กลิ่นกับอันตรายของสารเคมี MO Memoir : Wednesday 14 June 2566

สัปดาห์ที่แล้วมีข้อความทักเข้ามาจากนิสิตฝึกงาน เรื่องกลิ่นของตัวทำละลายที่ใช้ในกระบวนการผลิต ดังที่แสดงในรูปข้างบน

"กลิ่น" บอกให้เรารู้ว่ามีสารเคมีบางชนิดปะปนอยู่ในอากาศที่หายใจเข้าไป กลิ่นมีทั้งกลิ่นที่พึงปราถนาและกลิ่นที่ไม่พึงปราถนา และเราก็มีการใช้งานกลิ่นทั้งสองแบบ

การใช้สารเคมีที่ให้กลิ่นแบบพึงปราถนาก็เพื่อให้เกิดความรู้สึกที่ดีต่อผู้ที่ได้รับกลิ่นนั้น การใช้สารเคมีที่ให้กลิ่นแบบไม่พึงปราถนาก็เพื่อเป็นสัญญาณเตือน ที่ใกล้ตัวเรามากที่สุดเห็นจะได้แก่กลิ่นของสารประกอบกำมะถันที่ผสมเข้าไปในแก๊สหุงต้ม สารพวกนี้มีกลิ่นแรง ที่ระดับความเข้มข้นที่ต่ำมากที่ยังไม่ทำอันตรายต่อร่างกายคน ก็สามารถทำให้คนรู้สึกรำคาญได้

ดังนั้น "กลิ่นแรง" หรือ "กลิ่นไม่แรง" จึงไม่เกี่ยวข้องกับความเป็นพิษของสารเคมี เพราะสารเคมีที่เป็นพิษหลายตัวเช่นแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO carbon monoxide) ก็เป็นแก๊สที่ไม่มีกลิ่น

ความเป็นพิษของสารดูได้จากค่า LC₅₀ หรือ LD₅₀ (LC ย่อมาจาก Lethal Concentration ส่วน LD ย่อมาจาก Lethal Dose) ซึ่งเป็นค่าที่บอกปริมาณที่สัตว์ทดลองได้รับต่อน้ำหนักตัว 1 kg แล้วทำให้สัตว์ทดลองตาย 50% กล่าวคือถ้าเอาสัตว์ทดลองมา 10 ตัว แล้วให้ทุกตัวได้รับสารในปริมาณที่เท่ากัน ปริมาณสารที่ทำให้สัตว์ทดลองตาย 5 ตัวก็คือค่านี้ ดังนั้นค่านี้ยิ่งน้อยก็แสดงว่าสารนั้นมีความเป็นพิษสูง คือได้รับในปริมาณไม่มากก็ทำให้เสียชีวิตได้ แต่การเปรียบเทียบต้องดูชนิดสัตว์ที่ใช้ทดลองด้วย ใช้สัตว์ทดลองต่างชนิดกันก็ให้ผลไม่หมือนกัน (หนูพวก mouse, rat และ guinea pig ก็ให้ผลที่ไม่เหมือนกัน ส่วนสามชนิดนี้ต่างกันอย่างไรก็ค้นดูเอาเองก็แล้วกัน)

การได้รับสารพิษเข้าสู่ร่างกายอาจเป็น การกิน, การซึมผ่านผิวหนัง หรือการสูดดมเข้าไป สารพิษที่เป็นของแข็งที่ไม่ระเหิดถ้าจะได้รับก็จะผ่านทางการกินเป็นหลัก สารพิษที่เป็นของเหลวอาจได้รับด้วยการกินและซึมผ่านผิวหนัง (ถ้าหกรดผิว) หรือถ้าเป็นพวกที่ระเหยเป็นไอได้ง่าย ก็มีโอกาสจะได้รับจากการสูดดมเข้าไปอีก ดังนั้นการพิจารณาโอกาสที่ผู้ปฏิบัติงานจะได้รับสารพิษจึงควรพิจารณาให้รอบด้าน ของเหลวสองชนิดที่มีค่า LD₅₀ (ที่วัดจากการกิน) แตกต่างกัน ตัวที่มีค่า LD₅₀ สูง อาจมีโอกาสที่จะก่อให้เกิดอันตรายมากกว่าถ้าหากมันระเหยกลายเป็นไอได้ง่ายกว่า และในสถานที่ทำงานนั้นไม่มีการระบายอากาศหรือการป้องกันไอระเหยที่ดีพอ

การเปรียบเทียบอันตรายเนื่องจากไอระเหยของสารจะต้องดูทั้งค่าความเข้มข้นและระยะเวลาที่ได้รับ ปรกติก็จะมีการรายงานค่าความเข้มข้นที่ทำให้เกิดอันตรายได้ทันที ค่าความเข้มข้นที่สามารถอยู่ได้ในระยะเวลาสั้น ๆ และค่าความเข้มข้นที่อยู่ได้ในระยะเวลาต่อเนื่องเป็นเวลานาน และค่าที่รายงานกันก็แตกต่างกันไปตามแหล่งที่มา ดังนั้นการเปรียบเทียบความเป็นพิษของสารจึงควรต้องพิจารณาค่าจากแหล่งที่มาหลาย ๆ แหล่ง ในบางแหล่งที่มีการรวบรวมข้อมูลจากที่ต่าง ๆ เอาไว้ (เช่นใน wikipedia) ก็จะบอกค่าที่ต่ำที่สุดเอาไว้ด้วย

ในกรณีของของเหลวที่ระเหยได้ยังมีปัจจัยเรื่องความไวไฟของสารที่ควรต้องนำพิจารณาด้วย ค่าความไวไฟของสารตรงนี้ดูได้จากอุณหภูมิจุดวาบไฟ (flash point), ค่าอุณหภูมิจุดลุกติดไฟได้ด้วยตนเอง (autoignition temperature) และช่วงความเข้มข้นในอากาศที่ทำให้เกิดระเบิดได้ (explosive limit)

จากที่เล่ามาก็คงหวังว่าคงจะพิจารณาเองแล้วได้ว่าระหว่าง toluene, metyl ethhyl ketone (MEK), acetone และ ethyl acetate นั้น สารไหนมีอันตรายมากกว่ากัน

ส่วนที่ว่ามันสามารถนำไปใช้เป็นตัวทำละลายแทนกันได้หรือไม่นั้นมันเป็นอีกเรื่องหนึ่ง เพราะมันมีเรื่องของรูปร่างโมเลกุล, ความเป็นขั้วของโมเลกุลตัวทำละลายและตัวถูกละลาย, ความเฉื่อยในการทำปฏิกิริยา (กับส่วนผสมที่มันต้องละลาย และพื้นผิวที่มันจะไปสัมผัส), ความหนืดที่ส่งผลต่อการแทรกซึมเข้าไปในช่องว่าง เข้ามาเกี่ยวข้องอีก

ถังเก็บโทลูอีนระเบิดจากไฟฟ้าสถิตขณะเก็บตัวอย่าง MO Memoir : Tuesday 30 March 2564

สภาพอากาศบ้านเรานั้นความชื้นในอากาศค่อนข้างสูง อาจจะมียกเว้นบ้างในบางท้องถิ่นในช่วงเวลาหน้าหนาวที่อากาศค่อนข้างแห้ง (คือมีความชื้นในอากาศต่ำ) ปริมาณความชื้นในอากาศมีบทบาทสำคัญในการป้องกันไม่ให้เกิดการสะสมของไฟฟ้าสถิต ดังจะเห็นได้จากบางครั้งที่เราเดินไปมาอยู่ในอาคารที่ปรับอากาศ การขัดสีระหว่างเสื้อผ้ากับลำตัวหรือระหว่างรองเท้ากับพื้นทางเดิน ก็ทำให้เกิดไฟฟ้าสถิตสะสมอยู่ในตัวเราได้ และถ้ามีมากพอ พอเรายื่นมือจะไปสัมผัสกับสิ่งที่เป็นโลหะ (เช่น ราวบันได ลูกบิดประตู หรือก๊อกน้ำ) ก็จะเกิดประกายไฟฟ้าสถิตกระโดยระหว่างตัวเรากับสิ่งที่เราจะยื่นมือไปสัมผัสนั้น ทำเกิดอาการสะดุ้งขึ้นได้

ในประเทศที่มีอากาศหนาวในช่วงหน้าหนาวที่อากาศแห้งมาก การทำงานเกี่ยวกับวัตถุไวไฟในช่วงเวลาดังกล่าวจึงต้องระวังการเกิดประกายไฟฟ้าจากไฟฟ้าสถิตนี้ให้มากขึ้นอีก เพราะถ้ามีไอผสมระหว่างเชื้อเพลิงกับอากาศในสัดส่วนที่พอเหมาะอยู่ในบริเวณนั้น ประกายไฟนี้ก็สามารถจุดระเบิดไอผสมนั้นได้ ดังเช่นเหตุการณ์นี้ที่เกิดขึ้น ณ โรงงานแห่งหนึ่งในเมือง Okayama ประเทศญี่ปุ่น เมื่อวันที่ ๒๖ มกราคม ค.ศ. ๑๙๗๖ (พ.ศ. ๒๕๑๙) ซึ่งก็เป็นช่วงฤดูหนาวที่อากาศแห้ง

เรื่องเล่าในวันนี้นำมาจากเว็บ http://www.shippai.org/fkd/en/cfen/CC1200044.html เรื่อง "Explosion of a toluene tank due to static electricity on sampling" เป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในขณะที่โอเปอเรเตอร์ทำการเก็บตัวอย่างโทลูอีน (C₆H₅-CH₃) จากถังเก็บ ด้วยการหย่อนภาชนะเก็บตัวอย่าง (sampling thief) ผ่านทางช่องเปิด (gauge hatch) ที่อยู่ทางด้านบนของถัง (รูปที่ ๑)

รูปที่ ๑ ภาพจำลองสถานที่เกิดเหตุ (บทความไม่ได้ให้รูปไว้ แต่คิดว่าน่าจะเป็นทำนองนี้)

การเก็บตัวอย่างเริ่มจากการที่โอเปอร์เรเตอร์ขึ้นไปบนหลังคาถัง เปิดฝาช่องสำหรับหย่อนภาชนะเก็บตัวอย่าง (gauge hatch) เพื่อหย่อนภาชนะเก็บตัวอย่าง (sampling thief) โดยครั้งแรกเป็นการเก็บตัวอย่างที่ระดับก้นถังก่อน (ภาชนะเก็บตัวอย่างจะมีฝาปิดอยู่ และเมื่อหย่อนลงไปถึงระดับที่ต้องการก็จะเปิดฝานั้นเพื่อให้ของเหลวไหลเข้าไปในภาชนะนั้น ทำให้สามารถการเก็บตัวอย่างที่ระดับความลึกต่าง ๆ กันได้ ซึ่งเป็นการตรวจสอบความสม่ำเสมอของคุณภาพของเหลวที่อยู่ในถังเก็บนั้น) เมื่อได้โทลูอีนที่ก้นถังแล้ว โอเปอร์เรเตอร์ก็สาวเชือก (ทำจากฝ้าย) ดึงเอาภาชนะเก็บตัวอย่างนั้นกลับขึ้นมา "อย่างรวดเร็ว" แล้วเทใส่ขวดแก้วโดยในระหว่างการทำงานนี้โอเปอร์เรเตอร์สวม "ถุงมือยาง" อยู่

ในขณะทำการเก็บตัวอย่างครั้งที่สอง พอหย่อนภาชนะเก็บตัวอย่างลงไปใกล้ถึงระดับของเหลว ก็เกิดการระเบิดขึ้น ทำให้ถังเกิดความเสียหายและมีผู้ได้รับบาดเจ็บ ๑ ราย (ก็คงเป็นโอเปอร์เรเตอร์ที่เก็บตัวอย่างอยู่บนฝาถัง)

สาเหตุของการระเบิดเกิดจากประกายไฟที่เกิดจากไฟฟ้าสถิตตรงบริเวณ gauge hatch ที่ไปจุดไอผสมระหว่างไอระเหยของโทลูอีนกับอากาศเหนือผิวของเหลวในถัง

เนื้อหาในบทความก็มีเพียงแค่ที่บรรยายมาข้างต้น สำหรับคนที่ทำงานอยู่ในสายงานนี้อยู่แล้วก็คงจะเห็นภาพหมดแล้วว่าเหตุการณ์เป็นอย่างไร แต่เพื่อให้ผู้ที่กำลังศึกษาอยู่ได้มีความเข้าใจมากขึ้นก็เลยจะขอขยายความเพิ่มเติมอีก

การเกิดไฟฟ้าสถิตเกิดได้เมื่อมีการเสียดสีหรือการเคลื่อนที่ระหว่างกันระหว่างพื้นผิวสองพื้นผิว ที่เป็นไปได้ทั้งแก๊สกับหยดของเหลว หรือแก๊สกับพื้นผิวของแข็ง การเสียดสีกันระหว่างพื้นผิวของแข็ง (เช่นรองเท้าพื้นยางที่เดินอยู่บนพื้นที่เป็นฉนวน เสื้อผ้าที่ทำจากเส้นใยสังเคราะห์ที่โมเลกุลมีความเป็นขั้วต่ำ และเสียดสีกับร่างกายเราในขณะที่เคลื่อนไหว) การไหลของของเหลวในท่อ (เช่นไฮโดรคาร์บอนไหลไปตามท่อ) หรือของเหลวต่างเฟสที่ไม่ผสมเข้าด้วยกัน (เช่นหยดน้ำที่ปนอยู่ในน้ำมัน) ของเหลวที่มีขั้วจะถ่ายเทไฟฟ้าสถิตได้ดีกว่าของเหลวที่ไม่มีขั้ว การสะสมไฟฟ้าสถิตในของเหลวที่มีขั้วจึงต่ำกว่า โลหะเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดี แต่ถ้าโลหะนั้นไม่มีการต่อลงดิน (คือไม่มีช่องทางให้ถ่ายเทประจุไฟฟ้าลงสู่พื้นดินได้) ไฟฟ้าสถิตก็สามารถสะสมบนตัวโลหะนั้นได้ ถ้าการเสียดสีนั้นรุนแรง การเกิดประจุไฟฟ้าสถิตย์นั้นก็จะมากขึ้น

ในเหตุการณ์นี้ตัวภาชนะเก็บตัวอย่างเป็นโลหะ (ที่นำไฟฟ้า) ผูกอยู่กับเชือกที่ทำจากฝ้าย (โมเลกุลเส้นใยเซลลูโลสมีความเป็นขั้วสูง) ถูกหย่อนลงในโทลูอีน (โมเลกุลที่ไม่มีขั้ว) เมื่อเก็บตัวอย่างได้แล้วโอเปอร์เรเตอร์ก็ทำการดึงเอาภาชนะเก็บตัวอย่างขึ้นบน "อย่างรวดเร็ว" (มีการเสียดสีที่รุนแรงที่เป็นปัจจัยทำให้เกิดไฟฟ้าสถิตสะสม) แต่ด้วยการที่โอเปอร์เรเตอร์สวมถุงมือยาง (ที่ไม่นำไฟฟ้า) บวกกับการสาวเชือกกลับคืนที่เร็ว จึงทำให้เกิดไฟฟ้าสถิตสะสมและไม่สามารถถ่ายเทออกไปได้ และอาจเป็นไปได้ด้วยว่าทั้งตัวเชือกและภาชนะนั้นไม่ได้มีการสัมผัสกับส่วนที่เป็นโลหะของถังเก็บ จึงทำให้ไม่มีการถ่ายเทประจุไฟฟ้าสถิตย์ลงดินผ่านถังเก็บ การเทโทลูอีนออกจากภาชนะเก็บตัวอย่างสู่ขวดรองรับ (การไหลของเหลวที่เป็นโมเลกุลไม่มีขั้วผ่านพื้นผิวโลหะ) ก็ทำให้เกิดประจุไฟฟ้าสถิตสะสมได้อีก และเมื่อทำการหย่อนภาชนะบรรจุลงไปในถังใหม่เพื่อเก็บตัวอย่างเพิ่มเติม ซึ่งอาจเป็นไปได้ว่าทำด้วยการปล่อยให้สายเชือกนั้นลื่นไถลผ่านมือที่สวมถุงมือยางลงไปในถัง (มีการเสียดสีระหว่างเชือกกับถุงมือยาง) ก็ทำให้เกิดการสะสมประจุไฟฟ้าสถิตเพิ่มมากขึ้นอีก จนกระทั่งมีความต่างศักย์มากพอที่จะเกิดประกายไฟข้ามระหว่างเชือกและฝาช่องเก็บตัวอย่าง (ที่เป็นโลหะและมีการต่อลงดิน)

โทลูอีนแม้ว่าเป็นของเหลวที่มีจุดวาบไฟต่ำกว่าอุณหภูมิห้อง แต่ด้วยการที่โทลูอีนมีจุดเดือดสูง (ประมาณ 110ºC ซึ่งสูงกว่าจุดเดือดของน้ำอีก) ดังนั้นการเก็บโทลูอีนจึงสามารถเก็บใน cone roof tank แบบธรรมดาได้ ถังแบบนี้จะต้องมีช่องระบายอากาศ (vent) ที่ยอมให้อากาศไหลเข้าได้เมื่อสูบของเหลวออกจากถัง (เป็นการป้องกันไม่ให้เกิดสุญญากาศในถัง) และให้ไอโทลูอีนระบายออกเมื่อบรรจุของเหลวเข้าไปในถัง (เป็นการป้องกันไม่ให้ความดันในถังสูงเกิน) ดังนั้นอากาศจึงสามารถเข้าไปผสมกับไอโทลูอีนในถังได้ในจังหวะที่มีการสูบของเหลวออกจากถัง และด้วยการที่ไอโทลูอีนนั้นหนักกว่าอากาศ บริเวณที่มีการผสมกันจนมีความเข้มข้นพอเหมาะสำหรับการจุดระเบิดจึงเป็นด้านบนใกล้ฝาถัง ซึ่งในที่นี้ก็คือบริเวณช่องเปิด

ประเด็นหนึ่งที่น่าสนใจแต่รายงานไม่ได้กล่าวถึงก็คือ การเก็บตัวอย่างก่อนหน้านั้นปรกติกระทำอย่างไรจึงไม่เกิดการระเบิด แล้วในวันที่เกิดเหตุนั้นมีการกระทำใดที่แตกต่างไปจากก่อนหน้านี้หรือไม่ และถ้าไม่แตกต่างกันก็ต้องหาว่าทำไมก่อนหน้านี้จึงไม่เกิดเรื่องขึ้น (คือมีปัจจัยอะไรที่แตกต่างกันอยู่) และถ้าไม่เหมือนกันก็ต้องดูว่าเกิดความผิดพลาดได้อย่างไร

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๖๑ (ตอนที่ ๕) MO Memoir : Monday 16 September 2562

เอกสารฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำเนื้อหาลง blog

เนื้อหาในเอกสารฉบับนี้เป็นบันทึกการสนทนาสั้น ๆ ที่ได้พูดคุยกันไปเมื่อช่วงบ่ายวันนี้

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๖๐ (ตอนที่ ๙) MO Memoir : Saturday 4 May 2562

เอกสารฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำเนื้อหาลง blog

 
เนื้อหาในเอกสารฉบับนี้เกี่ยวกับผลการทดลองที่คุยกันเมื่อบ่ายวันศุกร์ที่ผ่านมา

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๖๐ (ตอนที่ ๖) MO Memoir : Tuesday 19 February 2562

เอกสารฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำเนื้อหาลง blog

เนื้อหาในเอกสารฉบับนี้เกี่ยวกับการสร้าง calibration curve ของโทลูอีน

ปิดท้ายที่ว่างของหน้าด้วยภาพบรรยากาศบนชั้น ๔ ของหอสมุดกลางเมื่อราว ๆ ๕ โมงเย็นวันวานก็แล้วกัน ที่อ่านหนังสือมุมนี้เขาใช้ระบบเปิด-ปิดไฟอัตโนมัติ กล่าวคือถ้าไม่มีคนเดินไฟมันจะปิด มันก็เลยมีปัญหาเพราะเวลาที่ไม่มีใครเดิน มีแต่คนนั่งอ่านหนังสือตามโต๊ะ ไฟมันก็เลยปิดมืด สงสัยเขาคงกลัวคนนั่งติดเก้าอี้มากเกินไป :) :) :)

จาก Toluene และ m-Xylene ไปเป็นยาชา MO Memoir : Wednesday 21 November 2561

กระบวนการผลิตในระดับอุตสาหกรรมนั้นไม่ได้มองเพียงแค่ผลิตภัณฑ์ที่จะได้ แต่ยังมองครอบคลุมไปยังผลิตภัณฑ์ข้างเคียงที่จะเกิดขึ้น และการจัดการกับผลิตภัณฑ์ข้างเคียงเหล่านั้นด้วย ดังนั้นสารตั้งต้นบางตัวที่ทำปฏิกิริยาได้ง่ายและเป็นที่นิยมใช้กันในระดับห้องปฏิบัติการ อาจไม่มีความเหมาะสมที่จะนำมาใช้เป็นสารตั้งต้นในระดับอุตสาหกรรม ถ้าหากมันทำให้เกิดผลิตภัณฑ์ข้างเคียงที่ก่อให้เกิดปัญหาในการจัดการ (เช่นการทำลายทิ้งหรือการกำจัด)
 

อะตอม N ของ NH₃ มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวอยู่ ดังนั้นอะตอมใดก็ตามที่มีความเป็นบวกที่แรงพอก็จะสามารถเข้ามาสร้างพันธะกับอะตอม N และแทนที่อะตอม H ของ NH₃ ได้ อย่างเช่นในกรณีของการผลิต ethylamine ที่ต้องการแทนที่อะตอม H ด้วยหมู่เอทิล -CH₂-CH₃ ในระดับห้องปฏิบัติการอาจใช้การทำปฏิกิริยาระหว่างเอทิลคลอไรด์ Cl-CH₂-CH₃ กับ NH₃ โดยมีเบสแก่เช่น KOH ช่วย แต่ก็จะทำให้เกิดผลิตภัณฑ์ข้างเคียงคือ KCl ซึ่งในระดับห้องปฏิบัติการก็คงไม่มีปัญหากในการจัดการเพราะเกิดขึ้นไม่มากและมีผู้รับช่วงไปกำจัดต่อ แต่ถ้าเป็นระดับอุตสาหกรรมที่ต้องจัดการกับผลิตภัณฑ์ข้างเคียงที่เกิดขึ้นเอง ปริมาณ KCl ที่เกิดขึ้นก็คงจะไม่น้อย ทำให้การใช้เอทิลคลอไรด์เป็นสารตั้งต้นคงไม่เหมาะสมเท่าใดนัก
 

อะตอม C ตัวที่มีหมู่ -OH เกาะอยู่ของเอทานอล HO-CH₂-CH₃ ก็มีความเป็นบวกเช่นกัน แต่ไม่ได้แรงมากเหมือนอะตอม C ที่มีอะตอม Cl เกาะอยู่ของเอทิลคลอไรด์ ดังนั้นถ้าจะใช้เอทานอลมาเป็นสารตั้งต้นแทนเอทิลคลอไรด์ก็ต้องหาทางทำให้อะตอม C ตัวที่มีหมู่ -OH เกาะนั้นมีความเป็นบวกที่แรงขึ้น และวิธีการหนึ่งที่ทำได้คือการใช้ไอออนบวกของโลหะ (เช่น Al³⁺ ในสารประกอบ Al₂O₃) ที่มีความเป็นกรดลิวอิสที่แรงพอ มาดึงอิเล็กตรอนจากอะตอม O ของหมู่ -OH ซึ่งจะทำให้ อะตอม C ตัวที่มีหมู่ -OH เกาะนั้นมีความเป็นบวกที่แรงขึ้นไปอีก หรือกลายเป็น ethyl carbocation ที่แรงพอที่จะเข้าไปสร้างพันธะแทนที่อะตอม H ของ NH₃ ได้ ผลิตภัณฑ์ที่ได้คือเอทิลเอมีน (ethylamine) ถ้ามีการแทนที่เพียงครั้งเดียวก็จะได้ผลิตภัณฑ์ monoethylamine แทนที่สองครั้งก็จะได้ diethylamine และถ้าแทนที่สามครั้งก็จะได้ triethylamine

รูปที่ ๑ การสังเคราะห์ diethylamine จากปฏิกิริยาระหว่างเอทานอลกับ NH₃ โดยมี Al₂O₃ เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งอันที่จริงจะเกิดปฏิกิริยาการแทนที่ได้ตั้งแต่ 1 ครั้งไปจนถึง 3 ขึ้นอยู่กับสัดส่วนของเอทานอลต่อ NH₃ กล่าวคือถ้าใช้ NH₃ มากเมื่อเทียบกับเอทานอล ผลิตภัณฑ์ส่วนใหญ่ก็จะเกิดจากการแทนที่เพียงครั้งเดียว (คือได้ monethylamine เป็นหลัก) แต่ถ้าใช้เอทานอลในปริมาณมากเมื่อเทียบกับ NH₃ ก็จะได้ผลิตภัณฑ์ที่มีการแทนที่สองและสามครั้งเป็นหลัก และถ้านำ diethylamine นี้ไปทำปฏิกิริยากับ ethylene oxide ต่อก็จะได้สารประกอบ diethylethanolamine

เอทิลีนออกไซด์ (ethylene oxide C₂H₄O) เป็นสารเคมีตัวหนึ่งที่มีความว่องไวสูงอันเป็นผลจากความเครียดที่สูงของวงอีพอกไซด์ที่มีรูปร่างสามเหลี่ยม และอะตอม C ก็ยังมีความเป็นบวกที่สูงด้วย ดังนั้นถ้าเรานำเอา ethylene oxide มาทำปฏิกิริยากับ diethylamine ก็จะเกิดการแทนที่อะตอม H ตัวสุดท้ายที่เกาะอยู่กับอะตอม N ผลิตภัณฑ์ที่ได้คือไดเอทิลเอทานอลเอมีน (diethylethanolamine)
 

โทลูอีน (toluene C₆H₅-CH₃)) สามารถเกิดปฏิกิริยา nitration (โดยมีกรด H₂SO₄ เข้มข้นเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา) กลายเป็นสารประกอบ 2-Nitrotoluene และ 4-Nitrotoluene ถ้าเรานำเอา 4-Nitrotoluene ไปทำการออกซิไดซ์ หมู่ -CH₃ ที่เกาะอยู่กับวงแหวน (ที่ถูกออกซิไดซ์ได้ง่ายกว่าวงแหวน) ก็จะถูกเปลี่ยนไปเป็นหมู่คาร์บอกซิล (carboxyl -COOH) กลายเป็นสารประกอบ p-nitrobenzoic acid ซึ่งถ้าให้หมู่ -COOH ทำปฏิกิริยาเอสเทอริฟิเคชัน (esterification) กับเอทานอล (ซึ่งใช้กรดแก่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา) ก็จะได้สารประกอบเอทิลเอสเทอร์ของกรด p-nitrobenzoic acid
 

ปฏิกิริยาทรานเอสเทอริฟิเคชัน (transesterification) คือการเอาหมู่ -OH ของแอลกอฮอล์อีกตัวหนึ่ง (หรือของอีกสารหนึ่ง) เข้าไปแทนที่แอลกอฮอล์ตัวที่อยู่ในสารประกอบเอสเทอร์ ปฏิกิริยานี้ทำได้โดยสามารถใช้กรดแก่หรือเบสแก่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ในกรณีของ diethylethanolamine ที่อะตอม N มีฤทธิ์เป็นเบสนั้น ถ้าใช้กรดเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาก็คงจะวุ่น เพราะแทนที่กรดที่ใส่เข้าไปจะไปทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา มันจะถูกสะเทินด้วยอะตอม N เสียเอง ดังนั้นการใช้เบสแก่เช่นโซเดียมอีทอกไซด์ (sodium ethoxide NaOC₂H₅) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาจึงมีความเหมาะสมมากกว่า โดยแขนที่มีหมู่ -OH ของ diethylethanolamine จะเข้าไปแทนที่หมู่ -OC₂H₅ ที่มาจากเอทานอล

พึงสังเกตว่าเราไม่ได้เอา p-nitrobenzoic acid ทำปฏิกิริยาเอสเทอริฟิเคชันโดยตรงกับ diethylethanolamine ทั้งนี้เป็นเพราะการทำปฏิกิริยาเอสเทอริฟิเคชันระหว่างหมู่ -COOH กับหมู่ -OH นั้นใช้ "กรด" เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา แต่ diethylethanolamine มีอะตอม N ที่มีฤทธิ์เป็นเบสที่สามารถสะเทินกรดที่ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาได้ ดังนั้นการเปลี่ยนกรด p-nitrobenzoic acid ไปเป็นเอสเทอร์ก่อน แล้วจึงค่อยใช้ปฏิกิริยาทรานเอสเทอริฟิเคชันที่สามารถใช้ "เบส" เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาได้จึงมีความเหมาะสมมากกว่า

ถ้านำผลิตภัณฑ์ที่ได้จากปฏิกิริยาทรานเอสเทอริฟิเคชันไปทำการรีดิวซ์หมู่ไนโตร -NO₂ ให้กลายเป็นหมู่เอมีน -NH₂ (รูปที่ ๒) ก็จะได้สารประกอบที่มีชื่อ IUPAC ว่า 2-(diethylamino)ethyl 4-aminobenzoate หรือที่เป็นที่รู้จักกันทั่วไปในชื่อ "Procaine" ที่สังเคราะห์ขึ้นครั้งแรกในปี ค.ศ. ๑๙๐๕

รูปที่ ๒ ตัวอย่างเส้นทางการสังเคราะห์ 'Procaine" จะว่าไปแล้วในขั้นตอนการรีดิวซ์ตอนสุดท้ายนั้น โครงสร้างที่สามารถถูกรีดิวซ์ได้นั้นมีด้วยกัน ๓ โครงสร้างคือหมู่ไนโตร -NO₂ หมู่คาร์บอนิล -C(O)- และส่วนที่เป็นวงแหวนเบนซีน ด้วยการใช้ตัวรีดิวซ์ที่เหมาะสมและไม่แรงเกินไป หมู่ที่ถูกรีดิวซ์ง่ายกว่า (ในที่นี้คือหมู่ -NO₂) ก็จะถูกรีดิวซ์เพียงหมู่เดียว โดยโครงสร้างส่วนอื่นไม่ถูกรีดิวซ์ตามไปด้วย

รูปที่ ๓ ตัวอย่างสิทธิบัตรการสังเคราะห์ Procaine (CN104341314A CN Application A synthetic method of procaine hydrochloride)

ใน wikipedia กล่าวว่า Procaine เคยเป็นยาชาที่นิยมใช้กันในแวดวงทันตกรรม แต่ปัจจุบันได้รับความนิยมลดลงก็เพราะมียาตัวใหม่ที่มีประสิทธิผลมากกว่าและมีผลข้างเคียงต่ำกว่านั่นก็คือ Lidocaine ดังนั้นเราจะมาลองดูกันหน่อยว่าการสังเคราะห์ Lidocaine นั้นมันพอจะมาจากเส้นทางไหนได้บ้าง

ถ้าเรานำกรดอะซีติก (acetic acid CH₃COOH) มาทำปฏิกิริยา chlorination กับคลอรีน (Cl₂) อะตอม Cl จะเข้าไปแทนที่อะตอม H ที่หมู่ -CH₃ (ซึ่งมันมีสิทธิเข้าแทนที่ได้ทั้ง 3 อะตอม) ในกรณีที่มีการแทนที่อะตอม H เพียงอะตอมเดียวผลิตภัณฑ์ที่ได้ก็จะเป็นกรดคลอโรอะซีติก (chloroacetic acid CH₂ClCOOH) และถ้านำเอา chloroacetic acid ไปทำปฏิกิริยากับไธโอนิลคลอไรด์ (thionyl chloride SOCl₂) ก็จะได้สารประกอบ acyl derivative คือคลอโรอะเซทิลคลอไรด์ (chloroacetyl chloride CH₂ClCOClH) (รูปที่ ๔) อะตอม C ทั้งสองอะตอมของ chloroacetyl chloride จะมีความเป็นบวกและสามารถทำปฎิกิริยากับ nucleophile หรือพวกที่มีความเป็นประจุลบได้

รูปที่ ๔ การสังเคราะห์ chloroacetyl chloride โดยเริ่มจาก acetic acid

ที่มาหลักของไซลีน (xylene C₆H₄(CH₃)₂) ในภาคอุตสาหกรรมในปัจจุบันเห็นจะได้แก่การทำปฏิกิริยา reforming ของไฮโดรคาร์บอนโซ่ตรง C₆-C₈ โดย C₆ จะกลายไปเป็นเบนซีน C₇ จะกลายไปเป็นโทลูอีน และ C₈ จะกลายไปเป็นไซลีน (สารผสม 3 ไอโซเมอร์รวมกันคือ ortho- meta- และ para-) โดยอาจมีเอทิลเบนซีน (ethyl benzene C₆H₅-C₂H₅) เกิดร่วมด้วยเล็กน้อย ในบรรดาไอโซเมอร์ทั้ง 3 ของไซลีนอาจกล่าวได้ว่าเมทาไซลีน (m-xylene หรือ 1,3-dimethyl benzene) เป็นไอโซเมอร์ที่มีความต้องการในการนำไปใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตสารอื่นน้อยที่สุดก็ได้ (หรือจะเรียกว่าทิ้งห่างจากอีกสองไอโซเมอร์เลยก็ได้) ถ้าเรานำเอา m-xylene ไปทำปฏิกิริยา nitration กับกรด HNO₃ เข้มข้น (โดยมีกรด H₂SO₄ เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา) และด้วยการที่หมู่ -CH₃ เป็น ortho-, para- directing group ดั้งนั้นตำแหน่งที่หมู่ -NO₂ จะเข้าไปแทนที่อะตอม H จึงอาจเป็นตำแหน่งที่อยู่ระหว่างหมู่ -CH₃ ทั้งสอง ซึ่งเป็นตำแหน่ง ortho เมื่อเทียบกับหมู่ -CH₃ ทั้งสอง ผลิตภัณฑ์ที่ได้ก็จะเป็น 1,3-dimethyl-2-nitrobenzene หรือเข้าไปแทนที่อะตอม H ในตำแหน่งที่อยู่เคียงข้างหมู่ -CH₃ หมู่หนึ่ง (คือเป็นตำแหน่ง ortho เมื่อเทียบกับหมู่นี้) และอยู่ตรงข้ามกับหมู่ -CH₃ อีกหมู่หนึ่ง (คือเป็นตำแหน่ง para เมื่อเทียบกับหมู่นี้) ผลิตภัณฑ์ที่ได้ก็จะเป็น 1,3-dimethyl-4-nitrobenzene
 

ในกรณีของหมู่ที่เป็น ortho-, para- directing group ถ้าหากหมู่นั้นไม่ได้มีขนาดใหญ่ และหมู่ที่สองที่เข้ามาแทนที่ก็ไม่ได้มีขนาดใหญ่ สัดส่วนการแทนที่ที่ตำแหน่ง ortho จะสูงกว่าที่ตำแหน่ง para เพราะจะสามารถสะเทินประจุบวกได้ดีกว่า) แต่ถ้าหมู่นั้นมีขนาดใหญ่และหมู่ที่สองที่เข้ามามีขนาดใหญ่ด้วย การแทนที่ครั้งที่สองก็จะอยู่ที่ตำแหน่ง para เป็นหลัก เช่นการทำปฏิกิริยา sulphonation สาร linear alkyl benzene เพื่อผลิต linear alkyl sulfonic acid ที่ใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตผงซักฟอกนั้น ด้วยการที่หมู่ linear alkyl มีขนาดใหญ่และหมู่ HOSO₂- ก็มีขนาดใหญ่ด้วย การแทนที่ครั้งที่สองจึงเกิดที่ตำแหน่ง para ทั้งหมด

ถ้าเรานำเอา 1,3-dimethyl-2-nitrobenzene มาทำการรีดิวซ์หมู่ -NO₂ (อันที่จริงส่วนที่เป็นวงแหวนเบนซีนก็ถูกรีดิวซ์ด้วยการเติมไฮโดรเจนได้ แต่มันทำได้ยากกว่า) ให้กลายเป็นหมู่ -NH₂ ผลิตภัณฑ์ที่ได้ก็จะเป็น 2,6-dimethylaniline หรืออีกชื่อคือ 2,6-xylidine (รูปที่ ๕)

รูปที่ ๕ ตัวอย่างเส้นทางการสังเคราะห์ Lidocaine โดยเริ่มจาก m-xylene

จากนั้นถ้าเรานำเอา 2,6-dimethylaniline มาทำปฏิกิริยากับ chloroacetyl chloride ด้วยการที่อะตอม C ของหมู่ acetyl มีความว่องไวสูงกว่า (คือมีความเป็นบวกมากกว่า) อะตอม C ของหมู่ -CH₂Cl ดังนั้นอะตอม C ของหมู่ acetyl จะเข้าไปสร้างพันธะกับอะตอม N (ที่มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว) และคาย HCl ออกมา จากนั้นจึงนำผลิตภัณฑ์ที่ได้ไปทำปฏิกิริยากับ diethylamine (ที่มีอะตอม N ที่มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวเช่นกัน) โดยคราวนี้อะตอม C ของหมู่ -CH₂Cl จะเป็นตัวเข้าไปสร้างพันธะกับอะตอม N พร้อมกับการคาย HCl ออกมา ผลิตภัณฑ์สุดท้ายที่ได้ก็คือสารเคมีที่รู้จักกันในชื่อ "Lidocaine" ที่ใช้เป็นยาชาเฉพาะที่ที่เข้ามามีบทบาทสำคัญในวงการทันตกรรมแทน Procaine

UVCE case 4 BST 2555(2012) MO Memoir : Tuesday 11 September 2561

"... พังหมด พังหมดคือ พนักงานทั้งกะไปหมดแล้ว เหลือไอ้น้องคนเดียวที่ ที่บอกให้เฝ้าอยู่ที่ที่ ในห้อง control room เนี่ย ซึ่งตอนนี้เขาสติแตกแล้ว ..."
 

วันเสาร์ที่ ๕ พฤษภาคม พ.ศ. ๒๕๕๕ เวลาประมาณ ๑๕.๑๓ น. เกิดการระเบิดที่โรงงานผลิตยางสังเคราะห์ของบริษัท BST ระเบิด ภาพจากกล้องวงจรปิดของโรงงานข้างเคียงและความเสียหายจากแรงระเบิดที่เกิดกับอาคารที่อยู่ห่างจากจุดระเบิดกว่า ๑ กิโลเมตรแสดงว่าการระเบิดดังกล่าวเป็นการระเบิดแบบ Unconfined Vapour Cloud Explosion (UVCE) และจัดเป็น UVCE ครั้งที่ ๔ ที่เกิดขึ้นในประเทศไทย จากรายงานข่าว อุบัติเหตุครั้งนั้นมีผู้เสียชีวิตรวมกันทั้งสิ้น ๑๑ ราย (ตัวเลขยอดผู้เสียชีวิตของแต่ละแหล่งข่าวไม่เหมือนกัน ในที่นี้ขออิงตัวตัวเลขที่ปรากฏในรูปที่ ๑ ข้างล่าง)
 

เท่าที่ผมได้รับฟังมาคือ อุบัติเหตุครั้งนี้มีทีมสอบสวน ๓ ทีมที่มีวัตถุประสงค์ในการสอบสวนต่างกัน ทีมแรกเป็นของเจ้าหน้าที่ตำรวจที่ต้องหาว่าใครเป็นผู้กระทำผิดเพราะมันทำให้มีการเสียชีวิตและบาดเจ็บ และทรัพย์สินของบุคคลภายนอกโรงงานได้รับความเสียหาย ทีมที่สองเป็นของบริษัทต่างชาติเจ้าของเทคโนโลยีที่เข้ามาสอบสวนว่าอุบัติเหตุดังกล่าวเกิดจากความผิดพลาดในการออกแบบโรงงานหรือไม่ และทีมที่สามที่ได้รับการว่าจ้างมาต่างหากที่เข้ามาสอบสวนว่าทำไมระบบการทำงานจึงมีความผิดพลาดหรือเปิดช่องว่างให้เกิดอุบัติเหตุร้ายแรงได้ ที่ผมทราบว่ามี ๓ ทีมก็เพราะได้รับฟังจากวิศวกรท่านหนึ่งที่เป็นหนึ่งในทีมที่สามนี้

รูปที่ ๑ ภาพสไลด์ที่ได้จากการฟังการบรรยายในเดือนมิถุนายน ๒๕๕๖
 

รายงานการสอบสวนนั้นออกมาเป็นอย่างไรและมีการเปิดเผยหรือไม่นั้น ทางผมเองก็ไม่ทราบ และถึงแม้จะมีการเปิดเผยแต่จะไปหาข้อมูลได้จากไหนก็ไม่ทราบเหมือนกัน แม้แต่ข้อมูลที่ได้รับฟังมานั้นแม้ว่าฟังเผิน ๆ จะดูดี แต่ถ้าพิจารณาให้ละเอียดจะเห็นว่ามีอะไรบางอย่างขาดหายไป ซึ่งอาจเป็นได้ทั้งการที่ผู้เล่าไม่ทราบข้อมูลโดยละเอียดหรือไม่ประสงค์จะบอกรายละเอียด แต่ถึงกระนั้นก็ยังเห็นว่าด้วยข้อมูลพอหาได้นั้น ยังพอที่จะนำมาใช้เป็นบทเรียนในการตั้งคำถามเพื่อใช้ศึกษาการวิเคราะห์หาสาเหตุของอุบัติเหตุ และการหาทางป้องกันไม่ให้มันเกิด 
  

ในการวิเคราะห์นั้นจะพยายามแยกข้อมูลออกเป็น "สิ่งที่เกิดขึ้นจริง" และ "สิ่งที่อนุมาน (คือการคาดคะเน) ขึ้นจากสิ่งที่เกิดขึ้นจริง" และจากข้อมูล "สิ่งที่เกิดขึ้นจริง" ที่มีปรากฏนั้นอาจทำให้เราสามารถตั้งสมมุติฐานได้หลายข้อ ซึ่งแม้ว่าตอนนี้จะไม่มีคำตอบว่าสมมุติฐานข้อไหนถูกข้อไหนผิดเนื่องจากไม่มีการเปิดเผยข้อมูลรายละเอียดที่ถูกต้องของเหตุการณ์ แต่ก็เห็นว่าน่าจะเป็นประโยชน์สำหรับการศึกษาการวิเคราะห์หาสาเหตุของอุบัติเหตุและการหาทางป้องกัน

เราลองมาดูกันก่อนว่าเรามีข้อมูลอะไรบ้างที่มีการเปิดเผยและออกข่าวที่น่าจะได้รับการจัดเป็น "สิ่งที่เกิดขึ้นจริง" ซึ่งตรงนี้ผมเห็นว่ามีอยู่ ๓ เรื่องด้วยกันดังนี้
 

๑. คลิปจากกล้องวงจรปิดของโรงงานข้างเคียงแสดงให้เห็นว่ามีการระเบิดที่มีขนาดใหญ่และรุนแรง มีลักษณะของเปลวไฟที่เกิดจากบริเวณหนึ่งและลามไปยังอีกตำแหน่งหนึ่งที่เป็นตำแหน่งที่เกิดการระเบิดอย่างรุนแรง (ดูคลิปวิดิทัศน์และรูปที่ ๕-๑๒ ประกอบ) และรายงานความเสียหายที่เกิดกับโรงงานที่อยู่ห่างจากจุดเกิดเหตุกว่า ๑ กิโลเมตร ก็ยืนยันความรุนแรงของการระเบิดดังกล่าว แสดงให้เห็นว่าการระเบิดน่าจะเป็นแบบ UVCE
 

๒. ภาพข่าวขณะเกิดเพลิงไหม้และภาพความเสียหายที่ปรากฏนั้นไม่มีการแสดงให้เห็นถึงรูปแบบเปลวเพลิงที่เกิดจากการรั่วไหลออกเชื้อเพลิงออกจากระบบที่มีความดันสูง (ที่ควรมีลักษณะที่ฉีดพุ่งออกมา) แต่เป็นลักษณะเหมือนกับไฟที่เกิดจากเชื้อเพลิงที่รั่วจากระบบความดันต่ำหรือไม่มีความดัน และเชื้อเพลิงที่แผ่กระจายไปบนพื้น
 

๓. เพลิงไหม้นั้นมีโทลูอีน (Toluene C₆H₅-CH₃ หรือที่นักเรียนมัธยมในปัจจุบันรู้จักกันในชื่อ methyl benzene) เกี่ยวข้องด้วย
 

จากข้อมูลที่มี เราจะลองพิจารณากันไปเรื่อย ๆ โดยเริ่มจากโทลูอีนก่อน คำถามก็คือโทลูอีนมันมาปรากฏอยู่ในเหตุการณ์ได้อย่างไร ซึ่งคำตอบของคำถามนี้ก็ได้มาจากหน้าเว็บของบริษัท (รูปที่ ๒ ที่ได้มาเมื่อวันอาทิตย์ที่ผ่านมา) ที่กล่าวว่าบริษัทดังกล่าวมีการผลิตยางสังเคราะห์อยู่ ๒ ชนิด ชนิดแรกคือยาง Sytrene Butadiene Rubber หรือที่เรียกกันย่อ ๆ ว่า SBR และชนิดที่สองคือยางบิวทาไดอีนที่เรียกกันย่อ ๆ ว่า BR (หรืออาจเรียกว่ายาง polybutadiene rubber ก็ได้)
 

ยาง SBR นั้นใช้สไตรีน (styrene C₆H₅-CH=CH₂) และบิวทาไดอีน (butadiene H₂C=CH-CH=CH₂) เป็นสารตั้งต้น กระบวนการผลิตยาง SBR นั้นหน้าเว็บของบริษัทไม่ได้ให้รายละเอียดไว้เป็นการทำปฏิกิริยาในเฟสอะไร แต่เท่าที่ค้นข้อมูลได้จากสิทธิบัตรต่าง ๆ มักจะกล่าวว่าเป็นการทำปฏิกิริยาใน emulsion phase กล่าวคือใช้น้ำเป็นตัวกลางในการทำปฏิกิริยา เนื่องจากน้ำเป็นโมเลกุลมีขั้วในขณะที่ทั้งสไตรีน (ของเหลวที่อุณหภูมิห้อง) และบิวทาไดอีน (ทำให้เป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้องได้ด้วยการใช้ความดันช่วย) เป็นโมเลกุลไม่มีขั้ว ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการใช้สารลดแรงตึงผิวหรือ surfactant ช่วย เพื่อที่จะดึงโมเลกุลสารตั้งต้นทั้งสองเข้าไปในเฟสน้ำเพื่อทำปฏิกิริยากัน ดังนั้นปริมาณสารตั้งต้นที่ละลายเข้าไปในเฟสน้ำได้จึงมีจำกัด
 

ในส่วนของการสังเคราะห์ยางบิวทาไดอีนนั้นการทำปฏิกิริยาเกิดในเฟสสารละลายหรือ solution phase กล่าวคือใช้ตัวทำละลายไฮโดรคาร์บอนที่เฉื่อยซึ่งในที่นี้คือโทลูอีนเป็นตัวกลางในการทำปฏิกิริยาของบิวทาไดอีน โดยบิวทาไดอีนจะลายเข้าไปในโทลูอีนก่อน จากนั้นบิวทาไดอีนก็จะเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรซ์กลายเป็นพอลิเมอร์ด้วยการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาช่วยในการเกิดปฏิกิริยา เนื่องจากทั้งโทลูอีนและบิวทาไอดีนต่างเป็นโมเลกุลไม่มีขั้ว บิวทาไดอีนจึงสามารถละลายเข้าไปในโทลูอีนได้มากจนถึงระดับความดันไออิ่มตัว (สมดุลระหว่างอัตราการละลายและอัตราการระเหย) ซึ่งเป็นค่าที่มากกว่าการละลายเข้าไปในเฟสน้ำ

รูปที่ ๒ แผนผังกระบวนการผลิตยางบิวทาไดอีน (Butadiene rubber - BR) และยางสไตรีน-บิวทาไดอีน (Styrene-Butadiene rubber - SBR) (จาก http://bst.co.th/product.aspx?cate=2)

ตรงนี้ขอยกตัวอย่างเพิ่มเติมนิดนึงเพื่อให้เห็นภาพสมดุลระหว่างการละลายกับการระเหยออก ลองนึกภาพกรณีของเอทานอลกับน้ำที่แม้ว่าจะสามารถผสมเป็นเนื้อเดียวกันได้ทุกสัดส่วน โดยเอทานอลเป็นสารที่มีจุดเดือดต่ำกว่าน้ำ (ประมาณ 78ºC) ที่ระดับความเข้มข้นเอทานอลต่ำนั้นเรียกได้ว่าเอทานอลระเหยออกมาจากเฟสของเหลวได้ต่ำมาก แต่พอความเข้มข้นเอทานอลสูงขึ้นระดับหนึ่ง เอทานอลจะระเหยออกจากเฟสน้ำได้ดีขึ้น จนไอระเหยของเอทานอลที่อยู่เหนือผิวหน้าน้ำมีความเข้มข้นสูงมากพอจนเราสามารถจุดไฟติดได้
 

ถ้าว่ากันตามข้อมูลที่มี ก็น่าจะเชื่อได้ว่ากระบวนการที่เกิดอุบัติเหตุนั้นคือกระบวนการผลิตยางบิวทาไดอีน 
  

ประเด็นถัดมาคือการระเบิดที่เป็นแบบ UVCE นั้นแสดงว่าต้องมีการรั่วไหลไอเชื้อเพลิงออกมาในปริมาณมาก ซึ่งภาพคลิปวิดิทัศน์จากกล้องวงจรปิดก็แสดงให้เห็นถึงการเกิดเปลวไฟลุกไหม้จากตำแหน่งหนึ่งก่อนทำให้เกิดการระเบิดครั้งใหญ่ที่อีกตำแหน่งหนึ่งในเวลาถัดมา ซึ่งบ่งบอกถึงการที่กลุ่มหมอกไอเชื้อเพลิงนั้นพบกับแหล่งพลังงานจุดระเบิด ทำให้เกิดหน้าคลื่นเผาไหม้ (ที่เรียกว่า flash fire) วิ่งจากจุดนั้นออกมายังจุดรั่วไหล และด้วยความเร็วของหน้าคลื่นเผาไหม้ที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ก็เลยทำให้กลายเป็นการระเบิด (detonation หรือ blast) ที่เกิดเป็นลูกไฟดวงใหญ่ลอยขึ้นบน (ดูในคลิป) ตรงนี้มีประเด็นที่เป็นคำถามก็คือไอเชื้อเพลิงที่รั่วไหลออกมาในปริมาณมากและแพร่ไปได้ไกลนั้นคือสารอะไร
 

สิ่งหนึ่งที่ทราบก็คือก่อนหน้านั้นมีโทลูอีนอยู่ในถัง และมีการใช้น้ำล้าง ตรงนี้แสดงว่าทั้งน้ำและโทลูอีนนั้นต่างอยู่ในเฟสของเหลว โทลูอีนมีจุดเดือดประมาณ 110ºC ซึ่งสูงกว่าจุดเดือดของน้ำ นั่นแสดงว่าที่อุณหภูมิเดียวกัน โทลูอีนจะระเหยเป็นไปได้น้อยกว่าน้ำ ประเด็นนี้ทำให้เกิดคำถามว่าการที่โทลูอีนจะแพร่กระจายออกมาเป็นหมอกไอเชื้อเพลิงปกคลุมบริเวณกว้างได้นั้น การรั่วไหลต้องเกิดจากระบบที่มีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิจุดเดือดของโทลูอีนที่ความดันบรรยากาศ คือต้องสูงเกินกว่า 110ºC ซึ่งถ้าเกิดการรั่วไหลออกสู่บรรยากาศก็จะกลายเป็นไอฟุ้งกระจายออกไปเหมือนกับเวลาที่เราเปิดแก๊สหุงต้ม (ที่เป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้องภายใต้ความดัน)

รูปที่ ๓ แผนที่จากรายงานของบริษัทแห่งหนึ่งที่รายงานความเสียหายของอาคารสำนักงานที่อยู่ห่างจากจุดระเบิดประมาณ ๑.๓๖ กิโลเมตร (จุดระเบิดอยู่ทางด้านล่างของภาพ)
 

ในกรณีของการระเบิดที่โรงงาน HDPE ของบริษัท TPI เมื่อปีพ.ศ. ๒๕๓๑ นั้น (ดู UVCE case 1) เฮกเซนที่อยู่ใน reactor นั้นมีการใช้ความดันช่วยทำให้เฮกเซนเป็นของเหลวที่อุณหภูมิสูง (จุดเดือดเฮกเซนที่ความดันบรรยากาศคือ 68ºC แต่อุณหภูมิภายใน reactor อยู่ที่ประมาณ 80ºC) พอรั่วไหลออกมาสู่บรรยากาศก็เลยกลายเป็นไอฟุ้งกระจายออกไปโดยรอบอย่างรวดเร็ว แต่ในกรณีของโรงงานบริษัท BST นี้ ด้วยว่าไม่มีข้อมูลว่าอุณหภูมิของเหลวในถังก่อนรั่วไหลนั้นมีค่าเท่าใด แต่จากการค้นข้อมูลเทคนิคการผลิตที่ปรากฏในสิทธิบัตรบางฉบับกล่าวเอาไว้ว่า อุณหภูมิการทำปฏิกิริยาสำหรับการสังเคราะห์ยางบิวทาไดอีนนั้นช่วงที่เหมาะสมอยู่ในช่วงประมาณ 70-80ºC ซึ่งจะว่าไปแล้วต่ำกว่าจุดเดือดของโทลูอีนอีก และด้วยการที่มีการป้อนน้ำเข้าไปในระบบในสภาพที่เป็นของเหลวเพื่อการล้างถังนั้น บ่งบอกเป็นนัยว่าอุณหภูมิของถังที่มีการรั่วไหลนั้นไม่น่าจะสูงนัก (การล้างทำไปเพื่อกำจัดสารละลายโทลูอีนเก่าที่อยู่ในถังจากการทำงานก่อนหน้า)
 

ก่อนเกิดการรั่วไหลนั้น หน่วยดังกล่าวอยู่ในระหว่างการล้างถังที่มีโทลูอีนอยู่ (โดยความเห็นส่วนตัวคิดว่าคงมีบิวทาไดอีนละลายอยู่ในโทลูอีนด้วย) ซึ่งขั้นตอนการล้างถังเพื่อกำจัดสิ่งที่ตกค้างจากการผลิตก่อนหน้านี้ก็เป็นขั้นตอนการปฏิบัติงานตามปรกติ แต่วิธีการปฏิบัติ (หรือที่เรียกเป็นภาษาอังกฤษว่า procedure) นั้นมีการเปลี่ยนแปลงไปจากเดิม ซึ่งวิธีการเดิมนั้นเป็นอย่างไรก็ไม่ทราบเหมือนกัน แต่ถ้าให้เดาก็ขอเดาว่าคงประกอบด้วยขั้นตอนของ (ดูรูปที่ ๔ ข้างล่างประกอบ)
 

(ก) ระบายของเหลวเดิมที่ค้างอยู่ในถัง (คือโทลูอีนและสิ่งต่าง ๆ ที่ละลายอยู่ในโทลูอีน) ออกทางท่อก้นถัง

(ข) ระบายแก๊สที่อยู่ในถังออก flare

(ค) เติมน้ำเข้ามาให้เต็มถัง ทำการปั่นกวน และระบายน้ำนั้นทิ้งไป

(จ) ทำซ้ำขั้นตอน (ค) ใหม่จนถังสะอาด
 

ถ้าทำตามนี้ หลังการล้างด้วยน้ำสุดท้ายแล้ว ในถังก็ไม่ควรมีแก๊สเชื้อเพลิงอะไรเหลืออยู่ (ถ้ามีการเติมน้ำเข้าไปจนเต็มถังและ/หรือมีการใช้แก๊สเฉื่อยเช่นไนโตรเจนช่วยไล่แก๊สเก่าที่ตกค้างอยู่ออกไปทางท่อ vent) แต่ดูจากกระบวนการแล้วก็น่าจะใช้เวลาอยู่เหมือนกัน

แต่กระบวนการที่ใช้ในวันที่เกิดเหตุนั้นแตกต่างไปจากข้างบน กล่าวคือมีการเปิดวาล์วให้น้ำเข้าถังและเปิดวาล์วก้นถังเพื่อระบายของเหลวในถังออกไป พร้อมกับการเปิดใบพัดกวน โดยคาดว่าถ้าให้น้ำไหลเข้ามากพอถังก็จะสะอาดเหมือนกัน โดยปริมาตรน้ำที่คำนวณไว้ก็คือ 3 เท่าของปริมาตรถัง

รูปที่ ๔ แผนผังของถังที่เกิดการรั่วไหล (อิงจากรูปที่ ๑ และข้อมูลการบรรยายที่ได้รับฟังมา)
 

วิธีการปฏิบัติใหม่นั้นไม่ได้ใช้เป็นครั้งแรกในวันที่เกิดเหตุ แต่มีการใช้มาเป็นระยะหนึ่งแล้ว คือโดยธรรมชาติการทำงานของคนนั้น มักจะพยายามทำให้งานที่ทำอยู่นั้นมันง่ายขึ้น มันเสร็จเร็วขึ้น ดังนั้นขั้นตอนไหนที่เขาเห็นว่าเป็นการเสียเวลาโดยใช่เหตุหรือสามารถใช้วิธีการอื่นที่ทัดเทียมกันแต่ทำได้รวดเร็วกว่า ก็จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงวิธีปฏิบัติเดิม ซึ่งตรงจุดนี้เห็นว่ามีประเด็นที่น่านำไปคิดอยู่บางประเด็นคือ
 

๑. ผู้ปฏิบัติงานทราบวัตถุประสงค์ของแต่ละขั้นตอนของวิธีการเดิมหรือไม่ว่าทำไปทำไม

๒. เมื่อมีการนำเสนอวิธีการปฏิบัติใหม่นั้น มีการพิจารณาความเหมาะสมหรือไม่ การพิจารณานั้นมีการคำนึงถึงประเด็นใดบ้าง ซึ่งส่งผลต่อไปว่าวิธีการปฏิบัติใหม่นั้นได้รับการรับรองให้ใช้ทำงานจริงหรือไม่

๓. ใครเป็นผู้พิจารณาความเหมาะสมและรับรองให้นำไปใช้ปฏิบัติ

๔. กลุ่มผู้ที่พิจารณาความเหมาะสมของวิธีปฏิบัติใหม่นั้น มีความรู้และประสบการณ์เพียงพอหรือไม่

"... สิ่งที่เรารู้ว่าเกิดอะไรขึ้นก็คือ procedure เหลืออยู่ แต่เนื่องจาก process engineer กับ maintance engineering อยู่ในกลุ่ม ๑๑ คนที่ไปแล้ว ..." (๑๑ คนในที่นี้ก็คือกลุ่มผู้เสียชีวิต)

สิ่งที่คาดว่าน่าจะเกิดขึ้นก่อนเกิดเหตุคือ มีการเติมน้ำเข้าถัง ซึ่งอาจเปิดให้น้ำเข้าก่อนเปิดให้ของเหลวไหลออกทางก้นถัง เนื่องจากโทลูอีนไม่ละลายน้ำและน้ำมีความหนาแน่นมากกว่าโทลูอีน ดังนั้นเมื่อเปิดให้น้ำไหลเข้าไปในถัง น้ำจึงลงไปนอนอยู่ที่ก้นถังโดยโทลูอีนลอยอยู่บนผิวหน้าน้ำ พอไปเปิดวาล์วที่ก้นถัง ของเหลวที่ไหลออกมาจึงเป็นน้ำ ไม่ใช่โทลูอีน (ที่คงมีสารอื่นละลายอยู่ด้วย) อย่างที่คาดหวัง ประกอบกับมีการปั่นกวนเพื่อช่วยในการทำความสะอาด จึงก่อให้เกิดการระเหยของชั้นไฮโดรคาร์บอนมากขึ้น ไอระเหยของไฮโดรคาร์บอนจึงมาสะสมยังที่ว่างด้านบนของถัง

ตรงประเด็นเรื่องการปั่นกวนแล้วทำให้เกิดการระเหยมากขึ้นนี้ โดยส่วนตัวมองเห็นว่าถ้าเป็นกรณีของโทลูอีนเพียงอย่างเดียว มันไม่ควรจะเกิด ยกตัวอย่างง่าย ๆ ถ้าเราเอาน้ำมาใส่แก้วแล้วเอาช้อนคน น้ำก็ไม่ได้ระเหยออกมาได้เร็วขึ้น เพราะในระบบปิดนั้นมันจะระเหยได้มากน้อยเท่าใดนั้นขึ้นอยู่กับค่าความดันไอที่ภาวะสมดุล ณ อุณหภูมิหนึ่ง แต่ในกรณีของเหลวที่มีแก๊สละลายอยู่ การปั่นกวนสามารถทำให้แก๊สระเหยออกมาจากของเหลวได้ ตัวอย่างที่เห็นได้ชัดก็คือน้ำอัดลมที่มีแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ละลายอยู่ ถ้าเราเอาน้ำอัดลมที่บรรจุอยู่ในขวดหรือกระป๋องมาเขย่า เราจะพบว่าพอเปิดขวดหรือกระป๋องก็จะมีแก๊สรั่วออกมามากกว่าการที่ขวดหรือกระป๋องน้ำอัดลมนั้นไม่โดนเขย่า ดังนั้นโดยความเห็นส่วนตัวจึงคาดว่าคงมีแก๊สละลายอยู่ในโทลูอีนที่ค้างอยู่ในถัง และการปั่นกวนนั้นก็ไปทำให้แก๊สนั้นระเหยออกมาจากโทลูอีนมาอยู่ในเฟสแก๊สแทน

วิธีปฏิบัติใหม่ที่นำมาใช้นั้นมีการทำกันหลายครั้งโดยไม่เกิดเรื่องราวใด ๆ แต่ในวันที่เกิดเหตุนั้นมีเหตุการณ์ระบบใบพัดกวน (agitator หรือ stirrer) ขัดข้อง ต้องหยุดการทำงานและนำเอาระบบใบพัดกวนออก ซึ่งระบบใบพัดกวนนี้ก็คงเป็นระบบที่มอเตอร์ขับเคลื่อนอยู่ด้านบนของ vessel และในขณะที่ทำการถอดเอาระบบใบพัดกวนออกนั้นเอง ก็เกิดการรั่วไหลของไฮโดรคาร์บอนออกมาในปริมาณมาก สิ่งนี้แสดงว่าทันทีที่ตรวจพบการรั่วไหล ผู้ปฏิบัติงานที่กำลังทำหน้าที่ถอดระบบใบพัดออกนั้นคงไม่สามารถปิดสิ่งที่กำลังถอดออกมาได้ ทำให้การรั่วไหลแผ่ออกไปเป็นบริเวณกว้างจนมีสัญญาณเตือนจากหลายบริเวณดังขึ้น โอเปอร์เรเตอร์ที่อยู่ในห้องควบคุม (control room) จึงออกมาเพื่อจะระงับเหตุการณ์ โดยเหลือเอาไว้เพียงคนเดียวที่จำเป็นต้องนั่งเฝ้าระบบควบคุมในห้องควบคุม ในการบรรยายนั้นกล่าวว่านับจากเวลาที่สัญญาณดังจนถึงเวลาที่เกิดการระเบิดนั้นกินเวลาเพียงแค่สิบวินาทีเศษ
 

สิ่งหนึ่งที่ควรตั้งข้อสังเกตตรงนี้ก็คือ ทำไมก่อนที่จะทำการเปิดตัว vessel (ซึ่งคงเป็นหน้าที่ของฝ่ายซ่อมบำรุง) จึงไม่มีการตรวจสอบว่าใน vessel นั้นมีความดันอยู่หรือไม่ก่อนที่จะลงมือทำงาน
 

อีกเรื่องที่ผมเองยังไม่มีคำตอบที่ชัดเจนก็คือ ตกลงว่าเป็นสารอะไรกันแน่ที่มีการรั่วไหลออกมาในปริมาณมากในรูปของไอที่แผ่กระจายกว้างออกไป แม้ว่าจะเชื่อได้ว่าในขณะนั้นมีโทลูอีนอยู่มากก็จริง แต่การที่ของเหลวที่มีจุดเดือดสูงกว่าอุณหภูมิห้องมากอย่างโทลูอีนจะรั่วไหลออกมาในสภาพเป็นหมอกไอได้นั้น จำเป็นต้องมีอุณหภูมิที่สูงกว่าอุณหภูมิจุดเดือดของมันที่ความดันบรรยากาศ ซึ่งตรงนี้ก็ไม่มีข้อมูลว่าในการล้างถังนั้นทำการล้างที่อุณหภูมิเท่าใด

รูปที่ ๕ ภาพช่วงจังหวะเวลาก่อนเกิดการระเบิด ลูกศรชี้บริเวณที่จะสังเกตเห็นเปลวไฟเกิดขึ้นโดยเคลื่อนที่จากทางด้านขวาไปด้านซ้าย

รูปที่ ๖ ช่วงจังหวะนี้จะเห็นเปลวไฟเกิดขึ้นและเคลื่อนที่ในระดับต่ำจากลูกศรทางด้านขวาไปทางด้านซ้าย 

รูปที่ ๗ จุดที่เริ่มเกิดการระเบิดครั้งใหญ่

รูปที่ ๘ เห็นการขยายตัวของลูกไฟ ช่วงนี้เป็นช่วงที่เกิดคลื่นแรงอัดหรือ blast แผ่ขยายออกมา

ผมสงสัยว่าการล้างถังนั้นคงกระทำที่อุณหภูมิห้อง เพราะถ้าระบบอยู่ที่อุณหภูมิสูง ฝ่ายซ่อมบำรุงก็คงไม่คิดจะไปถอดอุปกรณ์ออกจาก vessel ทั้ง ๆ ที่อุณหภูมิในตัว vessel นั้นสูงอยู่ แต่เป็นไปได้ไหมว่าก่อนหน้านี้ก็เคยเกิดเรื่องที่ต้องถอดใบพัดกวน แต่นั่นเป็นตอนที่ยังใช้วิธีปฏิบัติแบบเดิมอยู่ ซึ่งไม่มีปัญหาเรื่องสารไวไฟและมีความดันค้างในถัง จึงไม่พบปัญหาเรื่องมีความดันตกค้างอยู่ในถัง
 

แต่พอเปลี่ยนวิธีปฏิบัติแบบใหม่ที่ทำให้มีสารไวไฟตกค้างในถัง และการปั่นกวนยังทำให้มีสารที่ระเหยได้ง่ายที่ละลายอยู่ในโทลูอีน (ซึ่งอาจเป็นบิวทาไดอีน) ระเหยออกมาจากตัวทำละลายในปริมาณมาก ทำให้ในถังมีความดันสูง พอทำการเปิด vessel จึงเกิดการรั่วไหลออกมาในปริมาณมากอย่างรุนแรงจนไม่สามารถติดตั้งอุปกรณ์ที่กำลังถอดออกมานั้นกลับคืนเพื่อปิดการรั่วไหลได้ทันเวลา โศกนาฏกรรมก็เลยเกิดขึ้น

รูปที่ ๙ ที่ลูกศรชี้ดูเหมือนจะมีบางสิ่งปลิวออกมาเนื่องจากแรงระเบิด

รูปที่ ๑๐ ดูจากลักษณะการเคลื่อนที่ ที่ลอยขึ้นแล้วตกลง ที่ลูกศรชี้คงเป็นวัตถุบางชิ้นที่ถูกแรงระเบิดอัดปลิว

รูปที่ ๑๑ การขยายตัวของลูกไฟและวัตถุที่ปลิวออกมา

รูปที่ ๑๒ กลุ่มควันของการระเบิดที่กำลังขยายตัว

ปรกติโรงงานแบบนี้ตอนปฏิบัติงานก็ไม่ค่อยจะมีคนอยู่ใน process area เท่าใดนัก ในกรณีนี้ดูเหมือนว่ามีการทำการซ่อมบำรุงหน่วยผลิตอื่นในบริเวณที่อยู่ใกล้เคียงกัน จึงทำให้ยอดผู้เสียชีวิตและบาดเจ็บนั้นสูงรวมกันแล้วกว่า ๑๐๐ ราย

คลิปการบรรยาย

 

คลิปจากกล้องวงจรปิด