威立雅Sievers分析儀
總有機(jī)碳TOC監(jiān)測(cè)使制糖廠結(jié)束度量缺漏,將營收損失降至較低
檢測(cè)樣品:冷凝水
檢測(cè)項(xiàng)目:TOC
方案概述:再利用水的一種可行辦法是,收集和冷凝鍋爐與其它工藝設(shè)備排出的熱蒸汽。制糖廠在重新利用冷凝水之前,通常會(huì)利用冷凝水的高溫來加熱分離的流體(例如提取的甘蔗汁或糖漿),以便進(jìn)行精加工。充分利用熱能能夠節(jié)省成本。制糖廠通過換熱器,在加熱流體的同時(shí)防止兩種流體混合。冷卻后的冷凝水經(jīng)過處理,可以用作工藝補(bǔ)給水甚至鍋爐給水。如此一來,制糖廠既充分利用了熱能,又節(jié)省了用水。
項(xiàng)目總結(jié)
應(yīng)用領(lǐng)域-泄漏檢測(cè)
監(jiān)測(cè)技術(shù)-總有機(jī)碳(TOC)分析
比較因素-檢測(cè)水中有機(jī)污染物的準(zhǔn)確性和靈敏度
監(jiān)測(cè)結(jié)果-與現(xiàn)今常用的水質(zhì)參數(shù)相比,TOC分析顯示出強(qiáng)的監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性和靈敏度
關(guān)鍵詞–食品飲料行業(yè)、制糖業(yè)、有機(jī)物監(jiān)測(cè)、泄漏檢測(cè)、電導(dǎo)率、pH值、氧化還原電勢(shì)、Sievers*InnovOx TOC、冷凝水、運(yùn)營成本、產(chǎn)品損失
背景
制糖是耗水量較高的生產(chǎn)工藝,其中幾乎每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)都需要用水。例如,在碾磨甘蔗時(shí),必須將水噴灑在甘蔗上,以盡量提取甘蔗汁液。制糖廠用蒸汽輪機(jī)來碾磨甘蔗,每碾磨兩噸甘蔗,就會(huì)消耗一噸水蒸汽。糖漿的進(jìn)一步提純和結(jié)晶也要靠蒸汽驅(qū)動(dòng)的機(jī)器來完成。不難理解,制糖廠(尤其是缺水地區(qū)的制糖廠)都會(huì)想方設(shè)法節(jié)約用水和再利用水。
再利用水的一種可行辦法是,收集和冷凝鍋爐與其它工藝設(shè)備排出的熱蒸汽。制糖廠在重新利用冷凝水之前,通常會(huì)利用冷凝水的高溫來加熱分離的流體(例如提取的甘蔗汁或糖漿),以便進(jìn)行精加工。充分利用熱能能夠節(jié)省成本。制糖廠通過換熱器,在加熱流體的同時(shí)防止兩種流體混合。冷卻后的冷凝水經(jīng)過處理,可以用作工藝補(bǔ)給水甚至鍋爐給水。如此一來,制糖廠既充分利用了熱能,又節(jié)省了用水。
挑戰(zhàn)
在實(shí)際生產(chǎn)中,換熱器的性能并非絕對(duì)可靠,尤其是長期和反復(fù)使用的換熱器。由于金屬疲勞和腐蝕,換熱器中分隔兩種流體的金屬表面會(huì)出現(xiàn)針孔,導(dǎo)致流體雙向泄漏,給制糖廠造成損失。對(duì)于制糖廠來說,這種泄漏會(huì)帶來很多問題。首先,如果甘蔗汁或糖漿在通過換熱器時(shí)漏到冷凝水中,會(huì)造成產(chǎn)品損失。這種損失乍看微不足道,但隨著時(shí)間推移,損失會(huì)累積起來,最終顯著降低企業(yè)營收。請(qǐng)看下面的例子:
•一個(gè)普通制糖廠每年生產(chǎn)30萬至40萬公噸原糖
•由于機(jī)械因素造成的產(chǎn)品損失為0.1%,相當(dāng)于損失了300至400噸產(chǎn)品
•假設(shè)產(chǎn)品的平均售價(jià)為每噸400美元,這就意味著制糖廠每年要損失12萬至16萬美元的收入
其次,流體泄漏會(huì)污染冷凝水。一旦發(fā)生污染,制糖廠就不得不花費(fèi)額外的時(shí)間和費(fèi)用來處理被污染的冷凝水,然后才能重新利用處理后的冷凝水。但這樣做的前提是在經(jīng)濟(jì)上劃算,否則制糖廠只能被迫將被污染的冷凝水作為廢水排放掉,不但無法節(jié)約用水,還必須在排放前對(duì)被污染的冷凝水進(jìn)行成本更高的廢水處理。
如果要避免不必要的產(chǎn)品損失和防止設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞,盡早發(fā)現(xiàn)泄漏就變得至關(guān)重要。然而,從本文隨后提供的數(shù)據(jù)中可以看到,現(xiàn)今常用的監(jiān)測(cè)冷凝水質(zhì)量的方法無法及時(shí)檢測(cè)到水中的有機(jī)雜質(zhì)。如果制糖廠繼續(xù)使用不合格的冷凝水,風(fēng)險(xiǎn)會(huì)非常嚴(yán)重。例如,如果不合格的冷凝水被用作鍋爐給水,水中的雜質(zhì)會(huì)在高溫下氧化成有機(jī)酸,導(dǎo)致鍋爐內(nèi)的pH值降到危險(xiǎn)地步,制糖廠就不得不被迫進(jìn)行計(jì)劃外的鍋爐排污。即使問題沒到這么嚴(yán)重的程度,但隨著時(shí)間推移,有機(jī)污染物會(huì)持續(xù)腐蝕鍋爐,積聚沉淀物,從而縮短鍋爐的使用壽命。為了將鍋爐恢復(fù)到可使用的狀態(tài),制糖廠不得不對(duì)受損的鍋爐進(jìn)行昂貴、耗時(shí)的維修,甚至被迫停產(chǎn)。
解決方案
換熱器的泄漏會(huì)將有機(jī)污染物(例如提取的甘蔗汁、糖漿、鍋爐燃油等)送進(jìn)冷凝水,因此必須采用能夠快速檢測(cè)這些有機(jī)污染物的分析方法。使用常規(guī)的水質(zhì)參數(shù)(例如pH值和電導(dǎo)率)很難檢測(cè)到有機(jī)物的存在,因?yàn)榇蠖鄶?shù)(如果不是全部)有機(jī)污染物在水中不會(huì)電離,使被污染的水的pH值呈中性。而總有機(jī)碳(TOC)分析法能夠準(zhǔn)確測(cè)量水中所有共價(jià)鍵碳化合物的濃度,及時(shí)提供冷凝水中有機(jī)污染物濃度的直接參數(shù)。TOC分析是一種快速、定量的測(cè)量方法,能夠幫助制糖廠做出實(shí)時(shí)的、基于測(cè)量數(shù)據(jù)的工藝決策,以有效管理冷凝水的再利用和排放。
為了證明TOC分析對(duì)有機(jī)污染物的監(jiān)測(cè)靈敏度,我們進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)室研究。我們先將潛在的污染物加到制糖廠的冷凝水樣品中,這些污染物是中間糖產(chǎn)品,它們會(huì)通過換熱器從熱冷凝水中吸收熱量。本研究選擇的中間糖產(chǎn)品是“供汁(Supply juice)”和“EFFET A液”,它們的加標(biāo)濃度范圍是50至約500 ppm(mg/L)。
然后用Sievers InnovOx實(shí)驗(yàn)室TOC分析儀(見圖1)測(cè)量加熱至40°C±2以模擬制糖廠典型生產(chǎn)條件的加標(biāo)冷凝水。此款分析儀采用專業(yè)的超臨界水氧化技術(shù)(SCWO,Super Critical Water Oxidation),對(duì)有機(jī)碳濃度的檢測(cè)范圍是50 ppb(µg/L)至50,000 ppm(mg/L)。除了測(cè)量加標(biāo)冷凝水樣品的TOC濃度之外,我們還測(cè)量了電導(dǎo)率、氧化還原電勢(shì)(ORP,Oxidation Reduction Potential)、pH值。
我們隨后分析了這兩種污染物加標(biāo)濃度的各種參數(shù)(TOC、電導(dǎo)率、氧化還原電勢(shì)、pH值)。通過相關(guān)關(guān)系的線性和斜率,可以深入了解這些水質(zhì)參數(shù)的對(duì)污染物濃度的響應(yīng)性和敏感性。
結(jié)論
監(jiān)測(cè)冷凝水的水質(zhì),尤其是監(jiān)測(cè)通過換熱器的冷凝水的水質(zhì),對(duì)于制糖廠防止產(chǎn)品和營收損失來說至關(guān)重要。同樣,為了保護(hù)制糖廠的關(guān)鍵設(shè)備免受被污染的冷凝水的損害,確認(rèn)重復(fù)利用的冷凝水的清潔度也非常重要。
目前常用的水質(zhì)測(cè)量參數(shù)包括電導(dǎo)率、氧化還原電勢(shì)、pH值,這些參數(shù)在檢測(cè)離子污染物時(shí)表現(xiàn)出色,但在檢測(cè)有機(jī)污染物時(shí),尤其是檢測(cè)濃度較低的有機(jī)污染物時(shí),就有很大的局限性。僅僅依靠上述水質(zhì)參數(shù)來監(jiān)測(cè)冷凝水的水質(zhì),會(huì)降低工藝透明度,導(dǎo)致企業(yè)決策錯(cuò)誤,最終增加生產(chǎn)成本或損壞生產(chǎn)設(shè)備。
TOC分析提供了一種快速、準(zhǔn)確、靈敏的有機(jī)污染物檢測(cè)方法,是確保冷凝水質(zhì)量的有效工具。制糖廠在關(guān)鍵工藝步驟中采用在線TOC監(jiān)測(cè),能夠加強(qiáng)泄漏檢測(cè)能力,而泄漏是導(dǎo)致代價(jià)高昂的設(shè)備損壞和營收損失的一大根源。
參考文獻(xiàn)
1.Quantification of Sugar Content Loss in various Byproducts of the Sugar Industry,International Journal of Advance Industrial Engineering,Vol.3,No.2(June 2015)
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