MVR蒸發(fā)器的節(jié)能特點及其在中藥濃縮中的應用

張功臣

（上海奧星制藥技術裝備有限公司，上海201600）

1 MVR的原理

MVR是蒸汽機械再壓縮（Mechanical Vapor Recompression）的簡稱，它是重新利用蒸發(fā)系統(tǒng)自身產(chǎn)生的二次蒸汽的能量，從而減少對外界能源需求的一項節(jié)能技術。

MVR蒸發(fā)系統(tǒng)的主要運行原理（圖1）：蒸發(fā)產(chǎn)生的低溫位二次蒸汽經(jīng)壓縮機壓縮，把電能轉換成熱能，蒸汽的溫度、壓力與熱焓提高，蒸汽重新進入蒸發(fā)器的加熱室，作為熱源將料液維持在沸騰狀態(tài)，蒸汽本身則冷凝成水。該原理使原本要廢棄的蒸汽得到了充分的利用，回收的汽化潛熱提高了熱效率。因此，除設備啟動外，整個蒸發(fā)過程中無需新的工業(yè)蒸汽。

2 MVR的技術特點與優(yōu)勢

2.1 MVR的技術特點

作為一種新型節(jié)能技術，MVR具有如下技術特點：

2.1.1 低能耗、低運行費用

圖1 MVR的運行原理

理論上，使用MVR蒸發(fā)器比傳統(tǒng)蒸發(fā)設備可節(jié)省80%以上的能源。實際上，蒸發(fā)1 000 kg水分所需的能量僅為傳統(tǒng)蒸發(fā)器的1/6～1/5（注：當物料不同時，能耗有所改變），其運行成本也顯著降低，一般只有傳統(tǒng)蒸發(fā)器的35%～50%。

2.1.2 設備緊湊，占地面積小

與多效蒸發(fā)相比，MVR蒸發(fā)器可以減少50%以上的占地面積。

2.1.3 配套公用工程少

MVR的加熱室就是蒸汽冷凝器，無需單獨設置蒸汽冷凝器以及龐大的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，可以節(jié)省90%以上的冷卻水。

2.1.4 主要使用電能

除設備啟動階段需要少量工業(yè)蒸汽加熱外，正常運行過程中只需要清潔型的電能，而無需工業(yè)蒸汽。

2.1.5 運行平穩(wěn)、自動化程度高

MVR系統(tǒng)通過DCS/PLC、工業(yè)計算機與組態(tài)軟件的形式來控制系統(tǒng)溫度、壓力與轉速等，保持系統(tǒng)蒸發(fā)平衡。

2.1.6 適用于熱敏性物料的濃縮

采用單級真空蒸發(fā)，蒸發(fā)溫度低（45～85℃），特別適用于熱敏性物料蒸發(fā)的濃縮。

2.2 MVR的優(yōu)勢

與傳統(tǒng)的多效蒸發(fā)器相比，MVR技術具備如下優(yōu)勢：

2.2.1 運行成本低

MVR蒸發(fā)設備的運行成本優(yōu)勢非常顯著，在能源價格不斷上升的情況下，電能的價格較平穩(wěn)，采用MVR蒸發(fā)器對企業(yè)的競爭力將有極大的提升，表1是正常工作情況下，多效蒸發(fā)和MVR蒸發(fā)的能耗對比表。

表1 多效蒸發(fā)和MVR蒸發(fā)的能耗對比

2.2.2 不屬于壓力容器范疇

傳統(tǒng)的多效蒸發(fā)設備在使用時，操作人員必須持有壓力容器使用資格證，且需要按照國家相關標準進行申報、審批、安檢等程序，而MVR蒸發(fā)器只利用電能，不需納入安監(jiān)部門的監(jiān)管。

2.2.3 安全性能高

傳統(tǒng)多效蒸發(fā)設備使用高溫、高壓蒸汽作為熱源，在使用過程中存在爆炸、燙傷等安全隱患，而MVR蒸發(fā)器在正常工作后無需工業(yè)蒸汽，相應的安全隱患大大降低。

2.2.4 占地面積小

在同樣的蒸發(fā)處理量下，MVR所需的占地面積遠低于多效蒸發(fā)設備。

3 MVR在中藥濃縮中的應用

在中藥制劑的生產(chǎn)中，濃縮工藝是一道必不可少的環(huán)節(jié)，MVR設備可以部分替代傳統(tǒng)的單效、雙效或三效濃縮器，利用MVR的蒸發(fā)、濃縮、結晶等技術，可以在大大降低整個生產(chǎn)能耗的同時，還能大幅提高熱效率，節(jié)省成本。

利用MVR蒸發(fā)器濃縮中藥提取液時，對中藥提取液有一些要求。首先，對中藥提取液的比重、黏度有一定要求。其次，對中藥提取液的批量的要求，只有MVR蒸發(fā)器每小時處理量是提取液總量的6倍以上，才能選擇MVR蒸發(fā)器。

中藥濃縮選擇MVR蒸發(fā)器，以降膜蒸發(fā)器為主，降膜蒸發(fā)器具有料液停留時間短、壓降小、傳熱系數(shù)大、蒸汽利用率高、不易結垢、便于清洗以及料液處理范圍廣（中藥提取液黏度為50～400mPa·s）等優(yōu)點。除了上面提到的黏度，MVR蒸發(fā)器適用性還與中藥提取液的其他物理性質相關，這些物理性質包括中藥提取液的相對比重、固含量和溫度。黏度大小直接影響MVR蒸發(fā)器的應用，黏度大易造成降液管堵塞、結垢，布膜不均。中藥提取液的黏度會隨著相對比重的增加而增加，黏度也會隨著溫度增加而變化。

MVR蒸發(fā)器的應用與提取液黏度有很大關系，對幾個常見中藥黏度進行測定，測定了不同溫度下葛根、丹參及熟地黃提取液的黏度，數(shù)據(jù)結果分別如表2～表4所示，溫度與黏度分別如圖2～圖4所示。

表2 葛根提取液溫度與黏度關系

圖2 葛根提取液溫度與黏度關系

從表2和圖2可以看出，采用MVR蒸發(fā)器濃縮葛根提取液，可以在50～60℃時濃縮到相對比重1.268左右，可以在70℃時濃縮到相對比重1.322左右。

表3 丹參提取液溫度與黏度關系

圖3 丹參提取液溫度與黏度關系

從表3和圖3可以看出，采用MVR蒸發(fā)器濃縮丹參提取液，可以在50～70℃時濃縮到相對比重1.3以上。

表4 熟地黃提取液溫度與黏度關系

圖4 熟地黃提取液溫度與黏度關系

從表4和圖4可以看出，采用MVR蒸發(fā)器濃縮熟地黃提取液，只有在70℃以上時才能濃縮到相對比重1.3以上。

雖然MVR蒸發(fā)器的適用性很強，但要想濃縮某個高的相對比重時，還要關注中藥提取液的物理特性。上面僅從幾味單味中藥可以看出，要想達到理想效果，要把MVR蒸發(fā)器與中藥提取液的物理特性有機結合起來。特別中藥復方更是一個非常復雜的化學成分系統(tǒng)，成分系統(tǒng)復雜，黏度受此影響大。黏度超過400mPa·s，MVR蒸發(fā)器應用就受到限制，所以利用好中藥提取液的物理特性，對選擇合適溫度下的MVR蒸發(fā)器濃縮很重要。另外選擇合適溫度采用MVR蒸發(fā)器濃縮，關系到提取液中有效成分的損失量及濃縮達到的相對比重。

4 MVR的應用前景

早在20世紀60年代，德國和法國已成功將MVR技術用于化工、食品、造紙、醫(yī)藥、海水淡化及污水處理等領域。作為新一代的節(jié)能減排產(chǎn)品，MVR蒸發(fā)器在我國的發(fā)展相對較晚，但也有一些應用，例如，在大容量注射劑生產(chǎn)車間，少數(shù)制藥企業(yè)已采用熱壓式蒸餾水機（圖5）替代傳統(tǒng)的多效蒸餾水機進行注射用水的制備，該設備采用的就是MVR技術。

圖5 熱壓式蒸餾水機

目前，我國能源逐漸緊缺，能源消耗成本越來越高，MVR蒸汽壓縮設備的優(yōu)勢已被業(yè)內逐步認可并推廣，隨著國家政策的引導與科技的發(fā)展，MVR技術在中藥濃縮領域將會得到更加廣泛的應用，在提高中藥濃縮生產(chǎn)效率、降低企業(yè)能耗和保護環(huán)境等方面，具有非常重要的意義。

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