ความรู้

การออกแบบโครงการโรงงานเพื่อการแปรรูปผลิตภัณฑ์

สถานที่ตั้ง

         กรณีที่ยังไม่ได้กำหนดสถานที่ ควรเลือกโซนอุตสาหกรรมที่ได้รับรองถูกต้องตามกฏหมาย หลีกเลี่ยงบริเวณพื้นที่ชุมชน และ พื้นที่ป่าไม้ นอกจากการตรวจสอบกับกรมที่ดินแล้ว ต้องตรวจสอบกับหน่อยงานอื่นๆที่เกี่ยวข้องด้วย เนื่องจากหน่วยงานรัฐบาลไทยไม่ได้ใช้แผนที่เดียวกันทั้งหมด นิคมอุตสาหกรรมหรือเขตส่งเสริมอุตสาหกรรมเป็นทางเลือกที่ดี เนื่องจากนิคมอุตสาหกรรมมีโครงสร้างพื้นฐานที่พร้อม (เช่น ถนน,ไฟฟ้า,น้ำ,ท่อแก๊ซ,ท่อระบายน้ำ,อื่นๆ เขตส่งเสริมอุตสาหกรรมมักมีโครงการช่วยเหลือส่งเสริมเช่น การลดภาษี หรือ งดการเก็บภาษีตามระยะเวลา เรื่องอื่นๆที่ต้องพิจารณาอีกเช่น เส้นทางการขนส่งระหว่างวัตถุดิบ-โรงงาน จากโรงงาน-โกดัง/ช่องทางจัดจำหน่าย ภูมิศาสตร์ทางกายภาพ อุทกภัย พื้นที่พักอาศัยของคนงาน อุตสาหกรรมที่ตั้งใกล้เคียงกันกับโรงงาน

ปริมาณสินค้าที่ต้องการผลิต หรือ ปริมาณของวัตถุดิบที่ป้อนเข้าโครงการ

           นำข้อมูลปริมาณสินค้าที่ต้องการมาคำนวนหาขนาดเครื่องจักรในแต่ละส่วนให้สอดคล้องกัน โดยต้องคำนึงถึงชั่วโมงการทำงาน ระยะเวลาซ่อมบำรุง ระยะเวลาการล้างเครื่องจักร ข้อมูลเหล่านี้ต้องให้ผู้เชี่ยวชาญ/ผู้ผลิตเครื่องจักรเป็นผู้ให้คำแนะนำ ขนาดเครื่องจักรไม่ควรใหญ่เกินไปเพราะการสตาร์ทเริ่มการเดินเครื่องแต่ละครั้งใช้พลังงานมาก เครื่องขนาดใหญ่มักเดินเครื่องติดต่อกันอย่างน้อยนาน 1อาทิตย์ -1เดือน วัตถุดิบที่จะรับเข้ามาต้องมีพร้อมเพื่อให้เครื่องจักรสามารถเดินได้อย่างต่อเนื่อง ดังนั้นควรเตรียมสต๊อควัตถุดิบให้มากพอ การผลิตที่น้อยเกินหรือสั้นเกินไปอาจไม่คุ้มค่าต่อการผลิตสินค้า หากเครื่องเล็กเกินไปก็ไม่สามารถผลิตได้ตามเป้าหมายหากเกิดเหตุขัดข้อง เมื่อได้ข้อมูลเครื่องจักรทั้งหมด นำขนาด(กว้าง, ยาว, สูง, น้ำหนัก) มาจัดวางเรียงตำแหน่งเครื่องจักร กำหนดองค์ประกอบที่ต้องป้อนเข้า-ออกของเครื่องจักร เช่น ไฟฟ้า, น้ำ, ลม, ไอน้ำ เป็นต้น

การแบ่งห้อง

          ในส่วนต่างๆให้สอดคล้องกับการทำงาน และกฎหมายควบคุมโรงงาน จัดวางตำแหน่งห้องให้สอดคล้องกับการเคลื่อนที่ของลำดับการผลิต จากรับเข้าวัตถุดิบไปจัดเก็บวัตถุดิบ เข้าเครื่องแปรรูปลำดับแรกไปจนถึงการแพ็ค จัดเก็บเข้าสต็อคและส่งสินค้าออก เส้นทางรถขนเข้า-ออก การเดินทางเคลื่อนที่ของพนักงานในการทำงานไม่ให้ขัดขวางซึ่งกันและกัน องค์ประกอบหลัก เช่น 1.ห้องผลิตสินค้าต่างๆ สินค้าต่างกันจะแยกห้องกัน ห้องที่ทำขั้นตอนเปียกหรือมีความชื้นสูงกับห้องขั้นตอนแห้งจะต้องทำการแยกห้องกัน เพื่อป้องกันความชื้น 2.ห้องแพ๊คสินค้า อาจจะแบ่งเป็นห้องแพ็คถุง/ซอง และห้องแพ็คกล่องใหญ่ อาจจะแยกห้องเก็บกล่อง/ถุง เพื่อความสะอาด ภาชนะบางชนิดเช่นขวดอาจจะต้องทำการล้างก่อนที่จะนำมาบรรจุ 3.ห้องเก็บสินค้า,เก็บวัตถุดิบต่างๆ 4.ห้องเครื่อง จะประกอบไปด้วย ปั๊มลม, แก๊ซ, ห้องตู้ไฟฟ้า,เครื่องกำเนิดไอน้ำ, เครื่องทำน้ำอ่อน, เครื่องทำน้ำ RO แต่ละโรงงานจะมีเครื่องจักรแตกต่างกันไปตามการใช้งาน 5.ห้อง QC ทดสอบควบคุมคุณภาพ 6.ห้องประชุม 7.ห้องน้ำ 8.ห้องเปลี่ยนชุด 9.ป้อมยาม 10.ที่จอดรถ

          นำขนาดและความสูงของแต่ละห้องมาออกแบบอาคารโรงงาน ความสูง, ความกว้าง, แรงรับน้ำหนักของแต่ละส่วน ต้องออกแบบให้เหมาะสมกับการใช้งานห้อง ห้องที่วางเครื่องจักรใหญ่ต้องมีความสูง, ความกว้าง, และรับน้ำหนักได้มากเพียงพอ ต้องมีการเว้นระยะไว้สำหรับทางเดิน และการเคลื่อนที่ในการทำงานอย่างชัดเจน โครงการจำนวนมากก่อสร้างอาคารโรงงานก่อนที่จะสั่งซื้อเครื่องจักร โดยไม่ได้ออกแบบอาคารให้รองรับกับเครื่องจักรไว้ตั้งแต่แรก ทำให้มีการแก้ไข หรือ ต่อเติม หรือทุบทำลาย บางส่วนเพื่อให้เครื่องจักรเข้าติดตั้งได้ การออกแบบอาคารควรมีการเตรียมาทางเข้าสำหรับเครื่องจักรไว้ให้พร้อมสำหรับการติดตั้งหรือซ่อมแซมในอนาคต อาจจะเลือกใช้ประบานเลื่อน หรือทำผนังแซนวิช ISOWALL ที่ทำไว้แบบถอดเข้า-ออกได้ ขนาดของแต่ละห้องควรออกแบบเผื่อสำหรับการเปลี่ยนแปลงหรือเพิ่มกำลังการผลิตในอนาคตไว้ด้วย อาจเว้นพื้นที่ไว้ให้สำหรับเครื่องจักรที่อาจนำมาติดตั้งเพิ่มภายหลัง ถ้าออกแบบเตรียมอาคารได้ดีจะทำให้ใช้งานได้ทันทีที่เครื่องจักรเข้าติดตั้ง ไม่จำเป็นต้องแก้ไขปรับปรุงเพิ่มเติมในภายหลัง หรือแก้ไขน้อยมาก

          การเดินท่อน้ำ,ท่อสายไฟ,ท่อระบายน้ำ,ท่อลม,ท่อไอน้ำ,ท่อน้ำหล่อเย็น ควรเตรียมสถานที่จัดวางไว้ให้เรียบร้อย ห้องที่มีการล้างเปียกของพื้นควรเตรียมท่อระบายน้ำ และทำพื้นเอียง Slope ไหลไปสู่ท่อระบายน้ำอย่างสะดวก ท่อระบายน้ำคอนเดนเสทไอน้ำต้องใช้ท่อเหล็ก ห้ามใช้ท่อพีวีซีเนื่องจากน้ำคอนเดนเสทจากไอน้ำมีความร้อนอาจทำให้ท่อเสียหาย เครื่องที่มีการใช้ไอน้ำจำนวนมากควรวางตำแหน่งไว้ใกล้กับเครื่องกำเนิดไอน้ำ และหุ้มด้วยฉนวนกันความร้อนเพื่อลดการสูญเสียความร้อนและความดันระหว่างเดินทาง ถ้าจำเป้นต้องเดินท่อไอน้ำระยะทางไกลมากอาจจะจำเป็นต้องเลือกขนาดเครื่องกำเนิดไอน้ำที่ใหญ่ขึ้นเพื่อให้สามารถป้อนไอน้ำเข้าเครื่องจักรได้อย่างมีประสิทธิภาพ เช่นเดียวกันกับท่อไฟฟ้า ทางที่ดีคือเลือกวางตำแหน่งเครื่องที่ใช้ไฟฟ้ามาก ใกล้กับตู้เมนไฟฟ้าเพื่อลดค่าใช้จ่ายในการเดินไฟฟ้า ในแต่ละห้องที่มีเครื่องจักรควรเดินไฟจากตู้เมนไฟฟ้าหลักมาติดตั้งตู้ไฟฟ้าย่อยแบ่งไว้เพื่อสะดวกในการใช้งาน และซ่อมบำรุง เครื่องจักรในห้องต่างๆ

          ตำแหน่งการวางอุปกรณ์เซฟตี้ควรมีให้ชัดเจน เห็นได้ง่าย เช่น ถังดับเพลิง ฝักบัวล้างตัว ไฟฉุกเฉิน เพื่อให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถนำมาใช้ได้ทันถ่วงทีเมื่อเกิดเหตุ ถังดับเพลิงควรเลือกวางตำแหน่งประเภทให้ตรงกับการใช้งานเช่น ตู้เมนไฟฟ้า ควรเลือกติดตั้งถังดับเพลิงสำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้า บริเวณที่มีสารไวไฟควรใช้ถังดับเพลิงสำหรับสารไวไฟ เป็นต้น ระบบการเดินท่อแก๊ซใหญ่ๆควรติดตั้งอุปกรณ์ตรวจจับแก๊สรั่ว มีการเตือนด้วยแสงและเสียง ทั้งยังมีแบบที่สามารถปิดวาล์วอัตโนมัติให้เลือกใช้

          ห้องที่ต้องควบคุมความชื้น/อุณหภูมิ ควรมีการออกแบบพื้นที่ห้องสำหรับการวางเครื่องควบคุมความชื้น/เครื่องปรับอากาศ ให้พร้อม หรืออาจจะเตรียมห้องเครื่องสำหรับวางเครื่องแล้วทำท่อส่งถึงกันหลายๆห้องตามการใช้งาน ในห้องที่เข้มงวดมากเช่น ในอุตสาหกรรมผลิตยา อาจต้องมีประตูล็อคอากาศ Air lock และสร้างแรงดันภายในห้องเพื่อไม่ให้อากาศ และสิ่งเจือปน จากภายนอกเข้ามาปนเปื้อน

ตัวอย่างผังโรงงาน

ตัวอย่าง โครงการแปรรูปนมผงอัดเม็ด

สถานที่ตั้ง จังหวัดสระบุรี พื้นที่สำนักงานการปฏิรูปที่ดินเพื่อเกษตรกรรม (ส.ป.ก.)สำหรับการเกษตร
โรงงานด้านข้างเป็นโรงนมพาสเจอร์ไรส์ ในจังหวัดมีการเกษตรเลี้ยงวัวโคนม
เวลาการทำงาน 8.00-17.00น. 5วันทำการ วันจันทร์-วันศุกร์

ปริมาณน้ำนมดิบ 5,000 ลิตรต่อวัน
รถขนส่งนมขนาด 10,000 ลิตรต่อครั้ง
ถังนมใช้ขนาด10,000ลิตร เพื่อให้พอกับปริมาณน้ำนมหนึ่งคัน
จัดเตรียมถังนมไว้ 2 ถัง เพื่อเป็นบัพเฟอร์(Buffer Tank) สำหรับการพัก/สำรองการเก็บ
ถังนมควรล้างระบบ CIP ทันทีเมื่อใช้งานเสร็จ
ปริมาณป้อนเข้าระบบ 1000 ลิตรต่อชม.
น้ำนมดิบความเข้มข้น 11-13% เนื้อนม(Solid Content)1000×13%
ระเหยข้นด้วยเครื่องระเหยข้นแบบฟิล์มบางให้ได้ความเข้นข้น 33-35%
ระเหยออก1000-(130/33×100) = 607 ลิตร ได้น้ำนมจากการระเหยข้น 393 ลิตร
ทำให้เป็นผงแห้งด้วยเครื่องสเปรย์ดรายเออร์ ระเหยออกปริมาณ 393x(100-30%) = 275 ลิตร

การระเหยข้นด้วยเครื่องระเหยข้นแบบฟิล์มบาง ใช้พลังงานน้อยกว่าเครื่องสเปรย์ดายเออร์ ประมาณ4เท่า
ดังนั้นควรทำการระเหยน้ำนมให้เข้มข้นที่สุดก่อนนะนำไปทำผงแห้งด้วยเครื่องสเปรย์ดรายเออร์(SPRAY DRYER)
ได้ผงนม 130กิโลกรัม นมไปผสมสารเสริมรสชาติและตอกเม็ด แพ็คซองต่อไป
ชั่วโมงแรกหลังจากที่รับน้ำนมดิบเข้าถังนมเย็น (MILK TANK)
ขณะที่ทำการระเหยข้นด้วยเครื่องระเหยข้นแบบฟิล์มบาง (FALLING FILM EVAPORATOR) 5 ชั่วโมง
เริ่มทำการอุ่นเครื่องสเปรย์ดรายเออร์ให้พร้อม เนื่องจากภายในถังต้องอบให้ร้อนถึงอุณหภูมิก่อนป้อนเข้าน้ำนม
หลังจากระเหยข้น1ชั่วโมง นำน้ำนมเข้มข้นจึงนำมาทำผงแห้งด้วยเครื่องสเปรย์ดรายเออร์ (SPRAY DRYER)

เมื่อได้นมผงจึงนำไปผสมสารเสริมกลิ่นรสด้วย CUBIC MIXER
ตอกเม็ดด้วย TABLET PRESS และแพ็คซองด้วย PACKING MACHINE
ในขั้นตอนผสม ตอกเม็ด แพ็คซอง และเก็บสต็อค
ต้องทำในห้องที่มีการควบคุมความชื้นและอุณหภูมิเพื่อรักษาคุณภาพของสินค้า
ทำต่อเนื่องกันจนน้ำนมหมดแล้วจึงล้างเครื่องระเหยข้นแบบฟิล์มบาง หลังจากทำการล้างเครื่องระเหยข้นเสร็จ
เครื่องสเปรย์ดรายเออร์ (SPRAY DRYER) ทำการอบแห้งเสร็จพอดีพร้อมทำการล้างเครื่องต่อ
จัดเวลาหลังเดินเครื่องสำหรับทำความสะอาดล้างเครื่องทั้งระบบ 1ชั่วโมง 30นาที
ก่อนเวลาล้างเครื่องในระบบ 1 ชั่วโมง ทำการเตรียมเครื่องให้ความร้อนน้ำ CIP ไว้
การวางตารางการล้างไม่ตรงกันทำให้ประหยัดค่าเครื่อง ค่าพลังงาน ในการวางระบบ CIP
หากวางตารางให้งานล้างเครื่องพร้อมกัน จำเป็นต้องมีเครื่องกำเนิดไอน้ำ, ถังน้ำ, ท่อน้ำ และ ปั๊มน้ำCIP ที่ใหญ่ขึ้น

กรณีที่ต้องการกำลังผลิตเพิ่มสามารถทำได้โดยการเพิ่มชั่วโมงทำงาน
คนงานแต่ละสถานีสามารถสลับไปทำในส่วนของสถานีอื่นๆ เมื่องานที่สถานีประจำไม่มีการทำงาน
การวางแผนระบบลักษณะนี้ทำให้ลดค่าใช้จ่ายเงินลงทุน เนื่องจากมีความไม่แน่นอนในความต้องการของสินค้า
และความไม่แน่นอนของวัตถุดิบป้อนเข้า การวางระบบเครื่องจักรใหญ่เกินเพื่อรองรับการขยายในอนาคต
มีความเสี่ยงและสิ้นเปลืองพลังงาน ในกรณีที่วัตถุดิบน้อยการเดินเครื่องจักรจะไม่คุ้มค่าและขาดทุน
หากวางเครื่องจักรที่เล็กเกินไป อาจทำให้มีความยากลำบากต่อการจัดการ
เช่นหากมีถังนมเย็นขนาด 5,000 ลิตร พอใช้งาน1วัน แต่รถขนนมถังขนาด 10,000 ลิตร
การขนส่งเพียงครึ่งเดียวทำให้เปลืองค่าขนส่งถึง 2 เท่า
หากต้องการเพิ่มกำลังผลิต ต้องหาถังมารองรับเพิ่มหรือขนส่งเพิ่มรอบ ซึ่งเพิ่มค่าจ่ายการลงทุน/ค่าดำเนินการผลิต
ถังนมเย็นขนาด 5000 ลิตรจำนวน 2 ถัง ราคาสูงกว่า ถังนมเย็นขนาด 10,000 ลิตร 1 ถัง

การจัดวางการเคลื่อนที่การผลิตจากรับเข้านมไปทำการระเหยข้น แปรรูปเป็นผง ไปยังห้องผสม และแพ็คซอง เริ่มเข้ามาจากทางด้านขวาไปยังด้านซ้ายของโรงงาน ไม่มีการย้อนกลับ

วัตถุดิบอื่นๆเช่น ฟิล์มแพ็คซอง กล่องผลิตภัณฑ์ สารปรุงแต่ง จัดวางตำแหน่งไว้ข้างกัน เพื่อให้การส่งของเป็นไปอย่างเป็นระบบระเบียบ

การเลือกวัสดุในการสร้างเครื่องจักร

          โครงสร้างหลักของเครื่องจักรทั่วไปใช้วัสดุที่เป็นโลหะ หรือ โพลิเมอร์ โลหะแต่ละชนิดจะมีเกรดแตกต่างกันออกไป ผู้ออกแบบ/ผู้ผลิตเครื่องจักรต้องคำนึงถึงคุณลักษณะของวัสดุที่เลือกใช้ให้เหมาะกับการใช้งาน โลหะเป็นวัสดุที่มีความแข็งแรงยืดหยุ่น นำไฟฟ้า นำความร้อนได้ดี จุดเดือดและจุดหลอมละลายสูง มีผิวมันวาวเมื่อขัดผิว ทำปฏิกิริยาออกซิเดชันกับอากาศ เป็นวัสดุอเนกประสงค์เหมาะแก่การนำมาใช้งานหลากหลาย เช่นดังต่อไปนี้ – สร้างโครงสร้างเครื่องจักรที่ต้องการความแข็งแรง มีการรับน้ำหนักหรือแรงดันสูงเช่นขาตั้ง ถังแรงดัน
– ส่วนประกอบที่ต้องการการนำพาความร้อนเช่นท่อแลกเปลี่ยนความร้อนในเครื่องกำเนิดไอน้ำ (boiler)
– อุปกรณ์นำไฟฟ้า เช่น สายไฟฟ้าหุ้มฉนวนเพื่อความปลอดภัย
– ด้วยผิวขัดมันวาว และ คุณสมบัติความยืดหยุ่น นำมาดัดปั๊มขึ้นรูป ใช้เป็นส่วนโครงภายนอกเพื่อความสวยงาม เช่น โครงสร้างรถยนต์

Stainless steel สแตนเลสสตีล
สแตนเลสสตีลคือ สตีลอัลลอยด์ ที่มีส่วนประกอบสูงของ Iron, Chromium อย่างน้อย 10.5%,nickel
– SUS-304 เกรดสแตนเลสสตีลที่มีลักษณะทนทาน ไม่ขึ้นสนิม ทนกรด-ด่างอ่อน เป็นโลหะเกรดที่ใช้แพร่หลายที่สุดที่ใช้ในเครื่องจักรที่ได้มาตราฐานการรับรองให้ใช้สำหรับอาหารและยา (Food grade)
– SUS-316 เป็นเกรดสแตนเลสมาตราฐานอาหารและยา (food grade) อีกชนิดหนึ่งที่มีองค์ประกอบ nickel สูงกว่า 304 เล็กน้อย และมี molybdenum 2-3% มีคุณสมบัติทนทานต่อ คลอไรด์ และ กรดซัลฟูริก ที่สูงกว่า 304 ในส่วนประกอบที่ต้องการความคงทนต่อสารเคมีมักเลือกใช้เกรด SUS-316
– SUS-420-430-440 เป็นสแตนเลสที่คล้าย เกรด 304 แต่จะไม่มีสารนิเกิ้ล จึงทำให้ราคาถูกกว่าเกรดSUS-304 แต่ยังมีคุณสมบัติในการป้องกันสนิมได้ดี แม้จะไม่เท่าเกรด 304 มียอดการใช้สูงสุดกว่า 48 % เป็นอันดับหนึ่งของยอดการใช้เฟอร์ริติกทั้งหมด ซึ่งมีโครเมียมเป็นองค์ประกอบ 14-18 % และใกล้เคียงกับออสเทนนิติก 304 ใช้งานได้อย่างหลากหลายได้แก่ เครื่องครัว ถังปั่นเครื่องซักผ้า เครื่องล้างจาน กรอบประตูหน้าต่าง อ่างล้างหน้า ประดับยนต์ เป็นต้น

Steel เหล็กกล้า
เหล็กที่ผ่านการเพิ่มธาตุโลหะอื่นๆตามมาตราฐานเกรดเหล็กเข้าไป เพื่อปรับคุณสมบัติของเหล็กเป็นโลหะผสมมีปริมาณคาร์บอนตั้งแต่ 0.2 ถึง 2.04% ของน้ำหนักรวม มีการผสมธาตุ เช่น แมงกานีส โครเมียม วานาเดียม ทังสเตน คาร์บอน และอื่นๆ การเปลี่ยนปริมาณธาตุโลหะเป็นตัวกำหนดคุณภาพทั้งด้าน ความแข็ง การขึ้นรูป การรีด ซึ่งส่งผลกับระดับความตึงของเหล็ก แบ่งประเภทใหญ่ๆได้ออกเป็น 2 ประเภทได้แก่
1.เหล็กกล้าคาร์บอน (Carbon steel) ความแข็งแรงขึ้นอยู่กับปริมาณของคาร์บอน 0.2-1.7% ยิ่งเปอร์เซนต์คาร์บอนสูง เหล็กกล้ายิ่งแข็งแรง การใช้งานทั่วไปเช่น เหล็กเส้นก่อสร้าง ท่อน้ำ หลังคา ตัวถังรถยนต์ เป็นต้น
2.เหล็กกล้าอัลลอยด์ (Steel Alloy) เป็นเหล็กกล้าผสมคาร์บอนไม่เกิน 1.7% และมีธาตุอื่นๆผสม เช่น แมงกานิส นิกเกิล โครเมียม วาเนเดียม โมลิบดินัม โคบอลต์ ทังสเตน การผสมธาตุต่างๆ ช่วยปรับคุณสมบัติให้เหมาะกับความต้องการ เช่น การทนต่อความร้อนเพื่อใช้ทำ เตากระทะ เตาไฟฟ้า และ เตาอินดักชั่น เป็นต้น

อลูมิเนียมAluminium
อลูมิเนียมเป็นโลหะที่อ่อนและเบาที่มีลักษณะไม่เป็นเงา ความหนาแน่นต่ำแต่ไม่ทนต่อความเป็นกรด-ด่าง และสารละลายน้ำ มีความแข็งแรงสูงเมื่อผสมเป็น Aluminium alloy จึงถูกนำไปใช้ในชิ้นส่วนยานยนต์ พาหนะ เครื่องบิน เพื่อลดน้ำหนักของตัวพาหนะ ลดต้นทุนค่าเชื้อเพลิง

ไทเทเนียม Titanium
ไทเทเนียมคือโลหะมีความแข็งกว่าอลูมิเนียม 2 เท่า มีน้ำหนักเบา มีสีเทาขาวเนื้อเงา ไม่เกิดสนิม ไม่เป็นสื่อแม่เหล็ก สามารถนำกลับมาใช้ได้ใหม่ ไทเทเนียมนิยมเลือกใช้เป็นวัสดุสำหรับการผลิตสินค้าในด้านต่างๆ เช่น ด้านการบินและอวกาศ เนื่องจากน้ำหนักที่เบา ด้านการแข่งรถ เพราะมีความยืดหยุ่นสูง ด้านการแพทย์เนื่องจากไม่มีการต่อต้านจากระบบภูมิคุ้มกันของร่างกาย เนื่องจากคุณสมบัติที่ไม่สร้างความระคายเคืองแก่ผิวหนัง และมีน้ำหนักเบามีคุณสมบัติทนกรดทนด่าง แต่ด้วยราคาที่สูงจึงไม่เป็นที่นิยมมากนัก

โพลิเมอร์ Polymer
โพลิเมอร์มักเลือกใช้ในส่วนที่ต้องการความยืดหยุ่นสูง เช่น ซีลปั๊ม ซีลหน้าแปลน เฟอร์รูล ซีลข้อต่อต่างๆ ป้องกันการรั่วไหลโดยการบีบอัดให้แน่น โพลิเมอร์ที่นิยมใช้ในเครื่องจักรสำหรับอาหารและยา ได้แก่ Teflon Ptfe Silicon Viton NBR ซึ่งโพลีเมอร์แต่ละชนิดมีหลากหลายรูปแบบ ความยืดหยุ่น ความทนต่อแรงดัน ความทนต่ออุณหภูมิที่สูงแต่ต่างกันออกไป ผู้ผลิตส่วนประกอบต่างๆสามารถให้คำแนะนำตามการใช้งานได้ โดยทั่วไปส่วนประกอบโพลีเมอร์เป็นอะไหล่จำเป็น มีอายุการใช้งานที่ต้องเปลี่ยนเมื่อถึงเวลา ทางผู้ใช้งานควรสั่งซื้อเก็บสต็อคไว้เพื่อความพร้อมในการซ่อมบำรุงเมื่อจำเป็น

          เครื่องจักรมาตราฐานของบริษัท ยูโร เบสท์ เทคโนโลยี จำกัด โลหะโครงสร้าง ตัวถังทั้งภายในและภายนอก ใช้วัสดุสแตนเลสเกรด SUS-304 เนื่องด้วยความมุ่งเน้นในการสร้างเครื่องจักรของบริษัทเป็นเครื่องจักรใช้สำหรับอาหารและยาเป็นหลัก ซึ่งต้องการความสะอาดสูง เช่น เครื่องสเปรย์ดรายเออร์(Spray dryer) ตัวถังรับวัตถุดิบของเหลว ทางเข้าลมร้อน ตัวถังภายในและภายนอก ไซโคลน ถังดักเก็บ ไปจนถึงโครงสร้างภายนอก และตู้ควบคุมไฟฟ้า ทำจากวัสดุสแตนเลสเกรด SUS-304 ทั้งสิ้นเครื่องระเหยข้นแบบฟิล์มบาง(Falling film evaporator) เครื่องระเหยแอลกอฮอล์(Alcohol evaporator and recovery) เครื่องสกัดน้ำมันหอม (Essential oil distiller) ในส่วนของตัวถังรับวัตถุดิบ ท่อแลกเปลี่ยนความร้อน ถังแยกไอ หัวปั๊มน้ำ ใช้วัสดุสแตนเลสSUS-304

          ขณะที่มาตราฐานสากล GMP, HACCP กำหนดให้ใช้วัสดุสแตนเลสเกรดSUS-304 เฉพาะส่วนที่สัมผัสกับวัตถุดิบ หรือ ผลิตภัณฑ์ บางโครงการที่มีขนาดใหญ่อาจเลือกวัสดุที่มีลักษณะคงทนแข็งแรงอื่นเช่น เหล็กกล้าทาสีใช้สำหรับงานโครงสร้างภายนอก หรือ อลูมิเนียมใช้สำหรับบุผนังภายนอกของเครื่องจักร เนื่องจากคุณลักษณะที่เบาและขึ้นรูปได้ง่าย เพื่อลดต้นทุนเงินลงทุนของโครงการ สิ่งที่ต้องตระหนักถึงคือการขยายตัว และ การนำความร้อน โลหะเป็นวัสดุที่มีการขยายตัวเมื่อสัมผัสความร้อนมากพอขึ้นอยู่กับลักษณะของชิ้นงาน การเชื่อมหรือต่อเกลียวหรือการติดตั้ง ต้องคำนึงถึงการยืด/หดตัวของโลหะ เช่นท่อไอน้ำอุณหภูมิสูงควรเลือกโลหะที่ไม่มีการยืด/หดตัวสูง จัดวางให้มีส่วนช่องว่างสำหรับการเคลื่อนที่ด้วยท่อแบบยืดหยุ่นได้ (Flexible) ด้วยลักษณะของโลหะที่เป็นวัสดุที่ทนความร้อนได้สูงเหมาะแก่การใช้งานเป็นพื้นที่แลกเปลี่ยนความร้อน (Heat exchanger) แต่ก็ส่งผลเสียในด้านการขนส่งถ่ายไอน้ำ/น้ำ/ไอความร้อนที่มีระยะทางเพราะทำให้สูญเสียพลังงานตลอดระยะทาง ดังนั้นท่อส่งความร้อนจึงควรหุ้มด้วยฉนวนกันความร้อนเพื่อลดการสูญเสียของพลังงานความร้อน

          ผู้ใช้งานต้องคำนึงถึงลักษณะของโลหะ ไม่ทำการเพิ่มหรือลดอุณหภูมิโลหะอย่างรวดเร็วเพราะอาจทำให้เครื่องจักรเสียหาย เช่น ภายในถังต้มแรงดัน หรือถังอบแห้งของสเปรย์ดรายเออร์ ห้ามทำการฉีดล้างหรือป้อนเข้าสิ่งที่มีอุณหภูมิต่ำขณะที่ภายในมอุณหภูมิสูง หากมีการยืด/หดอย่างฉับพลันอาจส่งผลให้รอยเชื่อมเกิดการแตกร้าว
ความเรียบของผิวโลหะมีระบุในมาตราฐาน GMP, HACCP หากผิวของสแตนเลสมีขอบ มีรอยขรุขระจะทำให้มีลักษณะร่องรอยที่ทำให้เกิดการตกค้างภายใน ทำให้ล้างทำความสะอาดได้ยากส่งผลให้เกิดการปนเปื้อนสะสมตามมา ท่อสแตนเลสภายในเครื่องจักรควรเลือกท่อแบบไร้รอยต่อ (Seamless pipe) ผิวแผ่นภายในควรเลือกแบบที่มีการรีดแบบเย็น (Cold roll) เนื่องจากแผ่นที่ได้จากการรีดเย็นมีลักษณะผิวที่เรียบกว่าแบบรีดร้อน (Hot roll) แต่หากใช้แผ่นที่มีความหนา4มิลขึ้นไป ไม่มีแบบรีดเย็นให้ทำการขัดผิวให้มันวาว (Mirror Finish) หลังทำการเชื่อมขึ้นรูป ให้ทำการขัดรอยเชื่อมให้เรียบร้อย ป้องกันการตกค้าง

          การทำความสะอาดอย่างถูกวิธีก็สำคัญเช่นกัน เครื่องแต่ละชนิดมีการล้างทำความสะอาดแตกต่างกัน เครื่องระเหยข้นแบบฟิล์มบาง (Falling film evaporator) มีลักษณะการให้ความร้อนไหลเวียนในระบบ จึงไม่จำเป็นต้องเตรียมระบบถัง CIP ใช้การไหลเวียน กรด-ด่าง-น้ำยาฆ่าเชื้อ และความร้อน ไหลเวียนตามระยะเวลาที่มาตราฐานกำหนด ไม่ควรเว้นการล้างทำความสะอาดเพราะอาจทำให้ตกค้างและทำการล้างออกยากกว่าปกติ

Heat source แหล่งพลังงานความร้อน

ทางเลือกของแหล่งพลังงานความร้อนมีความแตกต่างกันในหลายด้าน ดังนั้นจึงควรเลือกใช้แหล่งพลังงานความร้อนให้เหมาะสมกับการใช้งาน เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด

1.ไฟฟ้า Electric

ไฟฟ้าเป็นแหล่งพลังงานที่แพร่หลายที่สุด เนื่องจากความสะดวกและปลอดภัย สามารถนำไปประยุกต์ใช้กับฮีทเตอร์ไฟฟ้า เตาไฟฟ้า และ เตาแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งฮีทเตอร์/เตาไฟฟ้าก็มีลักษณหลายรูปแบบเช่นกัน เครื่องทำน้ำอุ่นตามบ้านมีลักษณะเป็นท่อ/หม้อทำจากทองแดงใช้ทำความร้อนไม่สูงมาก เตาไฟฟ้าในครัวอาหารปัจจุบันมีเทคโนโลยีใหม่เรียกว่าเตาแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งมีความปลอดภัยสูง เตาแม่เหล็กไฟฟ้าใช้หลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้ากับภาชนะในการสร้างความร้อน ภาชนะ/หม้อที่ใช้กับเตาต้องเป็นวัสดุที่แม่เหล็กเหนี่วนำได้เท่านั้น เช่น เหล็ก / สแตนเลสบางชนิด หากมีวัสดุไวไฟเช่น ผ้าหม่าน/กระดาษวางบนเตาแม่เหล็กไฟฟ้าจะไม่มีการสร้างความร้อนขึ้น ด้วยเหตุนี้เตาแม่เหล็กจึงเป็นเตาที่ปลอดภัยมากกว่าเตาไฟฟ้าทั่วไป อย่างไรก็ตามการใช้งานด้วยความปลอดภัยจำเป็นต้องมีการติดตั้งให้ถูกต้อง รวมถึงการติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันอื่นๆเพิ่มเติมเช่น สายดิน, Safe-T-Cut

ในโรงงานอุตสาหกรรม หรือ ในห้องแลป ส่วนมากจะทำการติดตั้งระบบไฟฟ้า 3เฟส 380โวลต์ ต่างจากไฟฟ้าตามครัวเรือน 1เฟส 220โวลต์ เนื่องจากจำเป็นต้องใช้ไฟฟ้าปริมาณที่มากและ เหมาะกับการใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆภายในโรงงาน ฮีทเตอร์ไฟฟ้าของเครื่องจักรมีลักษณะหลายรูปแบบให้เลือกใช้ โดยการเลือกต้องคำนึงจากตัวกลางที่แลกเปลี่ยนความร้อน อุณหภูมิที่ใช้ สถานที่ติดตั้ง ควรมีการปรึกษาผู้เชี่ยวชาญในการเลือก

2.แก๊ส LPG, NG, Methane

แก๊สเป็นแหล่งเชื้อเพลิงพลังงานความร้อนที่มีราคาที่ดีกว่าไฟฟ้า และหาได้ง่าย นอกจาก LPG, NG ที่มีขายทั่วไป ยังมีทางเลือก Methane ที่ได้จากการนำของเสียที่ได้มาหมักทำให้ต้นทุนทางด้านเชื้อเพลิงถูกลง ในการผลิตระดับอุตสาหกรรมตั้งแต่ขนาดเล็กถึงขนาดใหญ่ แก๊สเป็นเชื้อเพลิงความร้อนที่นิยมที่สุดในประเทศ ตั้งแต่ครัวเรือน การขนส่งยานยนต์ ถึงโรงงานขนาดใหญ่ ในการใช้งานถังแก๊ส LPG ปริมาณมากจำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ Vaporizers เพื่อให้ความร้อนแก่แก๊ส เนื่องจากลักษณะของแก๊ส LPG จะเย็นลงเมื่อเปลี่ยนสถานะจากของเหลวในถังกลายเป็นไอ เมื่อถังแก๊สเย็นมากทำให้แก๊สในถังไม่สามารถไหลออกมาใช้ได้หมด การเดินท่อแก๊สต้องมีการทำอย่างระมัดระวัง มีการทดสอบการรั่วไหล และติดตั้งอุปกรณ์ป้องกัน เช่นไฟ-เสียงเตือนและวาล์วตัดแก๊สเพื่อป้องกันเหตุอุบัติภัย, จำกัดผู้เข้าถึงในการแก้ไขจุดต่างๆ หนึ่งในเครื่องจักรชนิดที่มีมากที่สุดในอุตสาหกรรมคือ เครื่องกำเนิดไอน้ำ Boiler ใช้สร้างไอน้ำที่มีความร้อน 100-180ᵒC แรงดัน 7-10 Bar นำไปไอน้ำร้อนที่ได้ส่งไปตามท่อยังเครื่องจักรต่างๆที่ใช้ความร้อนเช่น หม้อต้มสกัด, ถังน้ำร้อน

3.ถ่านหิน

สัดส่วนในประเทศไทยใช้พลังงานจากถ่านหินเพียง 15% ถ่านหินเป็นแหล่งพลังงานที่มีราคาถูกมากในระดับอุตสาหกรรม แต่ความสะดวกในการเข้าถึงมีน้อยแก๊สธรรมชาติ ทั้งยังมีประเด็นในเรื่องปลอดภัยและผลกระทบทางสิ่งแวดล้อม แต่ในปัจจุบันมีเทคโนโลยีใหม่ เป็นถ่านหินสะอาดส่งผลต่อสภาพแวดล้อมน้อยลง รวมถึงการเลือกใช้ถ่านหินคุณภาพดีที่มีค่าความร้อนสูงประมาณ6,000 แคลอรี/กรัม ปริมาณเถ้าน้อยกว่าร้อยละ 10 และปริมาณกำมะถันน้อยกว่าร้อยละ 1 ทำให้สามารถควบคุมมลภาวะที่ปล่อยออกสู่บรรยากาศให้อยู่ในเกณฑ์หรือต่ำกว่าที่มาตรฐานด้านสิ่งแวดล้อมของไทยกำหนดโรงไฟฟ้าถ่านหินในประเทศไทย ได้แก่ โรงไฟฟ้าแม่เมาะ ที่จังหวัดลำปางโรงไฟฟ้าโกลว์ เอสพีที 3 และโรงไฟฟ้า BLCP ที่นิคมอุตสาหกรรมมาบตาพุด จังหวัดระยอง

4.ฟืน/แกลบ

ฟืน/แกลบเป็นผลผลิตที่ได้จากการนำเศษไม้ หรือ เปลือกเมล็ดที่ได้จากการสี นำมาอัดแท่งและเผาไหม้เพื่อให้ได้พลังงานความร้อน เหมาะกับโรงงานอุตสาหกรรมที่ใกล้แหล่งผลิตของวัตถุดิบเพื่อลดค่าใช้จ่ายในด้านการขนส่งต่างจากแก๊สที่มีท่อส่งตามนิคมอุตสาหกรรมใหญ่ ปัจจุบันนี้มีโรงสีข้าวในประเทศไทยหลายแห่งที่ติดตั้งเครื่องผลิตก๊าซเชื้อเพลิงจากแกลบ เพื่อใช้ผลิตไอน้ำ และผลิตไฟฟ้า

5.พลังงานแสงอาทิตย์

พลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานแบบยั่งยืนที่สะอาดและดีต่อสิ่งแวดล้อม เทคโนโลยีแผงโซล่าเซลล์ Solar cell สามารถแปลงพลังแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า แต่ด้วยต้นทุนที่สูงและความต้องการในการใช้พื้นที่ติดตั้งจำนวนในการติดตั้งทำให้ Solar cell ไม่เป็นที่นิยมมากนัก การใช้พลังงานแสงอาทิตย์แบบครัวเรือนเช่น การตากแห้งอาหาร, เสื้อผ้า, เครื่องนุ่มห่ม, สินค้าทางการเกษตร ปัจจุบันยังอีกเทคโนโลยีหนึ่งคือ Thermosiphon เป็นการนำความร้อนจากแสงอาทิตย์มาเพิ่มความร้อนในน้ำโดยตรงเพื่อลดต้นทุนทางด้านพลังงานแต่ Thermosiphon ทำอุณหภูมิได้เพียงราว 40-45ᵒC เป็นเพียงเครื่องอุ่นน้ำในเบื้องต้น

6.พลังงานนิวเคลียร์

พลังงานนิวเคลียร์เป็นพลังงานที่สะอาดที่สุด แต่มีความอันตรายสูงหากเกิดเหตุขัดข้อง นอกจากแรงระเบิดที่รุนแรง ยังมีกัมตภาพรังสีที่ส่งผลต่อสิ่งมีชีวิตอย่างร้ายแรง แม้ว่าจะเป็นแหล่งพลังงานสะอาดแต่ด้วยความอันตรายของนิวเคลียร์ทำให้คนจำนวนไม่น้อยต่อต้านการใช้พลังงานนิวเคลียร์

พลังงานนิวเคลียร์ฟิชชั่น (Nuclear fission) เป็นปฏิกิริยาที่เกิดจากการที่นิวเคลียสของอะตอมแตกตัวออกเป็นส่วนเล็กๆ สองส่วน ในปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชั่นเมื่อนิวตรอนชนเข้ากับนิวเคลียสของธาตุที่สามารถแตกตัวได้ เช่น ยูเรเนียม หรือ พลูโตเนียม จะเกิดการแตกตัวเป็นสองส่วนกลายเป็นธาตุใหม่ พร้อมทั้งปลดปล่อยอนุภาคนิวตรอนและพลังงานจำนวนหนึ่งออกมา

คุณสมบัติของไอน้ำ properties of saturated steam

ความดัน อุณหภูมิ ความหนาแน่น ปริมาตร และ พลังงานความร้อน

จุดเดือด (Boiling point) ของน้ำที่ความดันบรรยากาศอยู่ที่ 100 ^oc ความดันบรรยากาศจะมีค่า (โดยเฉลี่ย) เป็น 101,325 Pa เรียกว่า 1 atmosphere (atm) ความดันนี้จะแปรเปลี่ยนไปตามสภาพอากาศและความสูงจากพื้นดิน ที่ระดับน้ำทะเล จากตาราง Steam table จุดเดือดของน้ำแปรผันตามความดัน ที่ความดันลดลงจุดเดือดของน้ำจะต่ำลง ขณะเดียวกันเมื่อความดันสูงขึ้นจุดเดือดสูงขึ้นเช่นกัน ปริมาตรต่อน้ำหนักแปรผกผันกับความดัน ความหนาแน่นแปรผันตามความดัน

จากความรู้ด้านคุณสมบัติของน้ำดังกล่าวได้มีการนำมาประยุกต์ใช้ในวงการอุตสาหกรรมหลายแขนงด้วยกัน ของบางอย่างจะเปลี่ยนสภาพหากถูกความร้อนสูง ของเหลวที่มีน้ำเป็นส่วนประกอบสามารถทำการระเหยในอุณหภูมิต่ำได้ด้วยการลดความดัน หนึ่งในวิธีการสร้างสภาวะความดันต่ำคือปั๊มสูญญากาศ Vacuum pump อีกวิธีหนึ่งคือการใช้คุณสมบัติของไอน้ำที่มีปริมาตรลดลงเมื่อกลั่นตัวเป็นของเหลวโดยใช้ความเย็นทำให้ไอน้ำกลั่นตัว ในทางกลับกันหากต้องการสร้างอุณหภูมิที่สูงกว่า 100 ^oc สามารถทำได้โดยการเพิ่มความดันจากการสร้างระบบปิดและให้ความร้อนจนกระทั่งความดันสูงขึ้นเรื่อยๆ พลังงานความร้อนที่ใช้สามารถหาได้จากการนำค่า Enthalpy, Latent heat, Specific heat มาคำนวนตามหลักทฤษฎีเทอร์โมไดนามิกส์ Thermodynamic อุณหภูมิจะสูงขึ้นตามแรงดันตามตารางคุณสมบัติเช่น อุณหภูมิ 164.96 ^oc ที่ความดัน 7 bar การสร้างเครื่องจักรที่ใช้งานกับความดันสูงต้องเลือกวัสดุที่ต้องทนทานต่อความดันและอุณหภูมิที่ต้องการ เซฟตี้วาล์ว Safety valve เป็นอุปกรณ์ด้านความปลอดภัย หากแรงดันสูงเกินที่กำหนดเซฟตี้วาล์วจะเปิดออกอัตโนมัติ เซฟตี้วาล์วจะใช้ติดตั้งอุปกรณ์ที่มีแรงดันต่างๆเช่น เครื่องกำเนิดไอน้ำ Boiler, ถังต้มแรงดัน Pressure boiling tank, High Pressure tank ถังแรงดันสูง

ตามวิดีโอจะเห็นว่ากระป๋องที่มีน้ำร้อนยุบตัวเมื่อจุ่มลงในน้ำเย็น เมื่อน้ำร้อนแลกเปลี่ยนความร้อนกลั่นตัวอย่างรวดเร็วทำให้เกิดสภาวะแรงดันต่ำ(สูญญากาศ) ภายในกระป๋อง ทำให้กระป๋องยุบตัวทันที

https://www.youtube.com/watch?v=xg5NiOwf_Zw

Steam table

Reference:https://www.engineeringtoolbox.com/saturated-steam-properties-d_457.html

Safety valve เซฟตี้วาล์ว

การทำงานของเซฟตี้วาล์ว สปริง Spring จะหดลงเมื่อแรงดันถึงที่กำหนด วาล์วเปิดทำให้แรงดันระบายออก เมื่อแรงดันลดต่ำลงสปริงจะยืดตัวออกจนกระทั่งวาล์วปิด

Reference: http://safetyvalve.org/

Operation cost estimation การคำนวนหาค่าใช้จ่ายการปฏิบัติการ/การผลิต

สิ่งแรกที่ต้องคำนึงถึงคือ input องค์ประกอบต่างๆในการเดินเครื่องจักร องค์ประกอบหลักโดยทั่วไปได้แก่

1. วัตถุดิบป้อนเข้า raw material
2. ไฟฟ้า Electricity
3. แก๊ส LPG/ Methane
4. ไอน้ำ Steam
5. ลมอัด compressed air
6. น้ำประปา/น้ำอ่อน water/soft water
7. คนควบคุมเครื่องจักร Operator

Read more