การใช้ Isopropyl alcohol ทำความสะอาดอุปกรณ์ระบบไฟฟ้า MO Memoir : Monday 14 April 2568

เมื่อสัปดาห์ที่แล้วมีคลิป reel เกี่ยวกับการทำความสะอาดคอมพิวเตอร์ (พวกแผงวงจรต่าง ๆ) และตู้ที่ติดตั้งอุปกรณ์ระบบไฟฟ้า โดยในคลิปดังกล่าวเป็นคลิปการฉีดของเหลว (ฉีดแบบ water jet) เข้าไปชะล้างแผงวงจรและอุปกรณ์ไฟฟ้าโดยตรง โดยเขาบอกว่าสารที่ใช้คือ Isopropyl alcohol (ไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์) หรืออีกชื่อคือ 2-Propanol (2-โพรพานอล) โดยเขาบอกว่าสามารถทำได้โดยไม่ต้องตัดกระแสไฟฟ้า เพราะสารนี้ระเหยได้เร็วและไม่นำไฟฟ้า ในคลิปนั้นมีการฉีดทั้งแผงวงจรพิมพ์ (printed circuit board) และพวกตู้ติดตั้งอุปกรณ์ระบบไฟฟ้าเช่น circuit breaker ต่าง ๆ (รูปที่ ๑)

คลิปดังกล่าวมีการแขร์ออกไปเป็นจำนวน เมื่อเข้าไปอ่านในส่วนของการแสดงความคิดเห็นก็พบว่ามีคนที่มาแสดงความคิดเห็นต่างจำนวนไม่น้อย

แต่ที่น่าแปลกใจก็คือเจ้าของคลิปเองไม่มาชี้แจงอะไรกับความเห็นแย้งต่าง ๆ นั้น

รูปที่ ๑ คลิป reel ที่มาโผล่บนหน้า facebook ที่บอกว่าสามารถฉีด Isopropyl alcohol ทำความสะอาดได้โดยไม่ต้องตัดไฟ ซึ่งไม่ควรทำตาม (จาก https://www.facebook.com/reel/651476917582442)

ปัจจัยสำคัญในการเลือกใช้ตัวทำละลายในการล้างทำความสะอาดคราบสกปรกคือตัวทำละลายนั้นต้องละลายคราบสกปรกได้ ไม่ทิ้งคราบสกปรกใด ๆ เมื่อตัวทำละลายนั้นระเหยออกไป และต้องไม่ทำความเสียหายให้กับชิ้นส่วนที่ล้างนั้น โดยเฉพาะชิ้นส่วนที่เป็นพอลิเมอร์และพลาสติกต่าง ๆ

น้ำเป็นตัวทำละลายที่มีขั้ว จะไม่สามารถละลายคราบสกปรกที่เป็นโมเลกุลไม่มีขั้ว (เช่นพวกไขมันต่าง ๆ) และพวกที่มีขั้วไม่แรงได้ การใช้น้ำล้างต้องมีการผสมสารชะล้าง (พวก surfactant หรือ detergent) เข้าไป ข้อดีข้อหนึ่งของน้ำคือมันไม่ทำอะไรกับพลาสติกต่าง ๆ แต่มันก็มีข้อเสียคือน้ำมักจะมีเกลือละลายปนอยู่ในน้ำ และถ้าใช้น้ำที่มีเกลือละลายปนอยู่ เมื่อคราบน้ำที่ตกค้างอยู่บนพื้นผิวชิ้นงานนั้นแห้ง เกลือที่ละลายอยู่ในน้ำก็จะตกค้างบนพื้นผิว เพื่อแก้ปัญหานี้ น้ำที่ใช้จึงต้องเป็นน้ำที่มีความบริสุทธิ์สูง (ซึ่งนำไฟฟ้าได้แย่มาก) นอกจากนี้น้ำยังมีข้อเสียตรงที่มีจุดเดือดสูง ทำให้ต้องใช้เวลานานในการทำให้พื้นผิวแห้ง

ตัวทำละลายอินทรีย์ (organic solvent ซึ่งเป็นโมเลกุลที่ไม่มีขั้วหรือมีขั้วบ้างเล็กน้อย) จะละลายพวกคราบน้ำมันและไขมันได้ดีกว่าน้ำโดยไม่ต้องมีการผสมสารชะล้าง นอกจากนี้ด้วยการที่มันมีความเป็นขั้วต่ำหรือไม่มีเลย จึงทำให้มันไม่มีปัญหาเรื่องมีเกลือละลายปนอยู่ และหลายชนิดนั้นก็มีจุดเดือดที่ต่ำกว่าน้ำ ดังนั้นเมื่อนำมาล้างคราบไขมันหรือน้ำมันออกจากพื้นผิว เมื่อตัวทำละลายระเหยออกไปก็จะไม่มีคราบเกลือตกค้าง และด้วยการที่มันระเหยได้เร็ว จึงทำให้ชิ้นงานแห้งเร็ว

แต่การเลือกตัวทำละลายอินทรีย์พวกนี้ก็ต้องระวัง เพราะหลายตัวเป็นพิษ หลายตัวทำลายพลาสติกได้ และหลายตัวที่ติดไฟได้ พวกที่มีฮาโลเจนเป็นองค์ประกอบมีข้อดีตรงที่ไม่นำไฟฟ้าและไม่ติดไฟ แต่มีปัญหาเรื่องการกำจัดและการทำลายโอโซน (พวกที่มีคลอรีนและโบรมีนเป็นองค์ประกอบจะทำลายโอโซน ในขณะที่พวกที่มีฟลูออรีนเป็นองค์ประกอบมีความเสถียรมาก ทำลายได้ยากมาก)

แอลกอฮอล์ C1-C3 และอะซิโทน (acetone) มีข้อเสียตรงที่ไวไฟสูง การใช้สารกลุ่มหลังนี้จึงต้องระวังเรื่องการระเบิด ถ้าใช้ในปริมาณน้อย ๆ เช่นการเช็ดถูก็ไม่เป็นไร แต่ถ้าฉีดพ่นในปริมาณมาก จะทำให้เกิดไอระเหยความเข้มข้นสูงของสารเหล่านี้ได้อย่างรวดเร็ว และถ้าบริเวณทำงานมีความเสี่ยงที่จะมีประกายไฟ เช่นเที่เกิดจากการทำงานของหน้าคอนแทคทางไฟฟ้าหรือ สวิตช์รีเรย์ต่าง ๆ ก็มีความเสี่ยงสูงที่จะเกิดการระเบิด เว้นแต่จะได้ตัดไฟฟ้าออกจากอุปกรณ์เหล่านั้นก่อน

ด้วยข้อสงสัยที่มีก็เลยลองค้นดูว่าคลิปการล้างตู้ติดตั้งอุปกรณ์ไฟฟ้าด้วยการฉีดของเหลวแบบ jet sprayนั้น มีใครที่ไหนในโลกทำกันบ้างไหม แล้วก็พบมาหนึ่งคลิป (รูปที่ ๒) ซึ่งตลอดทั้งคลิปก็เป็นการฉีดพ่นของเหลวล้างตู้ติดตั้งอุปกรณ์ระบบไฟฟ้า และมีการกล่าวถึงการใช้ Isopropyl alcohol ในการล้าง โดยข้อความทางด้านล่างของคลิปกล่าวว่า "When cleaning an electrical installation that cannot be powered down, Isopropyl Alcohol (IPA 99%) is a safe and effective option. It is non-conductive ... ดูเพิ่มเติม" (คือข้อความยังมีต่อ)

รูปที่ ๒ อันนี้เป็นคลิป reel ของต่างประเทศ ในคลิปเป็นภาพฉีดของเหลวพ่นใส่ตู้ที่ติดตั้งอุปกรณ์ระบบไฟฟ้าต่าง ๆ โดยมีคำอธิบายอยู่ทางด้านล่างของคลิป ลองอ่านดูก่อนนะครับว่าเข้าใจว่าอย่างไร โดยยังไม่อ่านข้องความที่จะปรากฏให้เห็นถ้ากด "ดูเพิ่มเติม" ประโยคแรกเขาบอกว่า "เมื่อทำความสะอาดอุปกรณ์ระบบไฟฟ้าที่ไม่สามารถปิดการทำงานได้ ไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์ (IPA 99%) เป็นตัวเลือกที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ มันเป็นสารที่ไม่นำไฟฟ้า... (ยังมีต่อ)" (จาก https://facebook.com/reel/2114669038978880)

ถ้าอ่านแค่นี้มันก็ดูดีนะครับ แต่พอกด "ดูเพิ่มเติม" เพื่อดูว่าข้อความที่ไม่แสดงนั้นกล่าวไว้ว่าอย่างไร ก็พบว่ามันเขียนว่า " ..... It is non-conductive, fast evaporating, and leaves no residue, making it idea for removing dust, oil, and grime from sensitive components. ซึ่งแปลว่า " ... มันไม่นำไฟฟ้า, ระเหยได้เร็ว และไม่ทิ้งคราบ ทำให้มันเป็นสารในอุดมคติสำหรับการกำจัด ฝุ่น, น้ำมัน และคราบสกปรก ออกจากพื้นผิวที่อ่อนไหว"

ประโยคถัดไปกล่าวว่า "To clean safely, apply a small amount of IPA 99% to a lint free cloth of soft brush and gently wipe the surfaces, avoiding excessive liquid. Never spray directly onto live components to prevent accidental pooling. Proper ventilation and safety precautions should always be followed to minimize risks during cleaning." ซึ่งแปลว่า "เพื่อการทำความสะอาดที่ปลอดภัย ใช้ IPA 99% ในปริมาณน้อย ๆ กับผ้าที่ไม่มีขุยหรือแปรงขนนุ่ม ทำการเช็ดพื้นผิวเบา ๆ หลีกเลี่ยงการใช้ของเหลวมากเกินไป ไม่ควรทำการฉีดพ่นโดยตรงลงไปบนชิ้นส่วนที่ยังมีไฟฟ้าอยู่เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการสะสมเป็นของเหลว (หมายเหตุ : ตรงนี้เห็นว่าที่น่ากลัวกว่าคือการระเบิด) ข้อปฏิบัติในเรื่องการระบายอากาศที่เหมาะสมและการเตรียมพร้อมด้านความปลอดภัยควรได้รับการปฏิบัติตาม เพื่อลดความเสี่ยงที่ในระหว่างการทำความสะอาดให้น้อยที่สุด"

รูปที่ ๓ ทีนี้พอกด "ดูเพิ่มเติม" เพื่ออ่านข้อความที่ซ่อนอยู่ ลองอ่านดูนะครับ

จะเห็นว่าเนื้อหาข้อความในคลิปอันที่สอง กับภาพที่ปรากฏในคลิปนั้นเป็นคนละเรื่องเลย ใครที่ดูแต่ภาพโดยไม่อ่านข้อความให้ละเอียดแล้วเอาไปปฏิบัติก็จะเกิดอันตรายได้

ที่น่าแปลกใจก็คือ ทำไมจึงจงใจทำให้ภาพในคลิปและเนื้อหาที่เขียนนั้นไม่เหมือนกัน

เทคนิคหนึ่งที่ใช้การฉีดพ่นทำความสะอาดพื้นผิวโดยไม่ทำให้พื้นผิวเปียกคือเทคนิค Dry ice blasting เป็นการใช้อากาศอัดความดันฉีดเป่าน้ำแข็งแห้ง (ที่เป็นของแข็ง) ลงไปบนพื้นผิว น้ำแข็งแห้งที่กระทบพื้นผิวจะไปกระแทกเอาสิ่งสกปรกออกไปแล้วตัวมันก็จะระเหิดกลายเป็นแก๊สไป เทคนิคนี้สามารถทำความสะอาดได้โดยไม่จำเป็นต้องทำการตัดไฟฟ้าจากตัวอุปกรณ์

เมื่อผสมกรดไนตริก (HNO3) กับไอโซโพรพานอล (Isopropanol) MO Memoir : Saturday 14 January 2566

ในทางโลหะวิทยา การทำ "Surface etching" มีวัตถุประสงค์ด้วยกันหลากหลาย เช่นเวลาที่ต้องการส่องดู grains หรือ microstructure ของเนื้อเหล็กก็ต้องทำการกำจัดชั้นฟิล์มออกไซด์ที่ผิวบนออกไปก่อนด้วยการใช้สารเคมีที่เหมาะสมละลายชั้นฟิล์มออกไซด์ที่ผิวบนออกไป ชนิดของสารเคมีที่ใช้ขึ้นอยู่กับชนิดโลหะ สารเคมีตัวหนึ่งที่ใช้กันในการ etching ผิวเหล็กคือ "Nital" ที่เป็นสารผสมระหว่างกรดไนตริกเข้มข้น (Nitric acid HNO₃) กับเอทานอล (Ethanol C₂H₅OH) หรือเมทานอล (Methanol CH₃OH) โดยเอทานอลจะเป็นตัวที่นิยมใช้มากกว่าเพราะมีความเป็นพิษต่ำกว่า

แต่ห้ามผสมไอโซโพรพานอล (Isopropanol H₃C-CH(OH)-CH₃) กับกรดไนตริกเข้มข้น

หมู่ -OH สามารถทำปฏิกิริยา esterification กับกรดไนตริกกลายเป็นหมู่ -ONO₂ (เรียกปฏิกิริยานี้ว่า Nitration) โดยผลิตภัณฑ์ที่ได้จะมีความไวไฟสูงขึ้นและอาจระเบิดได้ง่ายขึ้น

การเตรียม Nital นั้นต้องเตรียมด้วยความระมัดระวัง และไม่ควรเตรียมสารละลายที่มีความเข้มข้นของกรดไนตริกเข้มข้นสูงเกินกว่า 5 %wt วิธีการเตรียม Nital ข้างล่างคัดมาจากคู่มือปฏิบัติการของภาควิชาแห่งหนึ่ง โดยคัดมาเพียงบางส่วน เพื่อให้เห็นภาพเท่านั้น

1. เตรียมภาชนะใส่น้ำ โดยปริมาตรน้ำควรมากกว่าปริมาตรสารละลายที่เติมอย่างน้อย 2 เท่า และภาชนะดังกล่าวต้องมีที่ว่างเหลือพอสำหรับเติมสารละลายลง (จะใช้เมื่อจำเป็น)

2. ตวงเอทานอล (ความบริสุทธ์สูง) ปริมาตรที่ต้องการลงในบีกเกอร์ที่แห้งและสะอาด

3. ตวงกรดไนตริกเข้มข้น (67-70 %wt) ในปริมาตรที่ต้องการในกระบอกตวง (ที่เมื่อผสมกับเอทานอลแล้วความเข้มข้นกรดไม่ควรจะสูงเกินกว่า 5 %wt) ห้ามเทเอทานอลลงในกรด

4. ค่อย ๆ เทกรดไนตริกจากกระบอกตวง "อย่างช้ามาก" ลงในเอทานอล พร้อมทั้งทำการกวนอย่างสม่ำเสมอตลอดเวลา ถ้าเห็นสารละลายมีสีน้ำตาลหรือเกิดไอแก๊สสีน้ำตาล ให้ทำการหยุดการเติมกรดทันที ถ้าคิดว่าปลอดภัยพอก็ให้เทสารละลายที่เตรียมลงในภาชนะใส่น้ำที่เตรียมไว้ เพื่อลดความร้อนและอัตราการเกิดปฏิกิริยา แต่ถ้าพบว่าเกิดแก๊สอย่างรุนแรง ให้ถอยห่างออกมา

(หมายเหตุ : ความหนาแน่นของกรดไนตริกเข้มข้นอยู่ที่ประมาณ 1.4 g/ml ส่วนของเอทานอลอยู่ที่ประมาณ 0.79 g/ml ดังนั้นกรดไนตริก 5 %vol ในเอทานอล จะมีความเข้มข้นกรดไนตริกประมาณ 9 %wt)

รูปที่ ๑ เอกสารที่นำมาเป็นต้นเรื่องของบทความในวันนี้

เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้นำมาจากเอกสารทบทวนเหตุการณ์ที่เกิดในปีค.ศ. ๑๙๙๗ (พ.ศ. ๒๕๔๐) หลังเหตุการณ์ดังกล่าวผ่านไปแล้ว ๑๕ ปี (แต่บทความออกในปีค.ศ. ๒๐๑๔ หรือพ.ศ. ๒๕๕๗ นะ) เพื่อดูว่ามีการเผยแพร่สาเหตุของการระเบิดออกไปแพร่หลายมาเท่าใด เพื่อที่จะได้ไม่มีคนทำผิดพลาดซ้ำเดิมอีก (รูปที่ ๑)

รูปที่ ๒ แผนผังห้องที่เกิดเหตุ P3 คือถังเก็บสารทำความสะอาดที่เป็นสารผสมระหว่างกรดฟอสฟอริก (Phosphoric acid H₃PO₄) กับไอโซโพรพานอลที่เกิดการระเบิด ดังอักษรต่าง ๆ เป็นตำแหน่งความเสียหายที่เกิด มีทั้งเศษชิ้นส่วนปลิวออกไปในแนวตรง (เส้นประสีแดง) และที่ปลิวไปกระทบผนังและสะท้อนกลับ (เส้นประสีฟ้า) ตามแผนผัง ห้องกว้างประมาณ 15 เมตรและยาวประมาณ 20 เมตร

เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นที่โรงงานผลิตเบียร์แห่งหนึ่งในประเทศเนเธอร์แลนด์เมื่อวันที่ ๒๘ พฤศจิกายนปึค.ศ. ๑๙๙๗ โดยในโรงงานนี้มีการใช้สารเคมีทำความสะอาดหลักอยู่ 2 ตัว ตัวแรกคือกรดไนตริกที่ใช้สำหรับทำความสะอาดคราบของแข็งเช่นพวกตะกรันที่เกาะอยู่ตามภาชนะและในระบบท่อ (คือใช้สะลายคราบตะกรันที่เกาะอยู่บนผนัง) สาเหตุที่ใช้กรดไนตริกก็เพราะมันไม่กัดกร่อนเหล็กกล้าไร้สนิม (ที่เราเรียกว่าสแตนเลสสตีล) และราคาไม่แพงเมื่อเทียบกับกรดฟอสฟอริก (เหล็กกล้าไร้สนิมเป็นวัสดุหลักที่ใช้ในการขึ้นรูปอุปกรณ์ต่าง ๆ ในอุตสาหกรรมการผลิตอาหาร เพราะมันไม่เกิดสนิมปนเปื้อนในผลิตภัณฑ์)

สารเคมีตัวที่สองมีชื่อเรียกว่า P3 สารนี้มีองค์ประกอบหลักเป็นกรดฟอสฟอริกโดยมีไอโซโพรพานอลเป็นส่วนผสมอยู่ประมาณ 5-15 % (รูปที่ ๓) ถังเก็บกรดไนตริกและถังเก็บ P3 นั้นตั้งอยู่เคียงข้างกัน (รูปที่ ๒) ถังทั้งสองมีลักษณะที่เหมือนกันโดยทำจากเหล็กกล้าไร้สนิมหนาประมาณ 5 mm และมีความจุประมาณ 1.7 m³ ในแง่ของผู้ปฏิบัติงานจะมองสารเคมีทั้งสองเป็นเพียงแค่ "กรด" ในห้องดังกล่าวนอกจากจะมีถัง "กรด" สองถังนี้แล้วยังมีถังอื่น ๆ อีก โดยแต่ละถังจะมีท่อต่อออกมายัง "nozzle wall panel" ที่อยู่ทางด้านนอกของอาคาร จุดนี้เป็นจุดสำหรับต่อสายยางและปั๊มเพื่อถ่ายของเหลวจากภาชนะเก็บ (สารเคมีมีการสำรองเก็บไว้ในอีกที่แห่งหนึ่ง) เข้าไปเติมถังเก็บในอาคาร

รูปที่ ๓ องค์ประกอบของสารเคมีทำความสะอาด P3 ที่มีกรดฟอสฟอริกเป็นตัวหลัก

เมื่อสารเคมีในถังเก็บในอาคารเก็บมีระดับลดต่ำลง โอเปอร์เรเตอร์ก็จะนำถังสารเคมีที่จะเติมมายัง nozzle wall panel นี้ ใช้จุ่มท่อด้านขาเข้าปั๊มส่งลงในถังสารเคมีที่จะเติม และต่อสายยางด้านขาออกของปั๊มเข้ากับหัวต่อ (ที่เรียกว่า nozzle ที่มีรูปแบบหลายรูปแบบ เช่นอาจเป็นข้อต่อแบบสวมเร็ว (quick couple) หรือเป็นหน้าแปลน ฯลฯ ซึ่งขึ้นอยู่กับชนิดสารเคมีและกระบวนการผลิต) จากนั้นก็จะทำการเดินเครื่องปั๊มเพื่อถ่ายสารเคมีจากถังเติมไปยังถังเก็บในอาคาร

ในกรณีของกรดไนตริกและสารทำความสะอาด P3 นั้น ใช้ปั๊มลำเลียงตัวเดียวกันและใช้รูปแบบข้อต่อด้านขาออกที่เหมือนกัน

ในวันที่เกิดเหตุนั้น ระดับกรดไนตริกในถังเก็บใกล้จะหมดถัง ในขณะที่ระดับของสารละลายในถัง P3 ใกล้จะเต็ม โอเปอร์เรเตอร์จึงนำเอาภาชนะเก็บกรดไนตริกจากโกดังเก็บมายัง nozzle wall panel ในขณะนั้นตัวปั๊มสูบกรดถูกติดตั้งอยู่ที่หัวต่อที่ nozzle wall panel อยู่ก่อนแล้ว โอเปอร์เรเตอร์จึงทำเพียงแค่จุ่มท่อดูดด้านขาเข้าปั๊มลงไปในภาชนะเก็บกรดไนตริก แล้วเริ่มเดินเครื่องปั๊ม

เนื่องจากหัวต่อสำหรับกรดไนตริกและสารทำความสะอาด P3 เป็นแบบเดียวกัน โอเปอร์เรเตอร์จึงไม่ได้สังเกตว่าตัวปั๊มนั้นต่ออยู่กับท่อต่อไปยังถังเก็บสารทำความสะอาด P3 ไม่ใช่ท่อสำหรับส่งสารไปยังถังเก็บกรดไนตริก

การระเบิดเกิดขึ้นหลังเริ่มเดินเครื่องปั๊มไปได้ประมาณ ๑๐-๑๕ นาที ประมาณว่ามีการปั๊มกรดไนตริกประมาณ 100-250 ลิตรส่งไปยังถังบรรจุสารทำความสะอาด P3 โดยก่อนที่จะเกิดการระเบิดเล็กน้อย โอเปอร์เรเตอร์รายหนึ่งเดินผ่านบริเวณดังกล่าวในระยะใกล้ แต่ไม่สังเกตุเห็นสิ่งผิดปรกติใดเกิดขึ้น (ข้อมูลตรงนี้มีความสำคัญในการพิจารณาว่าการระเบิดนั้นเกิดจากสาเหตุใด) หลังการระเบิดได้เกิดกลุ่มหมอกควันสีเหลืองแดงพวยพุ่งออกมาจากอาคารที่เกิดระเบิด

ในบทความกล่าวว่าเป็นแก๊สนั้นคือ nitrous oxideหรือ N₂O แต่แก๊สตัวนี้เป็นแก๊สไม่มีสี ตัวที่น่าจะใช่มากกว่าน่าจะเป็นแก๊ส nitrogen dioxide หรือ NO₂ เพราะแก๊สตัวนี้มีสีเหลืองแดงหรือน้ำตาลแดง ซึ่งขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ โดยที่อุณหภูมิต่ำจะรวมตัวเป็นแก๊สไดไนโตรเจนเททรอกไซด์ (dinitrogen tetroxide (N₂O₄) ที่ไม่มีสี แต่เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นจะเป็น NO₂ที่มีสีเหลืองแดงหรือน้ำตาลแดง (รูปที่ ๔) และแก๊สนี้เป็นแก๊สที่เมื่อละลายน้ำแล้วจะได้กรดไนตริก (NO₂ + H₂O ---> HNO₃)

รูปที่ ๔ ที่อุณหภูมิต่ำ แก๊ส nitrogen dioxide (NO₂) สองโมเลกุลจะรวมตัวกันเป็น dinitrogen tetroxide (N₂O₄) ที่เป็นแก๊สที่ไม่มีสี (ภาพจาก https://en.wikipedia.org/wiki/Nitrogen_dioxide)

ปฏิกิริยาระหว่างหมู่ -OH ของแอลกอฮอล์กับกรดไนตริกเป็นปฏิกิริยาที่คายความร้อนมาก ความร้อนที่ปฏิกิริยาคายออกมานั้นถ้าระบายไม่ทันก็จะทำให้กรดไนตริกร้อนจนสลายตัวได้ การสลายตัวของกรดไนตริกจะเกิดแก๊ส NO₂ ที่มีสีเหลืองแดงหรือน้ำตาลแดง ถ้าหากเกิดแก๊สนี้ปริมาณมากในภาชนะและระบายออกไม่ทัน ก็จะทำให้ภาชนะระเบิดได้ แต่ในเหตุการณ์นี้ก่อนการระเบิดเพียงเล็กน้อย โอเปอร์เรเตอร์ที่เดินผ่านบริเวณดังกล่าวไม่สังเหตุเห็นเหตุการณ์ผิดปรกติใด ๆ จึงสรุปว่าการระเบิดไม่ได้เกิดจากการสะสมของแก๊ส NO₂ ในถังเก็บสาระลายทำความสะอาด P3

ถังเก็บของเหลวที่มีจุดเดือดสูงจะมีช่องระบายอากาศที่ฝาด้านบนของถัง ช่องระบายอากาศนี้มีไว้เพื่อให้อากาศภายนอกไหลเข้าไปภายในถังเมื่อมีการสูบของเหลวออกจากถัง เพื่อปัองกันไม่ให้ความดันในถังต่ำจนโดยความกดอากาศข้างนอกบีบอัดจนถังบุบ และให้อากาศในถังไหลออกเมื่อมีการปั๊มของเหลวเข้าไปในถัง เพื่อป้องกันไม่ให้ความดันในถังสูงเกินไปจนทำให้ถังระเบิดออกได้ แต่โดยทั่วไปการออกแบบถังแบบนี้จะออกแบบให้รอยเชื่อมต่อระหว่างฝาถังกับส่วนลำตัวเป็นจุดอ่อน ที่เมื่อถ้าความดันในถังสูงเกิด ฝาถังจะปลิวออกก่อนที่ส่วนลำตัวจะเกิดความเสียหาย แต่ในเหตุการณ์นี้ส่วนลำตัวเกิดความเสียหายแตกออกเป็นชิ้นส่วนหลายชิ้นกระจายออกไปไกล จากขนาดของชิ้นส่วนน้ำหนักมากที่ปลิวไปได้ไกล และแรงปะทะที่ขิ้นส่วนต่าง ๆ กระทบเข้ากับผนังอาคารหรืออุปกรณ์อื่นที่อยู่ห่างออกไป บ่งบอกว่าความดันในถังเพิ่มสูงขึ้นอย่างรวดเร็วเกินกว่าที่ฝาถังจะเปิดออกทัน

รูปที่ ๕ ความเสียหายบริเวณตำแหน่งเครื่องกรอง (อักษร g ในรูปที่ ๒)

อีกสาเหตุที่มีความเป็นไปได้คือการเกิดสารประกอบไอโซโพรพิลไนเทรต (isopropyl nitrate H₃C-CH(ONO₂)-CH₃) สารประกอบตัวนี้เตรียมได้จากปฏิกิริยาระหว่างกรดไนตริกกับไอโซโพรพานอล ในบางเอกสารกล่าววาจำเป็นต้องมีการใช้กรดกำมะถันเข้มข้น (H₂SO₄) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา แต่บางเอกสารก็ไม่กล่าวถึงการใช้กรดกำมะถันในการเตรียม (เช่นการเตรียม Nital ตอนต้นเรื่อง ก็ไม่ได้กล่าวถึงการใช้กรดกำมะถันเข้มข้นในการเตรียม) ในเหตุการณ์นี้คาดว่ากรดไนตริกที่เติมเข้าไป ทำปฏิกิริยากับไอโซโพรพานอลที่เป็นส่วนประกอบของสารทำความสะอาด P2 และความร้อนที่คายออกมาจากปฏิกิริยานั้นเมื่อสูงมากพอก็ทำให้ไอโซโพรพิลไนเทรตระเบิด

การลดโอกาสที่จะต่อท่อผิดทำได้หลายวิธี เช่นการทำป้าย, ทำเครื่องหมาย และใช้สี ที่มองเห็นได้ชัดเจน การทำให้ไม่สามารถสลับสายยางต่อเข้าด้วยกันได้ เช่นการใช้ข้อต่อที่แตกต่างกัน หรือการใช้ข้อต่อที่มีขนาดที่แตกต่างกัน ซึ่งการใช้ข้อต่อที่แตกต่างกันนี้ในบางงานมันก็ทำงานได้ดี เช่นการถอดชิ้นส่วนออกมาซ่อมบำรุงและประกอบกลับคืนหลังทำงานเสร็จ 

รูปที่ ๖ ความเสียหายบริเวณตำแหน่ง b ในรูปที่ ๒ จะเห็นว่าชิ้นส่วนของถังนั้นฝังเข้าไปในผนังคอนกรีต

ตัวอย่างสำคัญตัวอย่างหนึ่งที่แสดงให้เห็นความเสียหายจากการประกอบท่อกลับคืนผิดน่าจะเป็นกรณี โรงงาน HDPE ระเบิดที่ เมือง Pasadena มลรัฐ Texas ประเทศสหรัฐอเมริกาเมื่อวันที่ ๒๓ ตุลาคม ๒๕๓๒ (บทความบน blog เรื่อง "โรงงาน HDPE ระเบิดที่ Pasadena เมื่อ ๒๓ ตุลาคม ๒๕๓๒" วันอังคารที่ ๒๔ กันยายน ๒๕๕๖) ที่เกิดจากการต่อท่ออากาศอัดความดันที่ใช้ควบคุมการเปิด-ปิดวาล์วผิด (เพราะใช้ข้อต่อแบบเดียวกันและท่อมีขนาดเท่ากัน) ทำให้เมื่อทำการสั่งปิดวาล์ว วาล์วจะเปิด และในทางกลับกันเมื่อทำการสั่งเปิดวาล์ว วาล์วจะปิด เหตุเกิดเมื่อโอเปอร์เรเตอร์ต้องทำงานซ่อมบำรุงที่ต้องมีการถอดท่อออก โดยก่อนถอดท่อออกก็ได้มีการสั่ง "ปิด" วาล์ว (ด้วยการใช้อากาศอัดความดันผลักดันกลไกควบคุมการเปิด-ปิด) แต่ในความเป็นจริงคือวาล์วจะไปอยู่ในตำแหน่ง "เปิด" ผลของความผิดพลาดครั้งนั้นทำให้มีผู้เสียขีวิต ๒๓ รายและบาดเจ็บกว่าร้อยราย บทเรียนหนึ่งที่ได้จากเหตุการณ์นี้คือถ้าหากออกแบบให้ท่ออากาศที่ควบคุมการเปิดและปิดวาล์วนั้นแตกต่างกัน (เช่นใช้ท่อขนาดต่างกันหรือใช้ข้อต่อที่ไม่เหมือนกัน) ก็จะสามารถปัองกันการต่อท่อผิดได้

ในกรณีของโรงงานนี้ใช้ปั๊มเพียงตัวเดียวในการสูบน้ำกรดจากถังเติมเพื่อไปเติมให้กับถังเก็บในอาคาร การสูบน้ำกรดจากถังเติมใช้การจุ่มท่อด้านขาเข้าของปั๊มลงไปในถังเติม ดังนั้นจะมีประเด็นเรื่องต่อท่อถูกต้อง แต่หยิบถังน้ำกรดสำหรับเติมมาผิดถัง เกิดขึ้นได้

MO Memoir : Saturday 11 June 2565 Deflagration ระหว่างการเทไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์

เวลาที่ไอผสมระหว่างเชื้อเพลิงกับอากาศถูกจุดให้ลุกไหม้ ณ ตำแหน่งหนึ่ง เปลวไฟจะขยายตัวออกจากตำแหน่งที่ถูกจุดให้ลุกไหม้นั้น (เช่นในเครื่องยนต์เบนซิน เปลวไฟจะถูกจุดด้วยประกายไฟจากหัวเทียน และแผ่ขยายออกจากบริเวณนั้น) เนื่องด้วยปฏิกิริยาการเผาไหม้เป็นปฏิกิริยาคายความร้อน ความร้อนที่คายออกมาจึงทำให้อัตราการเผาไหม้เพิ่มสูงขึ้น ทำให้อัตราเร็วในการขยายตัวของเปลวไฟเพิ่มสูงขึ้นเรื่อย ๆ ในช่วงที่ความเร็วในการเผาไหม้ของเปลวไฟนี้ต่ำกว่าความเร็วเสียว จะเรียกการเผาไหม้แบบนี้ว่า "Deflagration" แต่ถ้าความเร็วขึ้นสูงถึงความเร็วเสียงเมื่อใดก็จะเรียกว่า "Detonation"

เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้นำมาจากบทความเรื่อง "Deflagration reactor accident" เป็นเหตุการณ์เกิดในประเทศฝรั่งเศสเมื่อวันที่ ๒๗ เดือนสิงหาคม ค.ศ. ๒๐๑๕ (พ.ศ. ๒๕๕๘) เวลาประมาณบ่ายสองโมงในโรงงานผลิต softening ROQUAT SM 75 เหตุเกิดในขณะที่คนงานกำลังเทสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (41%) 32 กิโลกรัมจาก manhole ทางด้านบน ลงไปในถังสแตนเลสขนาดความจุ 3000 ลิตร ผลจากเปลวไฟที่เกิดขึ้นทำให้มีผู้เสียชีวิต ๑ รายและบาดเจ็บ ๒ ราย (ดูบทความได้ที่ https://www.aria.developpement-durable.gouv.fr/accident/52727_en/?lang=en)

รูปที่ ๑ สาเหตุที่ทำให้เกิดอุบัติเหตุ

ก่อนเกิดเหตุ ใน reactor มีไขมันสัตว์ที่ผ่านการเติมไฮโดรเจน (ในบทความในรูปที่ ๑ ใช้คำว่า hydrogenated tallow) ที่มีปริมาณโลหะ Ni ไม่ปรกติ (Ni เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการเติมไฮโดรเจนเข้าไปที่ตำแหน่งพันธะคู่ C=C เพื่อให้กลายเป็นพันธะเดี่ยว C-C ส่วนปริมาณ Ni ที่ไม่ปรกติในที่นี้น่าจะหมายถึงมากผิดปรกติ) ข้อ 1. ในรูปที่ ๑ กล่าวว่า oxygenated water ที่เติมลงไป (คงหมายถึงสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์) เกิดการสลายตัวปลดปล่อยแก๊สออกซิเจนออกมา อุณหภูมิ reactor ขณะนั้นอยู่ที่ประมาณ 73-74ºC ตามด้วยการจุดระเบิดของไอระเหยของโซโพรพานอล ในขณะนั้นฝา reactor เปิดอยู่ (บทความใช้คำว่า reactor cover ซึ่งน่าจะหมายถึง manhole ที่คนงานเทสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ลงไป) ทำให้เปลวไฟพุ่งออกมาจากช่องเปิดนั้น คนงานที่ยืนอยู่ตรงช่องเปิดเสียชีวิต ในขณะที่อีกสองคนที่อยู่ทางด้านซ้ายและขวานั้นได้รับบาดเจ็บในระดับที่แตกต่างกันออกไป

ตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการเติมไฮโดรเจนนั้นคือ "โลหะ" นิเกิล แต่ตัวเร่งปฏิกิริยานี้เมื่อสัมผัสกับอากาศก็จะกลายเป็นสารประกอบนิเกิลออกไซด์ได้อย่างรวดเร็ว โดยตัวนิเกิลออกไซด์นี้สามารถเร่งการสลายตัวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ได้ เนื่องจากใน reactor นั้นมีเชื้อเพลิงคือไอระเหยของไอโซโพรพานอลอยู่แล้ว ออกซิเจนที่เกิดจากการสลายตัวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์จึงเข้าไปเพิ่มความเข้มข้นของออกซิเจนใน reactor และด้วยการที่ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่ใช้มีความเข้มข้นสูงเกินกว่าที่ควรเป็น (คือ 42% แทนที่จะเป็น 30%) จึงทำให้ปฏิกิริยาการสลายตัวเกิดได้รุนแรงและรวดเร็วขึ้น (ปฏิกิริยาการสลายตัวคายความร้อนออกมา) ทำให้ในขณะนี้บรรยากาศใน reactor มีองค์ประกอบสำหรับการเผาไหม้ 2 องค์ประกอบแล้วก็คือเชื้อเพลิงและสารออกซิไดซ์ ขาดอีกหนึ่งก็คือแหล่งพลังงานที่จะมาจุดระเบิด

ในข้อ 1. ใช้คำว่า "self-ignition" ซึ่งคำนี้มันจะไปตรงกับการจุดระเบิดด้วยตนเองที่จะเกิดได้เมื่ออุณหภูมิของไอผสมนั้นสูงมากพอ (คือไม่ต้องมีเปลวไฟหรือประกายไฟช่วย) แต่ในข้อ 3. กลับกล่าวถึงการเกิดประจุไฟฟ้าสถิตย์ที่เกิดจากการเทของเหลว (ซึ่งได้แก่ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์) ลงไปใน reactor ในรูปแบบ "violent form) ซึ่งคงเป็นการเทจากภาชนะบรรจุให้ของเหลวตกอย่างอิสระลงไปบนผิวของเหลวใน reactor การเทแบบนี้จะทำให้เกิดการแตกกระจายของของเหลวด้านล่าง ซึ่งช่วยเสริมการเกิดไฟฟ้าสถิตย์ ที่เมื่อสะสมมากพอก็จะเกิดประกายไฟที่สามารถจุดระเบิดไอผสมได้ วิธีการที่ปลอดภัยกว่าคือการเทผ่านกรวยและท่อที่ควรนำไฟฟ้าได้ เพื่อที่จะได้ระบายประจุที่เกิดจากการไหลของของเหลวภายในตัวท่อออกจากระบบกรวยและท่อที่ใช้ โดยปลายท่อนั้นจุ่มลงไปใต้ของเหลว เรื่องราวเกี่ยวกับการเกิดประจุไฟฟ้าสถิตย์นี้อ่านเพิ่มเติมได้ในบทความดังต่อไปนี้

"ไฟฟ้าสถิตกับงานวิศวกรรมเคมี (๑) ตัวอย่างการเกิด" MO Memoir วันเสาร์ที่ ๑๔ พฤษภาคม ๒๕๖๐

"ไฟฟ้าสถิตกับงานวิศวกรรมเคมี (๒) ของเหลวนำไฟฟ้า ของเหลวไม่นำไฟฟ้า" MO Memoir ฉบับวันพฤหัสบดีที่ ๑๘ พฤษภาคม ๒๕๖๐

"ไฟฟ้าสถิตกับงานวิศวกรรมเคมี (๓) ทฤษฏีพื้นฐานการเกิด" MO Memoir ฉบับวันศุกร์ที่ ๒ มิถุนายน ๒๕๖๐

"ไฟฟ้าสถิตกับงานวิศวกรรมเคมี (๔) ตัวอย่างการทำงานภาคปฏิบัติ" MO Memoir ฉบับวันพุธที่ ๗ มิถุนายน ๒๕๖๐

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

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

 

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

รูปที่ ๑ แผนผังคร่าว ๆ ของระบบ scrubber ที่ใช้ในการออกแบบเบื้องต้น

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

  

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

  

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

  

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

 

ส่วนที่ทำหน้าที่เป็นถังตกตะกอนนั้นอาจเป็น ส่วนล่างของตัว scubber, ถังแยกออกมาต่างหากเพื่อทำหน้าที่นี้ หรือตัวถังเก็บ Heavy oil ก่อนนำกลับไปใช้งานใหม่ ตรงนี้ก็แล้วแต่การออกแบบและข้อกำหนดเฉพาะของแต่ละกระบวนการ

  

ประเด็นถัดมาที่ต้องพิจารณาคือการทำให้ของเหลวภายใต้ความดันนั้นกลายเป็นแก๊สก่อนเข้าสู่ scrubber และกลับเป็นของเหลวใหม่อีกครั้งหลังออกจาก scrubber ซึ่งสองประเด็นนี้มันผูกพันกันอยู่

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

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

  

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

  

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

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

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

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

  

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

   

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

  

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

  

อันที่จริงสารที่เป็นสารปนเปื้อนนี้สามารถทำลายได้ด้วยการทำปฏิกิริยากับน้ำ ซึ่งถ้าใช้วิธีการนี้ก็สามารถในการสัมผัสกันระหว่างเฟสของเหลว-ของเหลวได้ แต่ที่เขาไม่เลือกใช้น่าจะเป็นเพราะน้ำเป็น catalyst poison เพราะถ้าไฮโดรคาร์บอนเบาที่เวียนกลับไปใช้งานใหม่นี้มีน้ำปนอยู่แม้ว่าจะในระดับ ppm ก็ตาม มันก็สามารถไปทำลายตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ในการสังเคราะห์สารได้

  

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

  

ส่วนคำตอบสุดท้ายจะเป็นอะไรนั้นผมเองไม่ทราบ เพราะทำเพียงแค่แนะนำให้นิสิตผู้ถามคำถามมานั้นได้เห็นภาพทางเลือกบางทางเลือกที่เป็นไปได้ และข้อดีข้อเสียของทางเลือกเหล่านั้น และยังต้องมีปัจจัยอื่นเข้ามาพิจารณาประกอบอีก เช่น พื้นที่สำหรับติดตั้งอุปกรณ์ ระบบสาธารณูปโภคที่มีอยู่ที่สามารถนำมาใช้ได้ ฯลฯ

เอา 2,2-dimethylbutane (neohexane) ไปทำอะไรดี MO Memoir : Sunday 27 January 2556

2,2-dimethylbutane หรือ neohexane ตัวนี้แตกต่างจาก isopentane ตรงที่อะตอม H ของ tertiary carbon atom ถูกแทนที่ด้วยหมู่ -CH₃ ดังนั้นถ้าจะนำสารตัวนี้ไปทำปฏิกิริยา ก็คงต้องเล่นที่หมู่ -CH₂- ที่เหลืออยู่เพียงหมู่เดียว
  

ถ้านำ 2,2-dimethylbutane ไปออกซิไดซ์ (ที่ภาวะและ/หรือมีตัวเร่งปฏิกิริยาที่เหมาะสม) ปฏิกิริยาก็ควรที่จะเกิดที่หมู่ methylene -CH₂- โดยหมู่นี้น่าจะถูกเปลี่ยนให้กลายเป็นหมู่ carbonyl C=O ทำให้ได้สารประกอบ isobutyl methyl ketone ที่สามารถใช้เป็นตัวทำละลายและสารตั้งต้นในอุตสาหกรรมอื่นได้ (รูปที่ ๑)^(๑)

  
 ถ้านำ 2,2-dimethylbutane ไปทำปฏิกิริยา dehydrogenation จะมีตำแหน่งให้เกิดปฏิกิริยาดังกล่าวเพียงตำแหน่งเดียว คือที่อะตอม C ตัวที่ 3 (หมู่ -CH₂-) และ 4 (หมู่ -CH₃ ที่อยู่ที่ปลายโซ่) จะได้ 3,3-dimethyl-1-butene จากนั้นถ้านำ 3,3-dimethyl-1-buteneไปทำปฏิกิริยา hydration (เติมน้ำ) จะได้ 3,3-dimethyl-2-butanol หรือ pinacolyl alcohol (ถ้าสงสัยว่าทำไมไม่ได้ 3,3-dimethyl-1-butanol ก็ขอให้ไปอ่านเรื่อง Markovnikov's rule ในหนังสือเคมีอินทรีย์ดูเอาเอง)

 

รูปที่ ๑ ปฏิกิริยาที่น่าจะเป็นไปได้ที่เกี่ยวข้องกับ 2,2-dimethylbutane หรือ neohexane

pinacolyl alcohol สามารถทำปฏิกิริยากับ methylphosphonyl difluoride ผลิตภัณฑ์ที่ได้คือ 3,3-dimethylbutan-2-yl methylphosphonofluoridate หรือซึ่งมีชื่อเรียกสั้น ๆ ว่า "Soman" (รูปที่ ๒)^(๒)

รูปที่ ๒ ปฏิกิริยาระหว่าง 3,3-dimethyl-2-butanol กับ methylphosphonyl difluoride

methylphosphonyl difluoride ทำปฏิกิริยากับแอลกอฮอล์ได้ง่ายและหลากหลายชนิด เช่นถ้าเราเปลี่ยนจาก pinacolyl alcohol เป็น isopropanol ผลิตภัณฑ์ที่ได้คือ 2-(Fluoro-methylphosphonyl)oxypropane ซึ่งมีชื่อเรียกสั้น ๆ ว่า "Sarin" (รูปที่ ๓)^(๓)

รูปที่ ๓ ปฏิกิริยาระหว่าง isopropanol กับ methylphosphonyl difluoride

ในทำนองเดียวกัน ถ้าเราเปลี่ยนมาใช้ cyclohexanol แทน ก็จะได้ Cyclohexyl methylphoshonofluoridate ซึ่งมีชื่อเรียกสั้น ๆ ว่า "Cyclosarin" (รูปที่ ๔)^(๔)

รูปที่ ๔ ปฏิกิริยาระหว่าง cyclohexanol กับ methylphoponyl difluoride

cyclohexanol ได้จากการเติมไฮโดรเจน (hydrogenation) ไปที่วงแหวนเบนซีนจะได้ cyclohexane จากนั้นจึงทำการออกซิไดซ์ cyclohexane จะได้ cyclohexanol และ cyclohexanone ที่เป็นสารต้นทางของกระบวนการผลิตเส้นใยไนลอน (ดู Memoir ปีที่ ๕ ฉบับที่ ๕๐๕ วันเสาร์ที่ ๑๕ กันยายน ๒๕๕๕ เรื่อง "เอา pentane ไปทำอะไรดี")

ทั้ง Soman Sarin และ Cyclosarin เป็นอาวุธเคมี จัดอยู่ในกลุ่มของ nerve agent (สารที่ออกฤทธิ์ต่อระบบประสาท)

เนื่องจากสารเหล่านี้มีความเป็นพิษสูงมาก ดังนั้นการผลิตและเก็บรักษาเอาไว้รอการใช้งานจึงยุ่งยากและมีโอกาสเกิดอันตรายสูง แต่เนื่องจากปฏิกิริยาระหว่างแอลกอฮอล์กับ methylphosphonyl difluoride นั้นเกิดได้ง่าย ในทางปฏิบัติจึงใช้การ "ผลิตขึ้นมาเมื่อต้องการใช้งาน"
  

การผลิตขึ้นมาเมื่อต้องการใช้งานนี้ไม่ได้มีรูปแบบว่าเมื่อต้องการใช้งานก็ผลิตสารดังกล่าวขึ้นมา และนำไปบรรจุในอาวุธต่าง ๆ ก่อนยิงใส่เป้าหมาย แต่ใช้การบรรจุสารตั้งต้นลงไปในอาวุธก่อน และเมื่อยิงอาวุธออกไปก็ให้สารตั้งต้นเหล่านั้นทำปฏิกิริยากันเกิดเป็นสารพิษต่าง ๆ ก่อนที่อาวุธนั้นจะเดินทางถึงเป้าหมาย ตัวอย่างของอาวุธเช่นนี้ได้แก่หัวกระสุนปืนใหญ่ M687 ของกองทัพสหรัฐที่ใช้ยิงจากปืนใหญ่ขนาด 155 mm (ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางปากลำกล้อง) ที่แสดงในรูปที่ ๕
  

ในหัวกระสุนปืนใหญ่ชนิดนี้จะมีกระป๋องบรรจุสารเคมีอยู่ ๒ กระป๋องที่แยกจากกันด้วย bursting disc (ซึ่งอาจเรียกว่า burst disc หรือ rupture disc ก็ได้) แต่ละกระป๋องจะบรรจุสารตั้งต้นเอาไว้ประมาณ 90% ของปริมาตรกระป๋อง โดยใบหนึ่งจะบรรจุ methylphosphonyl difluoride ส่วนอีกใบหนึ่งจะบรรจุแอลกอฮอล์ (จะเป็น isopropyl, cyclohexanol หรือ pinaconyl ก็ขึ้นกับว่าต้องการผลิตแก๊สอะไร และมี isopropyl amine เพื่อไว้สะเทิน HF ที่เกิดขึ้นด้วย (ไม่รู้เหมือนกันว่าจะอยู่ในกระป๋องใบไหน)

 รูปที่ ๕ กระสุนปืนใหญ่ M687 ขนาด 155 mm (เส้นผ่านศูนย์กลางปากลำกล้อง) สำหรับยิงอาวุธเคมี ภายในจะมีกระป๋องบรรจุสารเคมี สองกระป๋อง (forward canister และ rear cansiter) ที่แยกจากกั้นด้วย burst disc^(๕)

เมื่อทำการยิงกระสุนนี้ ตัว bursting disc จะแตกออกเนื่องจากความเร่งของหัวกระสุน สารเคมีในหัวกระสุนจะผสมรวมกันโดยอาศัยการหมุนรอบตัวเองของหัวกระสุน และทำปฏิกิริยากันกลายเป็นสารพิษที่จะกระจายออกเมื่อหัวกระสุนระเบิดเมื่อถึงเป้าหมาย

ในบรรดาสารตั้งต้นนั้น isopropanol เป็นตัวที่หาได้ง่ายสุด (แอลกอฮอล์ล้างแผลบางยี่ห้อก็เป็น isopropanol ไม่ใช่เอทานอลนะ) ในขณะที่ methylphosphonyl difluoride เป็นตัวที่จัดหาได้ยากที่สุด ดังนั้นถ้าใครก็ตามสามารถจัดหา methylphosphonyl difluoride ก็จะไม่ยากที่จะผลิต Sarin
  

สาร Sarin เองมีการนำมาใช้ในการก่อการร้ายในรถไฟใต้ดินของกรุงโตเกียวในช่วงชั่วโมงเร่งด่วนของเช้าวันที่ ๒๐ มีนาคม พ.ศ. ๒๕๓๘ (หรือเมื่อ ๑๘ ปีที่แล้ว) โดยกลุ่มที่เรียกตนเองว่า Aum Shinirkyo รถไฟที่ถูกโจมตีมีอยู่ด้วยกัน ๕ ขบวน ทำให้มีผู้เสียชีวิตกว่าสิบรายและได้รับบาดเจ็บอีกนับพันราย โดยผู้ต้องหาที่เกี่ยวข้องกับเหตุการณ์ดังกล่าวรายล่าสุดนั้นเพิ่งจะถูกจับกุมไปเมื่อเดือนมิถุนายน พ.ศ. ๒๕๕๕ ที่ผ่านมานี่เอง ถ้าต้องการทราบรายละเอียดมากกว่านั้นก็ลองค้นหาโดยใช้คำว่า Tokyo gas attack ดูเอาเอง

หมายเหตุ

(๑) ดูเพิ่มเติมที่ http://en.wikipedia.org/wiki/Isobutyl_methyl_ketone

(๒) ดูเพิ่มเติมที่ http://en.wikipedia.org/wiki/Soman)

(๓) ดูเพิ่มเติมที่ http://en.wikipedia.org/wiki/Sarin)

(๔) ดูเพิ่มเติมที่ http://en.wikipedia.org/wiki/Cyclosarin)

(๕) ดูเพิ่มเติมที่ http://www.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a089646.pdf และ http://en.wikipedia.org/wiki/M687