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哥倫比亞制糖廠用總有機碳分析法來防止代價昂貴的產品泄漏

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【背景分析】

       哥倫比亞的知名制糖企業 Ingenio Pichichi 的主要生產活動是加工甘蔗,為國內外客戶提供各種各樣的糖產品。糖廠重視環保和高效運營,追求高盈利。 糖廠每天加工約 4300 噸甘蔗,出產蜂蜜制品、原糖、白糖、紅糖等多種糖產品。由于產量巨大,優化生產并防止昂貴的產品泄漏到生產工藝之中就變得至關重要。糖廠的現場實驗室收集數據,幫助糖廠做出可提高生產效率和節省成本的決策。 

       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、結晶、離心。在蒸發階段,需要用多級蒸餾系統來濃縮糖汁。 鍋爐為第一階段供應清潔蒸汽源,第一階段產生的蒸汽進入下一階段,然后繼續進行其他步驟。最后階段產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。

       為了保護鍋爐和冷凝器等設備,冷凝水不可含有糖或糖汁,以免造成產品損失、降低工廠利潤。因此, 快速有效地監控產品泄漏或運行故障就變得非常重要。及早發現產品泄漏,能夠幫助操作員及時停止、改變、或改進操作,避免損壞設備或增加成本。

圖 1. Sievers* InnovOx 實驗室型 TOC 分析儀用于泄漏檢測.png

圖 1. Sievers* InnovOx 實驗室型 TOC 分析儀用于泄漏檢測


【應對方案】

       從前,糖廠是用 pH 值、電導率、堿度、白利糖 度(Brix Degree)、HPLC 分析等方法來檢測產品泄漏。在正常環境下,糖分子不會電離,其 pH 值為中性,因此上述大多數方法都不適用于檢測糖泄漏。在高溫高壓的生產過程中,糖分子會分解,成為能夠導致沉積、腐蝕、結垢的破壞性化合物。此外,當糖分子分解時,會失去原有的 HPLC 特征峰。這就使得工廠需要一種快速、可靠、準確的方法來監測糖。

       糖是由碳、氫、氧組成的碳水化合物。通過測量 TOC 總參數,精確量化溶液中的所有有機化合物, 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 實驗室型 TOC 分析儀(見圖 1), 用來表征和分析系統。這幫助糖廠建立了蒸汽、冷 凝水、冷卻水的控制限,從而幫助糖廠優化生產工藝、提高生產利潤。應當在以下幾個地點監測 TOC: 

? 第一臺鍋爐的進水 

? 每個階段產生的冷凝水 

? 冷卻罐的進水和出水

       Sievers InnovOx 實驗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,能夠監測 50 ppb(μg/L)至 50,000 ppm (mg/L)碳濃度范圍。糖廠預期的常規 TOC 值大概在 200 至 500 ppm 范圍內,但如果發生運行故障或產品泄漏,碳濃度會達到 5,000 至 20,000  ppm TOC 峰值。

【結論】

       TOC 分析是簡便而準確的分析方法,能夠檢測出導致代價昂貴的設備損壞和生產損失的產品泄漏事件。哥倫比亞的知名制糖企業 Ingenio Pichichi 需要改進水系統的監測和性能。粉碎過程的蒸發階段, 包括不間斷的蒸汽和冷凝水的反復加熱和冷卻階段, 是糖泄漏的多發階段。Ingenio Pichichi 糖廠使用 Sievers InnovOx 實驗室型 TOC 分析儀對上述關鍵階段進行 TOC 監測,實現了利潤目標,同時達到了環保和運營目標。

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