่ผ่านมา ซึ่งผมไม่ได้เข้าร่วมประชุมแต่ได้ให้สาวน้อยหน้าใสใส่แว่นยิ้มได้ทั้งวันเข้าประชุมและทำรายงานการประชุมให้ผมด้วย ผมแปลกใจที่ว่าการที่เราจะต้องทำอะไรต่อไปนั้น เป็นสิ่งที่ทาง "บริษัท" ควรเป็นคนบอกให้เราทำ ซึ่งงานดังกล่าวต้องอยู่ในเงื่อนไขของสัญญา แต่คนที่อยู่ในทีมที่ร่วมกันทำงานส่งให้บริษัท ไม่ควรจะไปบอกให้ทำอะไรเพิ่มเติมนอกเหนือไปจากเงื่อนไขสัญญา ถ้าอยากให้ทำก็ควรคุยกันนอกรอบในการประชุมงานวิจัยของทีม ไม่ควรที่จะไปพูดในที่ประชุมที่มีตัวแทนของบริษัทอยู่ด้วย (เรื่องทั้งเรื่องคือว่าในเมื่อบริษัทเขาไม่สนใจ ทำไมเราต้องไปนำเสนอว่าจะทำเรื่องนั้นเพิ่มให้บริษัท เราทำของเราเก็บเอาไว้เองไม่ดีกว่าหรือ) ตอนนี้สิ่งที่สาวน้อยหน้าใสใส่แว่นยิ้มได้ทั้งวันควรตั้งใจทำคือ สิ่งที่ (๑) อยู่ในขอบเขตของโครงร่างวิทยานิพนธ์ และ (๒) สิ่งที่อยู่ในขอบเขตสัญญางานที่ส่งให้กับทางบริษัท ซึ่งตามหัวข้อ (๒) นั้นยังไม่ต้องบอกบริษัททั้งหมดหรอก เก็บเอาไว้บางก็ได้ เพราะอาจต้องใช้ยื่นหมูยื่นแมว (เงินก็ยังไม่ให้สักบาทแล้วยังจะเอางานอีก)

ก่อนที่จะเข้าเรื่องการวัดความเป็นกรดนั้นผมขอตอบคำถามบางข้อก่อน เรื่องแรกเกี่ยวกับการเลือกใช้ support การที่เราใช้ titania ก็เพราะ titania ทนต่อ SOx ในแก๊ส alumina นั้นจะทำปฏิกิริยากับ SOx กลายเป็นสารประกอบซัลเฟตได้ ทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยาเสื่อมสภาพ (เรื่องความเป็นกรด-เบสของพื้นผิวไม่เกี่ยว)

ส่วนเรื่องที่ต้องการให้หากลไกนั้นผมมองว่าเป็นเรื่องรองลงไป เพราะในปัจจุบันมีตัวเร่งปฏิกิริยาเยอะมากที่เรายังไม่รู้เลยว่ากลไกการเกิดปฏิกิริยาเป็นอย่างไร แต่ก็ใช้งานกันอยู่ (เช่นตัวที่เรากำลังศึกษาอยู่นี้ ก็ยังมีหลายทฤษฎีเลย) หรือมารู้ว่ากลไกเป็นอย่างไรก็หลังจากที่มีการนำไปใช้งานในเชิงพาณิชย์แล้ว การที่ต้องการทราบกลไกก่อนคงด้วยเหตุผลอื่นมากกว่าการต้องการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาให้เสร็จภายในเงื่อนไขสัญญา

ส่วนเรื่องผล NH₃-TPD ที่มีการตั้งข้อสงสัยนั้น เนื่องจากผมไม่เห็นผลการวัดที่มีการกล่าวถึง จึงไม่สามารถกล่าวอะไรได้มาก แต่คาดว่าปัญหานั้นเกิดจากการไม่เข้าใจและไม่คิดจะทำความเข้าใจพื้นฐานการวัดและการทำงานของเครื่องมือ และอาจมีปัญหาเกี่ยวข้องกับเรื่องการลาก base line ด้วย ซึ่งเรื่องนี้พบเห็นอยู่เป็นประจำ ตรงนี้ขอย้ำอีกครั้งว่าการวัดความเป็นกรดของพื้นผิวด้วยการใช้การดูดซับ-คายซับโมเลกุลเบสที่ลงไปเกาะนั้น เคยกล่าวไว้แล้วถึง ๔ ครั้งใน memoir ๔ ฉบับต่อไปนี้

(๑) MO Memoir 2552 Jan 30 Fri Thermal conductivity detector
(๒) MO Memoir 2552 Feb 3 Tue Thermal conductivity detector (ภาค 2)
(๓) MO Memoir 2552 Apr 4 Sat สรุปคำถาม-ตอบการสอบวันศุกร์ที่ ๓ เมษายน ๒๕๕๓
(๔) MO Memoir 2553 Jan 20 Wed การวัดปริมาณ-ความแรงของตำแหน่งที่เป็นกรดบนพื้นผิว

เอกสารฉบับ (๑) และ (๒) นั้นเกี่ยวข้องกับพื้นฐานการวัดและการลาก base line เอกสารฉบับ (๓) นั้นกล่าวถึงความเข้าใจเรื่องการจำแนกความแรง และเอกสารฉบับ (๔) นั้นเกี่ยวกับข้องเทคนิคการวัดปริมาณ
ที่ผ่านมานั้นในการวัด NH₃-TPD มักจะมีปัญหาได้กราฟออกมาไม่เหมือนกันแม้ว่าจะใช้ตัวอย่างเดียวกัน แต่ถ้าเราเข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้นและลากเส้น base line ได้อย่างเหมาะสม เราก็จะพบว่าผลการวัดสามารถทำซ้ำได้ ดังนั้นประเด็นที่สำคัญคือควรจะลากเส้น base line อย่างไรเพื่อที่จะแยกสัญญาณที่เกิดจากการคายซับแอมโมเนียออกจากสัญญาณที่เกิดจากปรากฏการณ์อื่น

ปัญหาเรื่องการลากเส้น base line นั้นทางกลุ่มเราเห็นปัญหาดังกล่าวมาตั้งแต่ราว ๆ ปีพ.ศ. ๒๕๔๗ แล้ว (เมื่อ ๖ ปีที่แล้ว) โปรแกรม "fityk" นั้นผมก็เป็นคนไปค้นหาจากอินเทอร์เนตแล้วเอามาใช้กันในกลุ่มเรา วิทยานิพนธ์เล่มแรกที่ปรากฏว่าใช้โปรแกรมดังกล่าวเป็นของ ปารียนันท์ (ป.โท ปีการศึกษา ๒๕๔๘) ปีการศึกษาถัดมา (๒๕๔๙) ก็ปรากฏในวิทยานิพนธ์ป.โทของ คริษฐา (คนทำอุปกรณ์วัด pyridine adsorption ที่เรากำลังใช้กันอยู่นั่นแหละ) ปาณัสม์ ณัฐพร เอมอร และเกรียงไกร และการที่ทำไมเราจึงใช้ฟังก์ชัน split gaussian (ที่ตัวโปรแกรม fityk มันเรียกอย่างนั้น แต่ก็เห็นในบางโปรแกรมเรียก curve ลักษณะดังกล่าวว่า skew gaussian) ในการ fit curve ที่ได้จาก GC หรือ TPD ต่างก็มีเหตุผลและทฤษฎีรองรับ (เอาไว้วันหลังจะเล่าให้ฟัง) ไม่ใช่ใช้แบบมั่ว ๆ ขึ้นมาลอย ๆ แต่ในการ deconvolution curve ของ IR หรือ UV-Vis เราจะใช้ฟังก์ชัน gaussian ที่มีลักษณะสมมาตรนะ

ถ้าคุณใช้ซอร์ฟแวร์ที่มากับตัวเครื่องมือวิเคราะห์ ซอร์ฟแวร์ดังกล่าวจะใช้ฟังก์ชัน gaussian ในการ fit curve ซึ่งผมมีความเห็นว่าถ้าต้องการเพียงแค่คำนวณพื้นที่ใต้กราฟรวมก็ใช้ได้ แต่ถ้าต้องการใช้ระบุว่ากราฟดังกล่าวประกอบด้วยพีคที่ตำแหน่งใดและมีขนาดเท่าใดก็ไม่ควรนำมาใช้

พฤติกรรมหนึ่งที่เห็นเป็นปรกติในแลปที่พวกเราทำงานอยู่คือ ส่วนใหญ่ไม่ยอมศึกษาว่าเครื่องมือแต่ละเครื่องนั้นมีหลักการทำงานอย่างไร การใช้เครื่องมือที่ถูกต้องนั้นต้องทำอย่างไร และผลที่ได้นั้นต้องพิจารณาอะไรบ้างก่อนที่จะแปลผล ทำเหมือนกับว่าเครื่องวิเคราะห์ต่าง ๆ เป็นเหมือนเครื่องชั่งหรือเทอร์โมมิเตอร์ พอใส่ตัวอย่างลงไปก็อ่านตัวเลขก็จบเลย พอตัวเลขไม่ออกมาอย่างที่คาดหวังไว้ ก็โทษว่าเครื่องมือหรือเทคนิคมีปัญหา ให้ไปใช้เทคนิคอื่น แล้วเหตุการณ์แบบเดิมก็เกิดซ้ำอีก

จากข้อมูลวิธีการวิเคราะห์ด้วยเทคนิคการไทเทรตที่ได้ฟังมาคร่าว ๆ นั้น ผมเห็นว่ามีข้อควรระวังที่ต้องคำนึงถึงอยู่หลายข้อด้วยกัน และถ้าไม่ได้คำนึงถึงข้อควรระวังดังกล่าว ก็เชื่อว่าผลการทดลองที่ได้ก็มีปัญหาอีก

ขอเริ่มไปกันทีละข้อเลย


ข้อที่ ๑ ที่มาของเทคนิคดังกล่าว

จากการได้สอบถามผู้ที่เคยใช้เทคนิคดังกล่าวได้ความว่า (ผมเองก็ยังไม่เคยเห็นบทความต้นฉบับที่เป็นที่มาของเทคนิคดังกล่าวนั้น) เป็นการใช้วัดความเป็นกรดของตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้เรซินแลกเปลี่ยนไอออน (ion-exchange resin) เป็นตัวรองรับ เนื่องจากเรซินแลกเปลี่ยนไอออนดังกล่าวเป็นวัสดุพอลิเมอร์ ดังนั้นจึงไม่สามารถทนอุณหภูมิสูงที่ใช้ในการไล่แอมโมเนียในกระบวนการ NH₃-TPD ได้ (เพราะเรซินจะไหม้ ทำให้ค่าการวัดเชื่อถือไม่ได้) เขาจึงหลีกมาใช้วิธีการนี้แทน และให้เหตุผลว่าให้ค่าที่ถูกต้องกว่า (แต่ต้องเมื่อเทียบกับเอาเรซินแลกเปลี่ยนไอออนนั้นไปวัด NH₃-TPD นะ ไม่ได้หมายความว่าเป็นกับตัวอย่างทุกชนิด)

เรซินแลกเปลี่ยนไอออนชื่อก็บอกแล้วว่าแลกเปลี่ยนไอออนได้ ดังนั้นการนำเรซินนี้ไปแช่น้ำเกลือ (NaCl) จึงทำให้สามารถดึงเอาโปรตอนส่วนใหญ่ (หรือเกือบทั้งหมดออกมาจากเรซินได้)

มีคำถามหนึ่งที่น่าถามตรงนี้คือ ถ้าเช่นนั้นแล้วทำไมจึงไม่วัดค่า pH แล้วคำนวณกลับมาเป็นความเข้มข้นของกรดเลย ต้องไปไทเทรตหาปริมาณอีกทำไม ใช้วิธีเอาตัวอย่างมาน้ำหนักเท่า ๆ กันแช่ในสารละลาย NaCl ปริมาตรเท่ากันเป็นเวลานานเท่ากัน แล้วก็วัดค่าพีเอช ตัวอย่างไหนให้ค่าพีเอชต่ำสุดก็สรุปเลยว่าตัวอย่างนั้นมีความเป็นกรดมากที่สุดไม่ได้หรือ

การที่ต้องเอาไปไทเทรตต่อแสดงว่าไม่มั่นใจว่าการแลกเปลี่ยนไอออนจะเกิดได้สมบูรณ์ ต้องมีการดึงเอาโปรตอนบางส่วนออกจากสารละลาย (ด้วยการเติมด่าง) จึงจะทำให้โปรตอนหลุดออกมาจากผิวเรซินมากขึ้น นั่นแสดงว่าการแตกตัวของเรซินนั้นไม่สมบูรณ์ 100% (เป็นเสมือนกรดอ่อน) ดังนั้นค่าพีเอชที่จุดสมมูลของการไทเทรตจึงไม่ควรอยู่ที 7 แต่ควรมีค่ามากกว่า 7

ขอทบทวนความรู้ตรงนี้หน่อยว่า จุดสมมูล (equivalent point) ของการไทเทรตคือจุดที่กรด-เบสทำปฏิกิริยากันพอดี ส่วนจุดยุติ (end point) ของการไทเทรตคือจุดที่อินดิเคเตอร์แสดงผล เช่นเวลาที่คุณไทเทรตกรดแก่ด้วยเบสแก่ และใช้ฟีนอฟทาลีนเป็นอินดิเคเตอร์ จุดสมมูลของการไทเทรตคือจุดที่ค่าพีเอชของสารละลายเท่ากับ 7 แต่คุณหยุดไทเทรตเมื่อเห็นสารละลายมีสีชมพูอ่อน แต่ขณะนั้นพีเอชของสารละลายก็มีค่าเลย 8 ไปแล้ว ส่วนความผิดพลาดของการไทเทรตจะมากน้อยเท่าใดก็ขึ้นอยู่ว่าปริมาตรของเบสที่เติมลงไปครั้งสุดท้าย ทำให้ค่าพีเอชเปลี่ยนจากน้อยกว่า 7 ไปจนเกิน 8 หรือไม่


ข้อที่ ๒ การสอบเทียบพีเอชมิเตอร์

ในบรรดาเครื่องวัดต่าง ๆ นั้น "พีเอชมิเตอร์" จัดเป็นเครื่องมือที่ต้องทำการสอบเทียบความถูกต้อง (หรือที่เราเรียกว่า calibrate นั่นแหละ) บ่อยครั้งที่สุด เรียกว่าถ้าต้องการความถูกต้องสูงก็ต้องทำ "ทุกครั้ง" ก่อนการวัด และการสอบเทียบนั้นจะทำที่ค่าพีเอชกี่ค่าก็ขึ้นอยู่กับว่าต้องการอะไร ถ้าต้องการควบคุมให้ค่าพีเอชอยู่ที่ตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่งเท่านั้น ก็อาจทำการสอบเทียบที่ค่าพีเอชค่าเดียวก็พอ แต่ถ้าต้องการวัดในช่วงกว้างแล้วก็ควรที่ต้องทำการสอบเทียบที่หลายตำแหน่ง และงานไทเทรตนั้นก็ถือว่าเป็นการวัดค่าพีเอชในช่วงกว้างด้วย

ในการสอบเทียบเพื่อให้ได้ความถูกต้องสูงนั้น จะเริ่มด้วยการล้าง pH probe ด้วยน้ำกลั่นก่อน จากนั้นจึงล้าง pH probe ด้วยสารละลายบัฟเฟอร์ที่ใช้สอบเทียบ (เพื่อล้างน้ำกลั่นออก) จากนั้นจึงนำ pH probe ไปจุ่มในสารละลายบัฟเฟอร์ที่ใช้สอบเทียบเพื่อทำการสอบเทียบ กระทำเช่นนี้ทุกค่าพีเอชที่ต้องการสอบเทียบ


ข้อที่ ๓ ค่าพีเอชของน้ำกลั่น

เรามักสมมุติไปเองว่าน้ำกลั่นหรือน้ำดีมิน (น้ำปราศจากไอออน) ที่เราใช้กันในห้องแลปนั้นเป็นน้ำบริสุทธิ์ที่มีค่าพีเอชเท่ากับ 7 แต่ในความเป็นจริงแล้วมันไม่ใช่ มันแค่บริสุทธิ์ในระดับหนึ่งเท่านั้นเอง ยังมีอะไรต่อมิอะไรปนเปื้อนอยู่อีก (เห็นได้ชัดจากการวัดค่าการนำไฟฟ้า) และจากประสบการณ์ที่ผ่านมานั้นเมื่อนำน้ำกลั่นของห้องปฏิบัติการ (ได้มาจากการกลั่นเพียงครั้งเดียว) ไปวัดค่าพีเอช ก็ไม่เคยได้ค่าพีเอชเป็น 7 เลย จะหนักไปทางน้อยกว่า 7 ด้วยซ้ำ

ในการไทเทรตสารละลายกรด-เบสที่เจือจางนั้น ต้องระวังเรื่องค่าพีเอชของน้ำที่นำมาใช้เป็นตัวทำละลายด้วย ผมไม่ทราบว่ามีการวัดค่าพีเอชของน้ำที่ใช้หรือไม่ (แต่คาดว่าคงไม่ได้วัด เพราะเรื่องที่สำคัญกว่าคือการสอบเทียบพีเอช มิเตอร์ก่อนการใช้งานก็คิดว่าคงไม่ได้ทำด้วย)


ข้อที่ ๔ การหาความเข้มข้นที่แน่นอนของสารละลาย NaOH

NaOH ที่เราใช้กันนั้นไม่ได้มีความบริสุทธิ์ 100% สารละลายมาตรฐาน NaOH ที่เตรียมขึ้นเพื่อใช้ในการไทเทรตนั้นจึงเป็นได้แค่สารละลายมาตรฐานทุติยภูมิ (secondary standard) รายละเอียดของเรื่องนี้และวิธีการหาความเข้มข้นที่แน่นอนของสารละลาย NaOH ที่เตรียมขึ้นได้เล่าไว้แล้วใน memoir ฉบับวันเสาร์ที่ ๑๖ มกราคม ๒๕๕๓ เรื่องการหาความเข้มข้นสารละลายมาตรฐานกรด


ข้อที่ ๕ จุดยุติของการไทเทรต

พีเอชมิเตอร์นั้นใช้หาจุดยุติ (end point) หรือจุดสมมูล (equivalent point) ของการไทเทรตได้ แต่ต้องหาจากการสร้างกราฟการไทเทรตระหว่างค่าพีเอชที่วัดได้กับปริมาณสารละลายมาตรฐานที่หยดลงไป
ผมไม่เถียงว่าสารละลายที่มีค่าพีเอช 7 คือสารละลายที่เป็นกลาง แต่การบอกว่าจุดยุติของการไทเทรตกรดเบสคือจุดที่ค่าพีเอชเป็น 7 นั้นมันไม่ถูกต้องเสมอไป

ถ้าเริ่มการไทเทรตโดยให้สารละลายกรดอยู่ในบีกเกอร์ แล้วใช้พีเอชมิเตอร์วัดค่าพีเอช จากนั้นค่อย ๆ หยดสารละลายเบสลงไป เฉพาะการไทเทรตระหว่างกรดแก่กับเบสแก่เท่านั้นที่จะให้ค่าพีเอชที่จุดสมมูลเท่ากับ 7 แต่ถ้าเป็นระหว่างกรดอ่อน (เพียงชนิดเดียว) กับเบสแก่ จะให้ค่าพีเอชที่จุดสมมูล "มากกว่า" 7 และถ้าเป็นสารละลายผสมของกรดหลายชนิดที่มีความแรงแตกต่างกันแล้วล่ะก็ จะมองไม่เห็นการเปลี่ยนแปลงค่าพีเอชที่เด่นชัดเลย กราฟจะมีลักษณะค่อย ๆ ไต่ขึ้นไปเรื่อย ๆ จนค่าพีเอชของสารละลายในบีกเกอร์วิ่งเข้าหาค่าพีเอชของสารละลายเบสที่หยดลงไป

การวัด NH₃-TPD ก็แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่ากรดบนพื้นผิวของแข็งนั้นเป็นกรดที่มีความแรงแตกต่างกัน และการแลกเปลี่ยนไอออนนั้นก็ไม่ได้เข้าไปแทนที่ทั้งหมดในคราวเดียว แต่เป็นสมดุลระหว่างไอออนในสารละลายกับไอออนบนผิวของแข็ง สิ่งที่เกิดขึ้นในระหว่างการแลกเปลี่ยนไอออนและการไทเทรตคือ โปรตอนในสารละลายจะหายไป ทำให้โปรตอนบนผิวของแข็งหลุดออกมาได้มากขึ้น โซเดียมไอออนก็จะเข้าไปแทนได้มากขึ้น ดังนั้นกราฟการไทเทรตจึงไม่ควรจะมีลักษณะแบบเดียวกันกับการไทเทรตกรดแก่-เบสแก่ การบอกว่าจุดยุติของการไทเทรตคือจุดที่วัดค่าพีเอชของสารละลายได้เท่ากับ 7 จึงไม่น่าจะถูกต้อง

ปัญหาของเครื่อง NH₃-TPD นี้ไม่ได้มีเฉพาะในแลปของเรา บริษัทที่ขายเครื่องมือดังกล่าวก็ได้ขายเครื่องมือแบบเดียวกันนี้ให้กับบริษัทอื่นด้วย (ดูเหมือนบริษัทที่เรากำลังทำวิจัยร่วมอยู่ก็ซื้อไปได้ อันนี้ไม่แน่ใจ) และเขาก็พบกับปัญหาไม่สามารถทำกราฟการวิเคราะห์ซ้ำได้ (ก็ base line มันทำซ้ำไม่ได้) บังเอิญคนของบริษัทขายเครื่องมือดังกล่าวรู้จักกับผม เขาก็เลยโทรมาถามผมว่ามีปัญหาแบบเดียวกันหรือเปล่า ช่วงนั้นเราพึ่งจะแก้ไขปัญหาดังกล่าวได้ ผมก็เลยเชิญเขามาคุยกันที่ทำงานและอธิบายให้ฟัง

ส่วนตอนนี้ก็ไม่รู้เหมือนกันว่าเครื่องแบบเดียวกับที่เราใช้นี้มีใครใช้กันบ้าง และแก้ปัญหากันอย่างไร