淺析MVR降膜蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)的特點(diǎn)及其在中藥生產(chǎn)中的應(yīng)用

馬煜 魏港 李偉 王明

摘 要：MVR（Mechanical Vapor Recompression）技術(shù)的基本思想是用電作為動力產(chǎn)生蒸汽，取代用煤或油作為產(chǎn)生蒸汽的熱源。起初MVR技術(shù)主要用于環(huán)保領(lǐng)域（工業(yè)污水處理），如今其以高效節(jié)能、經(jīng)濟(jì)可靠、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)越來越受到人們的關(guān)注，被推廣應(yīng)用至眾多領(lǐng)域?，F(xiàn)對MVR降膜蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)的工作原理與特點(diǎn)及其在中藥生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：蒸汽壓縮機(jī);降膜循環(huán)蒸發(fā);真空系統(tǒng);獨(dú)立油泵

1? ? MVR系統(tǒng)三大關(guān)鍵技術(shù)

1.1? ? 蒸汽壓縮機(jī)

它是MVR系統(tǒng)的核心部件，通過對二次蒸汽進(jìn)行壓縮，提高系統(tǒng)內(nèi)二次蒸汽的熱焓，為系統(tǒng)連續(xù)提供蒸汽。根據(jù)原液的流量和沸點(diǎn)升高值等特性，可以選擇羅茨蒸汽壓縮機(jī)或離心蒸汽壓縮機(jī)。本文所述MVR系統(tǒng)由于處理量大，選擇離心蒸汽壓縮機(jī)。

1.2? ? 蒸發(fā)濃縮器

預(yù)熱后的料液通過進(jìn)料泵輸送至蒸發(fā)器內(nèi)與由蒸汽壓縮機(jī)再壓縮的二次蒸汽進(jìn)行換熱，使其迅速汽化蒸發(fā)。根據(jù)原液的特性（粘度、是否有濃縮和結(jié)垢等）選擇蒸發(fā)器的形式，主要形式有降膜、升膜和強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器。

1.3? ? 自動化控制系統(tǒng)

采用工控機(jī)和PLC構(gòu)成MVR系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控中心。通過軟件編程，實(shí)時(shí)采集各種傳感器的信號，從而實(shí)現(xiàn)精確控制。同時(shí)該設(shè)備還具有自動報(bào)警、自動記錄參數(shù)和提供報(bào)表的各種功能，該部分也是MVR系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，MVR系統(tǒng)的穩(wěn)定工作依賴于自控系統(tǒng)的精密控制。

2? ? MVR系統(tǒng)的工作原理與特點(diǎn)

2.1? ? MVR系統(tǒng)原理

MVR（機(jī)械式蒸汽再壓縮技術(shù)）是指料液蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽經(jīng)壓縮機(jī)壓縮，溫度、壓力升高，熱焓增大，然后進(jìn)入蒸發(fā)器殼程給受熱側(cè)的料液加熱，料液獲得熱量后沸騰汽化產(chǎn)生飽和氣體（即二次蒸汽），二次蒸汽再經(jīng)壓縮機(jī)重復(fù)以上過程。

2.2? ? 提取2號車間MVR系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理和特點(diǎn)

（1）清潔能源。MVR用的是工業(yè)電源，沒有CO2和SO2的排放。（2）降膜循環(huán)蒸發(fā)技術(shù)。本系統(tǒng)采用了國內(nèi)蒸發(fā)領(lǐng)域效率較高的蒸發(fā)技術(shù)——兩級降膜循環(huán)蒸發(fā)器，它具有換熱效率高、運(yùn)行成本低、清洗方便、使用周期長、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。（3）預(yù)熱系統(tǒng)。系統(tǒng)將蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽全部回收利用，運(yùn)行成本僅為多效蒸發(fā)器運(yùn)行成本的5%～40%。（4）自控精度高。采用工控機(jī)和PLC控制系統(tǒng)以及變頻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)高度自動化精密控制。（5）獨(dú)立真空系統(tǒng)。生產(chǎn)中的不凝氣體經(jīng)真空泵抽出系統(tǒng)外，同時(shí)通過真空泵的工作維持蒸發(fā)系統(tǒng)的真空度。真空泵補(bǔ)水罐用于補(bǔ)充真空泵用水及真空泵系統(tǒng)降溫。（6）獨(dú)立油泵。本設(shè)備采用獨(dú)立的油泵，提供穩(wěn)定的油壓。（7）獨(dú)立機(jī)封水系統(tǒng)。車間自主改造加裝了機(jī)封水箱和循環(huán)泵，提供整個(gè)MVR系統(tǒng)所需的機(jī)封水，充分保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3? ? MVR在中藥生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1? ? 能耗統(tǒng)計(jì)及適用性分析

MVR系統(tǒng)與傳統(tǒng)濃縮器能耗實(shí)測對比如表1所示。

由表1可見，MVR在中藥生產(chǎn)中大大降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)與傳統(tǒng)濃縮器相比還減少了操作人力，現(xiàn)場單人即可操作，還可以遠(yuǎn)程控制。

本車間MVR生產(chǎn)物料產(chǎn)品特性：有揮發(fā)油，具有一定的腐蝕性，濃縮相對密度需求在1.05～1.08。單次濃縮前原液約40 t，相比大生產(chǎn)模式，這個(gè)處理量其實(shí)屬于中等，對于MVR來說，單次產(chǎn)量越大，產(chǎn)生的效益也越明顯。本車間物料提取完后直接進(jìn)入濃縮設(shè)備，所以不要經(jīng)過一級和二級預(yù)熱，不需要消耗額外蒸汽，能耗對比更加低，主要參數(shù)如表2所示。

用于中藥生產(chǎn)的工況對比污水處理工況要好一些，主要體現(xiàn)在藥液的固體雜質(zhì)比較少，腐蝕性物質(zhì)較少，所需要的真空壓力不大，設(shè)備濃縮后的水較為清澈，可以重復(fù)利用。基于這個(gè)現(xiàn)狀，本車間MVR降膜蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)在生產(chǎn)操作過程中的安全操作區(qū)間較大。

MVR降膜蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)設(shè)備體積比較大，整套系統(tǒng)更加適用于連續(xù)大生產(chǎn)模式，對于小生產(chǎn)的投入產(chǎn)出比較小，適用性較低。提取2號車間使用的產(chǎn)品濃縮相對密度一般到1.08，對于一些濃縮相對密度要求比較高的產(chǎn)品，建議后面需要增加相應(yīng)的二級濃縮設(shè)備，例如單效濃縮器。前期選型時(shí)要嚴(yán)格按照公司的規(guī)劃進(jìn)行，同時(shí)相匹配的水電氣負(fù)荷也要滿足要求，本車間使用的3臺MVR降膜蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)總負(fù)荷電為600 kW，光壓縮機(jī)功率就達(dá)到132 kW，并且需要配有至少0.25 MPa的蒸汽、0.7 MPa的壓縮空氣、0.2 MPa的冷卻水系統(tǒng)。

3.2? ? 壓縮機(jī)的使用注意事項(xiàng)及維護(hù)內(nèi)容

蒸汽壓縮機(jī)是整個(gè)MVR降膜蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)的關(guān)鍵，在前期剛開始使用時(shí)，建議優(yōu)先確認(rèn)一下蒸汽管道內(nèi)是否已完成清潔。本車間采購的蒸汽壓縮機(jī)是豪頓華壓縮機(jī)，需使用純凈的蒸汽作為密封介質(zhì)，如果壓縮機(jī)蒸汽密封內(nèi)存在異物（比如金屬碎屑），很容易造成壓縮機(jī)的碳環(huán)損壞，從而導(dǎo)致壓縮機(jī)機(jī)械密封處泄漏蒸汽/蒸汽冷凝水。一般機(jī)械密封為進(jìn)口品牌，價(jià)格基本超過2萬元，從維護(hù)成本角度出發(fā)，啟用前一定要檢查好蒸汽中是否存在異物。在正常開機(jī)時(shí)，一般會出現(xiàn)哮喘聲，在頻率不斷提高的時(shí)候聲音會越來越大，這屬于正?，F(xiàn)象。如果要改善這種現(xiàn)象，建議對提取液儲罐進(jìn)行保溫處理，確保生產(chǎn)前的藥液介質(zhì)溫度能夠大于80 ℃。

蒸汽壓縮機(jī)日常維護(hù)主要包含以下內(nèi)容。

3.2.1? ? 運(yùn)行中維護(hù)

（1）嚴(yán)禁壓縮機(jī)在沒開啟油泵、無密封蒸汽、過負(fù)荷或齒輪油量不足的情況下運(yùn)行（否則會造成壓縮機(jī)軸承損壞）;運(yùn)行中嚴(yán)密監(jiān)視壓縮機(jī)進(jìn)出口壓力和壓差（進(jìn)出口壓差在37～57 kPa），正常運(yùn)行出口溫度不準(zhǔn)超過100 ℃，超過100 ℃系統(tǒng)報(bào)警，溫度到120 ℃壓縮機(jī)自動停機(jī)。

（2）運(yùn)行中每小時(shí)對壓縮機(jī)進(jìn)行一次檢查，檢測壓縮機(jī)振動和軸承箱、齒輪箱溫度（振動值不大于5 μm，軸承箱溫度不大于80 ℃，齒輪箱溫度不大于65 ℃），實(shí)時(shí)監(jiān)聽壓縮機(jī)運(yùn)行聲音，如出現(xiàn)異常聲音（如金屬撞擊聲、金屬摩擦聲等）應(yīng)立即停機(jī)，緊急情況下，應(yīng)按下急停按鈕，緊急停機(jī)。

3.2.2? ? 定期保養(yǎng)

（1）如長時(shí)間不開機(jī)（超過10天），則打開壓縮機(jī)排水閥，每周盤轉(zhuǎn)壓縮機(jī)聯(lián)軸器兩圈，防止壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子生銹卡死。（2）每月緊固一次壓縮機(jī)、電機(jī)地腳螺絲和壓縮機(jī)底座地腳螺絲。（3）壓縮機(jī)潤滑首次運(yùn)行3個(gè)月更換一次，接下來每年更換一次潤滑油（殼牌或美孚合成齒輪油最佳），潤滑油牌號：46#汽輪機(jī)油，嚴(yán)禁使用其他牌號的潤滑油。

3.3? ? 其他設(shè)備的維護(hù)內(nèi)容

除了蒸汽壓縮機(jī)，日常需要注意維護(hù)的還有蒸發(fā)器、離心泵。

3.3.1? ? MVR蒸發(fā)器的維護(hù)

蒸發(fā)器系統(tǒng)的保養(yǎng)按照維護(hù)周期長短分為常規(guī)保養(yǎng)、一級保養(yǎng)、二級保養(yǎng)，下面主要介紹一下二級保養(yǎng)。設(shè)備的二級保養(yǎng)視不同的設(shè)備及運(yùn)行情況進(jìn)行，一般0.5年/次，以車間維修人員為主，操作人員及電氣人員協(xié)助共同進(jìn)行。

保養(yǎng)具體內(nèi)容：（1）執(zhí)行一級保養(yǎng)內(nèi)容;（2）檢查各傳動系統(tǒng)，修復(fù)、更換磨損件;（3）檢查各操作手柄，確保靈活可靠;（4）清洗電機(jī)，更換潤滑脂，檢查電機(jī)絕緣、接地等;（5）校核、整理電氣線路，確保線路完備，符合安全、消防要求;（6）檢查主機(jī)，確認(rèn)附件齊全，各電氣部件完備無缺損，確認(rèn)電氣箱內(nèi)排線整潔;（7）對設(shè)備進(jìn)行拆卸檢查，調(diào)整、修復(fù)、更換必要的零件。

3.3.2? ? MVR離心泵的維護(hù)

（1）定期檢查泵體與電機(jī)，根據(jù)使用頻度給各潤滑點(diǎn)加注相應(yīng)的潤滑油或潤滑脂，更換各易損件（機(jī)械密封和軸承）;（2）如離心泵長期停用，需用清水清洗泵內(nèi)流道以及相關(guān)連接管道;（3）嚴(yán)禁離心泵長時(shí)間空轉(zhuǎn)。

3.4? ? MVR降膜蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)的待優(yōu)化項(xiàng)

在MVR明顯的降本優(yōu)勢下，它也有一些明顯的缺點(diǎn)需要不斷優(yōu)化：（1）維修維護(hù)成本較高，進(jìn)口壓縮機(jī)配件都比較昂貴，維修成本明顯高于傳統(tǒng)濃縮器。現(xiàn)場有多個(gè)配電柜，需要專業(yè)的電工定期維護(hù)檢查，增加了維護(hù)成本。（2）生產(chǎn)時(shí)噪聲較大，操作工必須佩戴耳罩，有一定的噪聲傷害。（3）清潔難度較大，蒸發(fā)室、冷凝器、循環(huán)泵等難清洗，因其體積和面積較大，很難實(shí)現(xiàn)全面自清潔，有時(shí)需要人工進(jìn)行沖洗。

4? ? 結(jié)語

結(jié)合上述分析，從成本運(yùn)營以及生產(chǎn)效率角度考慮，MVR應(yīng)用在中藥生產(chǎn)中有明顯的優(yōu)勢，但結(jié)合生產(chǎn)清潔來分析，在MVR降膜系統(tǒng)中需要額外增加CIP清潔的設(shè)備，并且需要增加相應(yīng)的噴頭清洗才能滿足藥品生產(chǎn)清潔的要求。如果用戶已經(jīng)采購MVR降膜系統(tǒng)，可以參考帶式干燥機(jī)的清潔方式進(jìn)行技術(shù)改造;如果用戶尚未采購，可以在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上提出清潔優(yōu)化的要求。

收稿日期：2021-08-10

作者簡介：馬煜（1992—），男，江蘇靖江人，助理工程師，研究方向：藥品生產(chǎn)設(shè)備管理。