MVR低温降膜蒸发技术在中药蒸发中的应用

摘要：中药蒸发浓缩目前主要采用双效浓缩器、三效浓缩器等升膜浓缩的方式，为提高能源利用率，降低生产成本，目前一种新型浓缩方式（MVR）技术在中药蒸发中得到应用。MVR蒸汽浓缩法是利用涡轮发动机的增压原理、经特殊流体设计而组成的蒸汽机械增压式蒸馏浓缩系统，可以使蒸发过程中的蒸发蒸汽热量得到回收利用，大大降低浓缩过程的生产成本。本文阐述了MVR低温降膜蒸发技术在中药蒸发浓缩上的应用，主要介绍了设备的工作原理、结构及特点，并简要陈述了MVR技术在能源使用上具有的优势，和传统蒸发浓缩技术的比较，对MVR技术在中药行业的应用提出展望。

关键词：MVR 蒸发 增压

1.中药蒸发浓缩技术的现状

近二十年来，我国中药生产企业提取液的浓缩主要采用双效、三效蒸发器，这两种蒸发器为我国中药产业改革原始的提取液蒸发浓缩方式，步入现代化工业生产的轨道，做出了很大贡献，在中药浓缩中得到广泛的应用和发展。然而，这二种蒸发器应用到中药生产，普遍存在由于蒸发过程中大量热量的排出，造成能源消耗较大，热量利用率不高。而随着技术的进步发展，近十年来逐渐发明了采用带热泵的双效蒸发器，实现了低温加热，低温蒸发，采用凝结水串级自蒸发结构，不仅可以回收凝结水的热量，而且各效间由于液封的存在，杜绝了各效间漏气，与传统双效蒸发器比：节约蒸汽36%以上，节水30%以上。而后随着蒸发浓缩技术的发展，逐渐产生了超滤和反渗透膜浓缩，大大降低了能源消耗，但由于超滤膜、反渗透膜等膜由于受中药的腐蚀、中药杂质较多等影响，造成膜寿命的降低，从而使浓缩成本上升，另外，由于对膜的影响，也是适用的范围有所局限。

2.MVR低温降膜蒸发技术的介绍

MVR（mechanicalVaporREcomression）蒸汽浓缩法是指利用涡轮发动机的增压原理、经特殊流体设计而组成的蒸汽机械增压式蒸馏浓缩系统的简称。这种工艺系统，将使密闭容器内经加热生成的二次水蒸汽，在通过蒸汽压缩机时被再压缩增压至107摄氏度的高压气体。这种增压蒸汽即可作为再生热源而循环应用于原水的继续连续蒸发，又在循环传热的过程中使增压蒸汽本身也得以迅速冷却或冷凝，直至成为洁净纯水，同时可以在这种结净冷凝水排放的过程中利用其残热对流入的原水实施热交换。

2.1.MVR低温降膜蒸发设备的组成：

2.1.1.预热器：很多情况待蒸发的原药液在进入蒸发换热器之前的温度较低，为了充分利用系统内的热能，经常采用列管式或板式换热器对原药液进行预加热，使其温度升高。

2.1.2.蒸汽压缩机：它是MVR系统的核心和关键部件，它通过对二次蒸汽进行压缩，提高系统内二次蒸汽的热焓，为系统连续提供热量。根据原药液的流量和沸点升高值等特性，可以选择罗茨或离心压缩机进行蒸汽的压缩，但由于中药具有成分的不确定性和较强的腐蚀性，因此压缩机的材质应采用耐腐蚀、不脱落、不对中药产生污染的材料，一般选用优质的不锈钢材质。

2.1.3.汽液分离器：它是蒸汽和浓缩液体进行分离的装置。对于有结晶的原液，可以将分离器和结晶器设计成一体，再加装强制循环泵，完成汽液分离，浓缩和结晶的功能。

2.1.4.蒸汽换热器：预热后的原药液通过进料泵将其载入蒸汽换热器与由蒸汽压缩机产生的蒸汽进行换热，使其迅速汽化蒸发。根据原液的特性（粘度，是否有结晶和结垢等）选择换热器的形式和面积。

2.1.5.控制中心：采用工控机和PLC构成MVR系列的实时监控中心。通过软件编程，实时采集各种传感器的状态信号，从而自动控制马达的转速、阀门关闭和调节、液体的流速和流量、温度和压力的控制和调节等，使系统工作达到动态平衡的状态。同时该设备还具有自动报警、自动记录参数和提供报表的各种功能。

2.2.MVR低温降膜蒸发设备的节能原理：

MVR低温降膜蒸发设备同原来的双效、三效不同的是，原来的三效、双效采用的二次蒸汽直接加热药液使其在降压状态下蒸发，二次蒸汽热晗较低，热量较低，致使蒸发量较少。而MVR低温降膜蒸发设备主要采用电能转换为机械能时二次蒸汽压缩产生热能，热能被循环利用，热能在系统内几乎无损失，将蒸馏水和浓缩液的输出热能与原液进行交换，使其热能得到高效利用。MVR节能蒸发器，其原理是利用高能效蒸汽压缩机压缩蒸发产生的二次蒸汽，把电能转换成热能，提高二次蒸汽的焓值，被提高热能的二次蒸汽打入蒸发室进行加热，以达到循环利用二次蒸汽已有的热能，从而可以不需要外部新鲜蒸汽，依靠蒸发器自循环来实现蒸发浓缩的目的。通过PLC、单片机、组态等形式来控制系统温度、压力马达转速，保持系统蒸发平衡。

2.3.MVR低温降膜蒸发设备的特点：

2.3.1.MVR低温降膜蒸发设备在浓缩过程中，由于采用物料输送泵进行料液的输送，提高了料液在管内的流速，使料液在物料管道内的停留时间只有数秒钟乃至数十秒钟。这样短的时间内， 而且管内存液量小， 故特别适用于热敏性料液的浓缩， 例如牛奶、橘子汁、医药的青霉素和链霉素、以及农药的春雷霉素和赤霉素等等， 可避免或减少物料的热分解。

2.3.2.MVR低温降膜蒸发设备结构简单主要有蒸发器、加热器和压缩机， 维修方便，可在减压、常压和加压下操作运行。

2.3.3.由于受料液流动方式的影响，该设备针对料液的浓缩比不能太高，如浓缩比过高， 则因料液少， 管壁湿润差， 会造成固体溶质粘附在壁上的“ 干管”现象， 不仅增加热阻， 而且容易堵塞加热管，造成药液的损坏。

2.3.4.只适用于蒸发中等粘度的料液，不适于有晶体析出的物料，不适于易结垢物料。

3.MVR低温降膜蒸发技术的应用及效果分析

随着人类社会的发展，随着科学技术的进步发展，人类对环境的影响越来越严重，温室效应，能源对科学技术的发展越来越重要和不可缺少。为进步节约能源，减少排放，我公司于2011年引进了MVR蒸汽浓缩设备，首先应用到了中药提取液的浓缩过程中，得到了较好的应用收到了良好的效果。

3.1.MVR低温降膜蒸发技术与常规蒸发器比较

3.1.1.MVR低温降膜蒸发技术每蒸发一吨水消耗20-70度电（视液体成分而定），而常规蒸发器消耗1.25-0.3吨鲜蒸汽，两者消耗都随溶液沸点、减水沸点的差值而增加，对同一种溶液，MVR低温降膜蒸发技术能源消耗量和生产成本显著低于常规蒸发器，是一种高新节能蒸发技术。

3.1.2.MVR低温降膜蒸发技术不需要循环冷却水，没有冷却水消耗。不需要建设高污染的燃煤小锅炉或高成本的燃油锅炉。蒸发器比常规蒸发器更节水、更节能环保。

3.1.3.MVR低温降膜蒸发技术应用范围广，所有常规蒸发器应用的领域都适用于该蒸发器，机械式蒸汽再压缩蒸发器蒸发温差小，更适用于热敏性溶液。溶液在蒸发器内流程短、停留时间短，因而溶质不宜变质。

3.1.4.MVR低温降膜蒸发技术采用全自动电脑控制，并且可以在低负荷下稳定运行。

3.1.5.MVR低温降膜蒸发技术属于国家科委颁布的高新技术范围，按高新技术认定分类该高新技术属于高效节能技术和环境保护技术，符合国家节能减排和环保高新技术推广范围。

3.2.MVR低温降膜蒸发设备具有以下特点

3.2.1.节能：该设备采用电能转换为热能，充分利用了二次蒸汽的热能，降低了能源消耗，同时产生的凝结水在充分和原药液进行热交换（预热），使其热能得到高效充分的利用，没有废热蒸汽排放，节能效果十分显著，相当于10效蒸发器的效果，另外产生的凝结水可再次利用，提高了能源的利用率。

3.2.2.设备环保：该设备在使用过程中可以不需要生蒸汽、不要锅炉、不需要烧煤、不需要冷却水，只要有电，就可以用机械压缩式蒸发器。从而降少了CO2，SO2的排放，减少了粉尘和固体废渣的排放，减少污染，改善我们的居住环境。

3.2.3.低运行成本：由于节能效果显著，使整个蒸发器的运行成本也大大降低，运行成本是传统蒸发器的三分之一到二分之一。

3.2.4.自动化程度高：MVR蒸发器配置设计的自动控制系统，技术先进，质量可靠。整个蒸发器实现在从原液加注、预热、蒸发、清洗、保养等步骤的自动化控制。避免了人为失误，降低了人力成本，提高了产品质量。

3.2.5.占地面积小：MVR蒸发器由于采用了压缩机来循环使用二次蒸汽，提高了能效，因此比传统蒸发器紧凑。

针对MVR技术的特点，热敏性强、浓缩比不高的液体均可以采用该技术。该技术最大的特点就是节约能源，经实际应用和对比，该技术相比以往的三效蒸发技术可节能达到57%，吨产品综合耗能成本为73.5元。

4.MVR低温降膜蒸发技术的推广和应用前景展望

由于MVR低温降膜蒸发设备具有较高的节能效果，使其受到各个企业的青睐，但目前由于蒸汽压缩技术国内技术还不够成熟，致使目前该设备的投资成本较高，一次性投资较大，因此目前只有经济实力较强的大公司才有能力得到应用。因此若使该技术能够得到更加广泛的应用，必须首先提高国产蒸汽压缩技术，降低一次投资成本。

另外，MVR低温降膜蒸发设备在实际的使用中，会降低中药浓缩成本50%以上，对于具有中等生产能力的中药生产企业，估计有一年的时间即可收回投资。

对于目前中国生产现状，与世界先进国家相比我们的技术水平还不好，设备技术处于高耗能阶段，面对中国目前能源状况，能源逐渐紧缺，能源消耗成本越来越高，MVR蒸汽压缩设备随着技术的进步完善和蒸汽压缩技术的国产化，我认为在未来的几年将迎来飞速发展，在中药浓缩领域将会得到更加广泛的应用和技术提高。

参考文献：

[1]庞卫科.林文野.戴群特.杨鲁伟.张振涛 机械蒸汽再压缩热泵技术研究进展[期刊论文] -节能技术2012（4）

[2]戴群特.杨鲁伟.张振涛.庞卫科 蒸汽再压缩热泵系统用于固体干燥节能分析 [期刊论文] -节能技术2011（4）

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