挑戰(zhàn)
哥倫比亞的制糖企業(yè)Ingenio Pichichi的主要生產(chǎn)活動是加工甘蔗，為國內(nèi)外客戶提供各種各樣的糖產(chǎn)品。糖廠重視環(huán)保和高效運(yùn)營，追求高盈利。糖廠每天加工約4300噸甘蔗，出產(chǎn)蜂蜜制品、原糖、白糖、紅糖等多種糖產(chǎn)品。由于產(chǎn)量巨大，優(yōu)化生產(chǎn)并防止昂貴的產(chǎn)品泄漏到生產(chǎn)工藝之中就變得至關(guān)重要。糖廠的現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)室收集數(shù)據(jù)，幫助糖廠做出可提高生產(chǎn)效率和節(jié)省成本的決策。
將甘蔗加工成可出售的商品，需要涉及到一系列工藝步驟，包括粉碎、澄清、過濾、蒸發(fā)、結(jié)晶、離心。在蒸發(fā)階段，需要用多級蒸餾系統(tǒng)來濃縮糖汁。鍋爐為第一階段供應(yīng)清潔蒸汽源，第一階段產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入下一階段，然后繼續(xù)進(jìn)行其他步驟。最后階段產(chǎn)生的蒸汽被壓力冷凝器冷凝成冷凝水后，被收集到冷卻罐中。每個(gè)階段的冷凝水都會被收集到冷卻罐中，以后用作冷卻水。
為了保護(hù)鍋爐和冷凝器等設(shè)備，冷凝水不可含有糖或糖汁，以免造成產(chǎn)品損失、降低工廠利潤。因此，快速有效地監(jiān)控產(chǎn)品泄漏或運(yùn)行故障就變得非常重要。及早發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品泄漏，能夠幫助操作員及時(shí)停止、改變、或改進(jìn)操作，避免損壞設(shè)備或增加成本。
圖1. Sievers® InnovOx實(shí)驗(yàn)室型
TOC分析儀用于泄漏檢測
解決方案
從前，糖廠是用pH值、電導(dǎo)率、堿度、白利糖度（Brix Degree）、HPLC分析等方法來檢測產(chǎn)品泄漏。在正常環(huán)境下，糖分子不會電離，其pH值為中性，因此上述大多數(shù)方法都不適用于檢測糖泄漏。在高溫高壓的生產(chǎn)過程中，糖分子會分解，成為能夠?qū)е鲁练e、腐蝕、結(jié)垢的破壞性化合物。此外，當(dāng)糖分子分解時(shí)，會失去原有的HPLC特征峰。這就使得工廠需要一種快速、可靠、準(zhǔn)確的方法來監(jiān)測糖。
糖是由碳、氫、氧組成的碳水化合物。通過測量TOC總參數(shù)，精確量化溶液中的所有有機(jī)化合物，就能很容易檢測出糖。TOC分析儀的工作原理是，將有機(jī)分子氧化成二氧化碳（CO2），然后檢測逸出的二氧化碳。Ingenio Pichichi糖廠購買了Sievers® InnovOx實(shí)驗(yàn)室型TOC分析儀（見圖1），用來表征和分析系統(tǒng)。這幫助糖廠建立了蒸汽、冷凝水、冷卻水的控制限，從而幫助糖廠優(yōu)化生產(chǎn)工藝、提高生產(chǎn)利潤。應(yīng)當(dāng)在以下幾個(gè)地點(diǎn)監(jiān)測TOC：
第一臺鍋爐的進(jìn)水
每個(gè)階段產(chǎn)生的冷凝水
冷卻罐的進(jìn)水和出水
Sievers InnovOx實(shí)驗(yàn)室型分析儀采用超臨界水氧化（SCWO，Super Critical Water Oxidation）和非色散紅外（NDIR，Non-Dispersive Infrared）檢測技術(shù)，能夠監(jiān)測50 ppb（µg/L）至50,000 ppm（mg/L）碳濃度范圍。糖廠預(yù)期的常規(guī)TOC值大概在200至500 ppm 范圍內(nèi)，但如果發(fā)生運(yùn)行故障或產(chǎn)品泄漏，碳濃度會達(dá)到5,000至20,000 ppm TOC峰值。
結(jié)論
TOC分析是簡便而準(zhǔn)確的分析方法，能夠檢測出導(dǎo)致代價(jià)昂貴的設(shè)備損壞和生產(chǎn)損失的產(chǎn)品泄漏事件。哥倫比亞的制糖企業(yè)Ingenio Pichichi需要改進(jìn)水系統(tǒng)的監(jiān)測和性能。粉碎過程的蒸發(fā)階段，包括不間斷的蒸汽和冷凝水的反復(fù)加熱和冷卻階段，是糖泄漏的多發(fā)階段。Ingenio Pichichi糖廠使用Sievers InnovOx實(shí)驗(yàn)室型TOC分析儀對上述關(guān)鍵階段進(jìn)行TOC監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)了利潤目標(biāo)，同時(shí)達(dá)到了環(huán)保和運(yùn)營目標(biāo)。
制糖廠中的TOC監(jiān)測點(diǎn)
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