噴霧傳質(zhì)式(冷凍)冷凝器在酒精濃縮、回收上的應(yīng)用

摘要：佛山市中醫(yī)院制劑中心提取車間真空濃縮的抽真空設(shè)備（包括單效濃縮器酒精的回收）于2010年底開始投入使用，2020年前采用多臺水環(huán)式真空泵，經(jīng)過多年使用，由于機(jī)械磨損等因素工作效率低、噪聲大。根據(jù)這一情況，在科室負(fù)責(zé)人帶領(lǐng)下，由科室的工程設(shè)備部門進(jìn)行改造，通過對提取車間工作現(xiàn)狀分析和論證，選購了一套4 000 L噴霧傳質(zhì)式冷凝器替代三臺水環(huán)式真空泵及一套2 000 L噴霧傳質(zhì)式（冷凍）冷凝器替代一臺水環(huán)式真空泵。改造完成后，解決了濃縮真空生產(chǎn)效率低和酒精回收率低等問題?，F(xiàn)對應(yīng)用噴霧傳質(zhì)式（冷凍）冷凝器新技術(shù)升級改造真空系統(tǒng)的過程進(jìn)行分析和介紹。

關(guān)鍵詞：噴霧傳質(zhì)式;冷凝器;濃縮;回收酒精

中圖分類號：TQ460.5? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2024）11-0069-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.11.018

0? ? 引言

噴霧傳質(zhì)式（冷凍）冷凝器是國藥集團(tuán)德眾藥機(jī)發(fā)明專利（《一種噴霧傳質(zhì)式冷凝器》，專利號：CN102865753A，發(fā)明人：楊許作）的應(yīng)用，德眾藥業(yè)稱之為“蒙古包”，是一種沒有水池、沒有涼水塔、沒有循環(huán)泵、沒有列管冷凝器，徹底改變了目前國內(nèi)傳統(tǒng)濃縮冷凝器的節(jié)能新產(chǎn)品?，F(xiàn)階段，世界能源愈發(fā)短缺，節(jié)能已然成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的長遠(yuǎn)戰(zhàn)略目標(biāo)之一。傳統(tǒng)真空濃縮采用真空泵，整體節(jié)能效果欠佳，噴霧傳質(zhì)式（冷凍）冷凝器作為一種新產(chǎn)品，效率高且非常節(jié)能，尤其用于真空濃縮、回收酒精時體現(xiàn)出了較高的經(jīng)濟(jì)效益。

1? ? 改造前提取車間的濃縮工作現(xiàn)狀

1）佛山市中醫(yī)院制劑中心提取車間濃縮的主要生產(chǎn)設(shè)備有一臺1 000 L三效濃縮器、兩臺1 000 L二效濃縮器、一臺500 L單效濃縮器，真空設(shè)備都采用水環(huán)式真空泵，這些真空泵都是放在一樓濃縮間。多臺真空濃縮器的冷卻塔采用循環(huán)水冷卻，冷卻循環(huán)水經(jīng)過循環(huán)泵、涼水塔、管道、閥門等系統(tǒng)進(jìn)行重復(fù)使用，整個提取生產(chǎn)設(shè)備于2010年底投入使用。冷卻塔進(jìn)水溫度過高會造成一效加熱室（直接蒸汽加熱）溫度高，藥物結(jié)焦在加熱管壁上，影響蒸汽與藥液之間的換熱效果，浪費(fèi)蒸汽，降低生產(chǎn)效率和藥物的收膏率，有時還會耽誤正常生產(chǎn)進(jìn)度。

2）當(dāng)單效濃縮器進(jìn)行酒精回收時，由于冷卻塔進(jìn)水溫度過高，部分酒精蒸汽來不及冷卻冷凝成液體而被真空泵抽走后排到生產(chǎn)廢水的污水渠，造成酒精的回收率低。排出的酒精蒸汽排到污水渠后進(jìn)入中心污水處理系統(tǒng)，中心的污水處理系統(tǒng)采用生物接觸氧化工藝的UASB系統(tǒng)，對酒精敏感，酒精會將污水處理系統(tǒng)的厭氧池、好氧池中的細(xì)菌殺死，嚴(yán)重影響污水處理的正常運(yùn)行，出水水質(zhì)達(dá)不到環(huán)保排放要求。

3）提取車間的三臺真空濃縮用的大功率真空泵都安裝在提取車間一樓室內(nèi)（圖1），由于設(shè)備使用多年產(chǎn)生機(jī)械磨損，工作時幾臺真空泵一起運(yùn)行造成車間內(nèi)噪聲可達(dá)80 dB，影響員工身心健康。

2? ? 存在問題

根據(jù)以上現(xiàn)狀分析，抽真空設(shè)備存在的問題包括以下三方面：

1）濃縮系統(tǒng)真空度低，造成生產(chǎn)效率低，影響正常生產(chǎn)，浪費(fèi)蒸汽;

2）酒精回收率低（50%），造成生產(chǎn)成本增加，同時影響污水處理系統(tǒng)正常運(yùn)行;

3）濃縮用的真空泵能耗大（四臺真空泵功率共42.5 kW），加上使用時間有十年，由于機(jī)械磨損經(jīng)常出現(xiàn)故障需維修，且車間內(nèi)工作場所真空泵產(chǎn)生的噪聲達(dá)到80 dB，影響員工的身心健康。

3? ? 解決方案

1）根據(jù)濃縮車間抽真空的負(fù)荷和生產(chǎn)實(shí)際狀況，與國藥集團(tuán)佛山德眾制藥機(jī)械有限公司技術(shù)人員一起分析論證，確定選擇一臺4 000 L噴霧傳質(zhì)式冷凝器（圖2）用于水提濃縮抽真空系統(tǒng)，將三臺真空濃縮器的抽真空管道并聯(lián)后接到噴霧傳質(zhì)式冷凝器抽真空接口，保留原來的冷卻功能，并安裝三個閥門控制使用（因?yàn)槿_真空濃縮器不一定同時運(yùn)行）。

噴霧傳質(zhì)式冷凝器（圖3）構(gòu)成：二次蒸汽總管1、二次蒸汽分汽管2、上環(huán)3、多個豎直擺放連成環(huán)形的翅片冷凝管4、中環(huán)5、斜排管6、底環(huán)7、呈環(huán)形分布的噴淋管8、霧化噴嘴9、防護(hù)網(wǎng)10、風(fēng)機(jī)11、布風(fēng)器12、噴淋泵13、集水盤14、汽液分離器15、支撐腳16、水環(huán)泵17、外殼18和頂蓋19。

工作原理：多個翅片冷凝管呈環(huán)形分布，集水盤、風(fēng)機(jī)設(shè)置于翅片冷凝管下方，翅片冷凝管上方連接有二次蒸汽總管，環(huán)形分布的多個翅片冷凝管內(nèi)部設(shè)有呈環(huán)形分布的噴淋管，噴淋管上設(shè)有霧化噴嘴，噴霧傳質(zhì)式冷凝器通過霧化噴嘴把水霧化，噴到翅片冷凝管表面吸熱并蒸發(fā)，這種有相變的對流換熱大大提高了熱交換系數(shù)，節(jié)約了冷凝能耗;另外，二次蒸汽總管位于翅片冷凝管上方，高速蒸汽與冷凝水方向一致，可有效防止管內(nèi)膜凝結(jié)，提高傳熱系數(shù)[1]。

2）選購一臺2 000 L噴霧傳質(zhì)式（冷凍）冷凝器用于冷凝單效醇濃縮，與單效蒸發(fā)室蒸汽出口管道連接（圖4），冷凝后酒精回落至原冷卻塔下的貯液罐，酒精回收。具體過程如下：蒸發(fā)室酒精蒸汽→噴霧傳質(zhì)式（冷凍）冷凝器→冷卻塔→貯液罐（間歇放出回收）。本臺冷凝器以有相變換熱代替無相變換熱，極大地提高了冷凝系統(tǒng)效率;在噴霧傳質(zhì)式冷凝器的基礎(chǔ)上，增加冷凍系統(tǒng)，稱為噴霧傳質(zhì)式（冷凍）冷凝器;采用雙效、閉路技術(shù)使乙醇回收率高達(dá)95%以上。通過采用噴霧傳質(zhì)式（冷凍）冷凝器，降低了冷凝溫度，達(dá)到了高真空環(huán)境下酒精蒸汽的冷凝點(diǎn)，于是大大提高了酒精的回收率。

兩臺冷凝器經(jīng)管道連接都安裝在該棟樓的四樓天面（圖5）。

4? ? 改造效益分析

該改造項(xiàng)目于2019年年底基本完工，2020年開始正式投入使用，通過幾年的運(yùn)行，各項(xiàng)要求達(dá)到預(yù)期效果，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

1）三效真空濃縮器改造前后真空度對比如表1所示。由表可知，改造后效果明顯，濃縮溫度降低，其中第三效的蒸發(fā)效果改善明顯，提高了生產(chǎn)效率，平均蒸發(fā)量能達(dá)到750 kg/h。

2）用電量對比如表2所示，改造后一年可節(jié)省2萬多元電費(fèi)。

3）車間噪聲方面：取消了原來安裝在車間內(nèi)的真空泵，沒有噪聲源，車間內(nèi)的噪聲恢復(fù)正常水平，改善了員工的工作環(huán)境。

4）酒精回收方面：由于采用了噴霧傳質(zhì)式冷凍冷凝器作為醇濃縮的抽真空系統(tǒng)，酒精蒸汽的冷凝效果得到改善，酒精的回收率由原來的50%提高到91%～95%，回收酒精濃度為70%～83%，達(dá)到預(yù)期效果。

以制劑中心的主要品種陳渭良傷科油為例進(jìn)行分析：2020年和2021年分別生產(chǎn)該品種12批和15批，每批需要用60%酒精1 600 kg浸泡，該品種2020年和2021年分別使用60%酒精19 200 kg和24 000 kg，浸泡后的藥水經(jīng)過濃縮進(jìn)行酒精回收，一年大約節(jié)省60%酒精8 000 kg和9 960 kg。

制劑中心還有多個品種采用醇提或者醇沉工藝，都要先進(jìn)行酒精回收。通過對制劑中心2019—2023年這幾年的年度生產(chǎn)總值和實(shí)際使用95%酒精的對比，以2019年的年度生產(chǎn)總值和實(shí)際使用95%酒精為基數(shù)，估算2020—2023年節(jié)約95%酒精的情況，如表3所示。

5? ? 結(jié)論

綜上所述，采用了噴霧傳質(zhì)式（冷凍）冷凝器后每年都可節(jié)約不少95%酒精，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。

另外，通過提高酒精回收率，含酒精廢水的排放減少，從2020年開始，自噴霧傳質(zhì)式冷凍冷凝器投入使用以后，污水處理系統(tǒng)中細(xì)菌被殺死的事件發(fā)生次數(shù)明顯減少，保證了污水處理出水的水質(zhì)。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 楊許作.一種噴霧傳質(zhì)式冷凝器：CN102865753A[P].2013-01-09.

收稿日期：2024-01-31

作者簡介：刁志標(biāo)（1966—），男，廣東興寧人，工程師，研究方向：制藥設(shè)備工程。