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哥伦比亚制糖厂用总有机碳分析法来防止代价昂贵的产品泄漏

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【背景分析】

       哥伦比亚的知名制糖企业 Ingenio Pichichi 的主要生产活动是加工甘蔗,为国内外客户提供各种各样的糖产品。糖厂重视环保和高效运营,追求高盈利。 糖厂每天加工约 4300 吨甘蔗,出产蜂蜜制品、原糖、白糖、红糖等多种糖产品。由于产量巨大,优化生产并防止昂贵的产品泄漏到生产工艺之中就变得至关重要。糖厂的现场实验室收集数据,帮助糖厂做出可提高生产效率和节省成本的决策。 

       将甘蔗加工成可出售的商品,需要涉及到一系列工艺步骤,包括粉碎、澄清、过滤、蒸发、结晶、离心。在蒸发阶段,需要用多级蒸馏系统来浓缩糖汁。 锅炉为第一阶段供应清洁蒸汽源,第一阶段产生的蒸汽进入下一阶段,然后继续进行其他步骤。最后阶段产生的蒸汽被压力冷凝器冷凝成冷凝水后,被收集到冷却罐中。每个阶段的冷凝水都会被收集到冷却罐中,以后用作冷却水。

       为了保护锅炉和冷凝器等设备,冷凝水不可含有糖或糖汁,以免造成产品损失、降低工厂利润。因此, 快速有效地监控产品泄漏或运行故障就变得非常重要。及早发现产品泄漏,能够帮助操作员及时停止、改变、或改进操作,避免损坏设备或增加成本。

图 1. Sievers* InnovOx 实验室型 TOC 分析仪用于泄漏检测.png

图 1. Sievers* InnovOx 实验室型 TOC 分析仪用于泄漏检测


【应对方案】

       从前,糖厂是用 pH 值、电导率、碱度、白利糖 度(Brix Degree)、HPLC 分析等方法来检测产品泄漏。在正常环境下,糖分子不会电离,其 pH 值为中性,因此上述大多数方法都不适用于检测糖泄漏。在高温高压的生产过程中,糖分子会分解,成为能够导致沉积、腐蚀、结垢的破坏性化合物。此外,当糖分子分解时,会失去原有的 HPLC 特征峰。这就使得工厂需要一种快速、可靠、准确的方法来监测糖。

       糖是由碳、氢、氧组成的碳水化合物。通过测量 TOC 总参数,精确量化溶液中的所有有机化合物, 就能很容易检测出糖。TOC 分析仪的工作原理是, 将有机分子氧化成二氧化碳(CO2),然后检测逸出的二氧 化碳 。 Ingenio Pichichi 糖厂购买了 Sievers* InnovOx 实验室型 TOC 分析仪(见图 1), 用来表征和分析系统。这帮助糖厂建立了蒸汽、冷 凝水、冷却水的控制限,从而帮助糖厂优化生产工艺、提高生产利润。应当在以下几个地点监测 TOC: 

• 第一台锅炉的进水 

• 每个阶段产生的冷凝水 

• 冷却罐的进水和出水

       Sievers InnovOx 实验室型分析仪采用超临界水氧 化(SCWO,Super Critical Water Oxidation)和非色散红外(NDIR,Non-Dispersive Infrared)检测技术,能够监测 50 ppb(µg/L)至 50,000 ppm (mg/L)碳浓度范围。糖厂预期的常规 TOC 值大概在 200 至 500 ppm 范围内,但如果发生运行故障或产品泄漏,碳浓度会达到 5,000 至 20,000  ppm TOC 峰值。

【结论】

       TOC 分析是简便而准确的分析方法,能够检测出导致代价昂贵的设备损坏和生产损失的产品泄漏事件。哥伦比亚的知名制糖企业 Ingenio Pichichi 需要改进水系统的监测和性能。粉碎过程的蒸发阶段, 包括不间断的蒸汽和冷凝水的反复加热和冷却阶段, 是糖泄漏的多发阶段。Ingenio Pichichi 糖厂使用 Sievers InnovOx 实验室型 TOC 分析仪对上述关键阶段进行 TOC 监测,实现了利润目标,同时达到了环保和运营目标。

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