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(yíng)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(lái)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(lái)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(lái)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(guò)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(guò)處理，可以用作工藝補(bǔ)給水甚至鍋爐給水。如此一來(lái)，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(zhǎng)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(lái)說(shuō)，這種泄漏會(huì)帶來(lái)很多問(wèn)題。首先，如果甘蔗汁或糖漿在通過(guò)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(lái)，最終顯著降低企業(yè)營(yíng)收。請(qǐng)看下面的例子：

　　•一個(gè)普通制糖廠每年生產(chǎn)30萬(wàn)至40萬(wàn)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(wàn)至16萬(wàn)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(lái)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(wú)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(wú)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(wèn)題沒(méi)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(guò)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(jiàn)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(guò)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(guò)換熱器的冷凝水的水質(zhì)，對(duì)于制糖廠防止產(chǎn)品和營(yíng)收損失來(lái)說(shuō)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(lái)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(yíng)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)

• SieversInnovOx在線TOC分析儀

  檢測(cè)儀器在線詢價(jià)