張功臣

（上海奧星制藥技術(shù)裝備有限公司，上海201600）

1 MVR的原理

MVR是蒸汽機(jī)械再壓縮（Mechanical Vapor Recompression）的簡(jiǎn)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(duì)外界能源需求的一項(xiàng)節(jié)能技術(shù)。

MVR蒸發(fā)系統(tǒng)的主要運(yùn)行原理（圖1）：蒸發(fā)產(chǎn)生的低溫位二次蒸汽經(jīng)壓縮機(jī)壓縮，把電能轉(zhuǎn)換成熱能，蒸汽的溫度、壓力與熱焓提高，蒸汽重新進(jìn)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(shè)備啟動(dòng)外，整個(gè)蒸發(fā)過(guò)程中無(wú)需新的工業(yè)蒸汽。

2 MVR的技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

2.1 MVR的技術(shù)特點(diǎn)

作為一種新型節(jié)能技術(shù)，MVR具有如下技術(shù)特點(diǎn)：

2.1.1 低能耗、低運(yùn)行費(fèi)用

圖1 MVR的運(yùn)行原理

理論上，使用MVR蒸發(fā)器比傳統(tǒng)蒸發(fā)設(shè)備可節(jié)省80%以上的能源。實(shí)際上，蒸發(fā)1 000 kg水分所需的能量?jī)H為傳統(tǒng)蒸發(fā)器的1/6～1/5（注：當(dāng)物料不同時(shí)，能耗有所改變），其運(yùn)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(shè)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(wú)需單獨(dú)設(shè)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(shè)備啟動(dòng)階段需要少量工業(yè)蒸汽加熱外，正常運(yùn)行過(guò)程中只需要清潔型的電能，而無(wú)需工業(yè)蒸汽。

2.1.5 運(yùn)行平穩(wěn)、自動(dòng)化程度高

MVR系統(tǒng)通過(guò)DCS/PLC、工業(yè)計(jì)算機(jī)與組態(tài)軟件的形式來(lái)控制系統(tǒng)溫度、壓力與轉(zhuǎn)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(jí)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(shì)

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

2.2.1 運(yùn)行成本低

MVR蒸發(fā)設(shè)備的運(yùn)行成本優(yōu)勢(shì)非常顯著，在能源價(jià)格不斷上升的情況下，電能的價(jià)格較平穩(wěn)，采用MVR蒸發(fā)器對(duì)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)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(duì)比表。

表1 多效蒸發(fā)和MVR蒸發(fā)的能耗對(duì)比

2.2.2 不屬于壓力容器范疇

傳統(tǒng)的多效蒸發(fā)設(shè)備在使用時(shí)，操作人員必須持有壓力容器使用資格證，且需要按照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行申報(bào)、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(shè)備使用高溫、高壓蒸汽作為熱源，在使用過(guò)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(wú)需工業(yè)蒸汽，相應(yīng)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(yuǎn)低于多效蒸發(fā)設(shè)備。

3 MVR在中藥濃縮中的應(yīng)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(shè)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(jié)晶等技術(shù)，可以在大大降低整個(gè)生產(chǎn)能耗的同時(shí)，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(shí)，對(duì)中藥提取液有一些要求。首先，對(duì)中藥提取液的比重、黏度有一定要求。其次，對(duì)中藥提取液的批量的要求，只有MVR蒸發(fā)器每小時(shí)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(shí)間短、壓降小、傳熱系數(shù)大、蒸汽利用率高、不易結(jié)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(diǎn)。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(zhì)相關(guān)，這些物理性質(zhì)包括中藥提取液的相對(duì)比重、固含量和溫度。黏度大小直接影響MVR蒸發(fā)器的應(yīng)用，黏度大易造成降液管堵塞、結(jié)垢，布膜不均。中藥提取液的黏度會(huì)隨著相對(duì)比重的增加而增加，黏度也會(huì)隨著溫度增加而變化。

MVR蒸發(fā)器的應(yīng)用與提取液黏度有很大關(guān)系，對(duì)幾個(gè)常見中藥黏度進(jìn)行測(cè)定，測(cè)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(jié)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(guān)系

圖2 葛根提取液溫度與黏度關(guān)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(shí)濃縮到相對(duì)比重1.268左右，可以在70℃時(shí)濃縮到相對(duì)比重1.322左右。

表3 丹參提取液溫度與黏度關(guān)系

圖3 丹參提取液溫度與黏度關(guān)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(shí)濃縮到相對(duì)比重1.3以上。

表4 熟地黃提取液溫度與黏度關(guān)系

圖4 熟地黃提取液溫度與黏度關(guān)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(shí)才能濃縮到相對(duì)比重1.3以上。

雖然MVR蒸發(fā)器的適用性很強(qiáng)，但要想濃縮某個(gè)高的相對(duì)比重時(shí)，還要關(guān)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(dá)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(jī)結(jié)合起來(lái)。特別中藥復(fù)方更是一個(gè)非常復(fù)雜的化學(xué)成分系統(tǒng)，成分系統(tǒng)復(fù)雜，黏度受此影響大。黏度超過(guò)400mPa·s，MVR蒸發(fā)器應(yīng)用就受到限制，所以利用好中藥提取液的物理特性，對(duì)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(guān)系到提取液中有效成分的損失量及濃縮達(dá)到的相對(duì)比重。

4 MVR的應(yīng)用前景

早在20世紀(jì)60年代，德國(guó)和法國(guó)已成功將MVR技術(shù)用于化工、食品、造紙、醫(yī)藥、海水淡化及污水處理等領(lǐng)域。作為新一代的節(jié)能減排產(chǎn)品，MVR蒸發(fā)器在我國(guó)的發(fā)展相對(duì)較晚，但也有一些應(yīng)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(jī)（圖5）替代傳統(tǒng)的多效蒸餾水機(jī)進(jìn)行注射用水的制備，該設(shè)備采用的就是MVR技術(shù)。

圖5 熱壓式蒸餾水機(jī)

目前，我國(guó)能源逐漸緊缺，能源消耗成本越來(lái)越高，MVR蒸汽壓縮設(shè)備的優(yōu)勢(shì)已被業(yè)內(nèi)逐步認(rèn)可并推廣，隨著國(guó)家政策的引導(dǎo)與科技的發(fā)展，MVR技術(shù)在中藥濃縮領(lǐng)域?qū)?huì)得到更加廣泛的應(yīng)用，在提高中藥濃縮生產(chǎn)效率、降低企業(yè)能耗和保護(hù)環(huán)境等方面，具有非常重要的意義。

［1］龐衛(wèi)科，林文野，戴群特，等.機(jī)械蒸汽再壓縮熱泵技術(shù)研究進(jìn)展［J］.節(jié)能技術(shù)，2012（4）

［2］趙云松，胡海軍，張丹.機(jī)械蒸汽再壓縮（MVR）技術(shù)在制漿廢液蒸發(fā)中的應(yīng)用［J］.中國(guó)造紙，2013，32（2）

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［4］顧承真，閔兆北，洪厚勝.機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)系統(tǒng)的性能分析［J］.化工進(jìn)展，2014（1）