淺析MVR降膜蒸發濃縮系統的特點及其在中藥生產中的應用

馬煜 魏港 李偉 王明

摘 要：MVR（Mechanical Vapor Recompression）技術的基本思想是用電作為動力產生蒸汽，取代用煤或油作為產生蒸汽的熱源。起初MVR技術主要用于環保領域（工業污水處理），如今其以高效節能、經濟可靠、結構緊湊等特點越來越受到人們的關注，被推廣應用至眾多領域。現對MVR降膜蒸發濃縮系統的工作原理與特點及其在中藥生產中的應用進行分析。

關鍵詞：蒸汽壓縮機;降膜循環蒸發;真空系統;獨立油泵

1? ? MVR系統三大關鍵技術

1.1? ? 蒸汽壓縮機

它是MVR系統的核心部件，通過對二次蒸汽進行壓縮，提高系統內二次蒸汽的熱焓，為系統連續提供蒸汽。根據原液的流量和沸點升高值等特性，可以選擇羅茨蒸汽壓縮機或離心蒸汽壓縮機。本文所述MVR系統由于處理量大，選擇離心蒸汽壓縮機。

1.2? ? 蒸發濃縮器

預熱后的料液通過進料泵輸送至蒸發器內與由蒸汽壓縮機再壓縮的二次蒸汽進行換熱，使其迅速汽化蒸發。根據原液的特性（粘度、是否有濃縮和結垢等）選擇蒸發器的形式，主要形式有降膜、升膜和強制循環蒸發器。

1.3? ? 自動化控制系統

采用工控機和PLC構成MVR系統的實時監控中心。通過軟件編程，實時采集各種傳感器的信號，從而實現精確控制。同時該設備還具有自動報警、自動記錄參數和提供報表的各種功能，該部分也是MVR系統設計的關鍵，MVR系統的穩定工作依賴于自控系統的精密控制。

2? ? MVR系統的工作原理與特點

2.1? ? MVR系統原理

MVR（機械式蒸汽再壓縮技術）是指料液蒸發產生的二次蒸汽經壓縮機壓縮，溫度、壓力升高，熱焓增大，然后進入蒸發器殼程給受熱側的料液加熱，料液獲得熱量后沸騰汽化產生飽和氣體（即二次蒸汽），二次蒸汽再經壓縮機重復以上過程。

2.2? ? 提取2號車間MVR系統的設計原理和特點

（1）清潔能源。MVR用的是工業電源，沒有CO2和SO2的排放。（2）降膜循環蒸發技術。本系統采用了國內蒸發領域效率較高的蒸發技術——兩級降膜循環蒸發器，它具有換熱效率高、運行成本低、清洗方便、使用周期長、技術成熟等優點。（3）預熱系統。系統將蒸發產生的二次蒸汽全部回收利用，運行成本僅為多效蒸發器運行成本的5%～40%。（4）自控精度高。采用工控機和PLC控制系統以及變頻技術，實現實時高度自動化精密控制。（5）獨立真空系統。生產中的不凝氣體經真空泵抽出系統外，同時通過真空泵的工作維持蒸發系統的真空度。真空泵補水罐用于補充真空泵用水及真空泵系統降溫。（6）獨立油泵。本設備采用獨立的油泵，提供穩定的油壓。（7）獨立機封水系統。車間自主改造加裝了機封水箱和循環泵，提供整個MVR系統所需的機封水，充分保證了系統的穩定運行。

3? ? MVR在中藥生產中的應用

3.1? ? 能耗統計及適用性分析

MVR系統與傳統濃縮器能耗實測對比如表1所示。

由表1可見，MVR在中藥生產中大大降低了生產成本，同時與傳統濃縮器相比還減少了操作人力，現場單人即可操作，還可以遠程控制。

本車間MVR生產物料產品特性：有揮發油，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，相比大生產模式，這個處理量其實屬于中等，對于MVR來說，單次產量越大，產生的效益也越明顯。本車間物料提取完后直接進入濃縮設備，所以不要經過一級和二級預熱，不需要消耗額外蒸汽，能耗對比更加低，主要參數如表2所示。

用于中藥生產的工況對比污水處理工況要好一些，主要體現在藥液的固體雜質比較少，腐蝕性物質較少，所需要的真空壓力不大，設備濃縮后的水較為清澈，可以重復利用。基于這個現狀，本車間MVR降膜蒸發濃縮系統在生產操作過程中的安全操作區間較大。

MVR降膜蒸發濃縮系統設備體積比較大，整套系統更加適用于連續大生產模式，對于小生產的投入產出比較小，適用性較低。提取2號車間使用的產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品，建議后面需要增加相應的二級濃縮設備，例如單效濃縮器。前期選型時要嚴格按照公司的規劃進行，同時相匹配的水電氣負荷也要滿足要求，本車間使用的3臺MVR降膜蒸發濃縮系統總負荷電為600 kW，光壓縮機功率就達到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。

3.2? ? 壓縮機的使用注意事項及維護內容

蒸汽壓縮機是整個MVR降膜蒸發濃縮系統的關鍵，在前期剛開始使用時，建議優先確認一下蒸汽管道內是否已完成清潔。本車間采購的蒸汽壓縮機是豪頓華壓縮機，需使用純凈的蒸汽作為密封介質，如果壓縮機蒸汽密封內存在異物（比如金屬碎屑），很容易造成壓縮機的碳環損壞，從而導致壓縮機機械密封處泄漏蒸汽/蒸汽冷凝水。一般機械密封為進口品牌，價格基本超過2萬元，從維護成本角度出發，啟用前一定要檢查好蒸汽中是否存在異物。在正常開機時，一般會出現哮喘聲，在頻率不斷提高的時候聲音會越來越大，這屬于正常現象。如果要改善這種現象，建議對提取液儲罐進行保溫處理，確保生產前的藥液介質溫度能夠大于80 ℃。

蒸汽壓縮機日常維護主要包含以下內容。

3.2.1? ? 運行中維護

（1）嚴禁壓縮機在沒開啟油泵、無密封蒸汽、過負荷或齒輪油量不足的情況下運行（否則會造成壓縮機軸承損壞）;運行中嚴密監視壓縮機進出口壓力和壓差（進出口壓差在37～57 kPa），正常運行出口溫度不準超過100 ℃，超過100 ℃系統報警，溫度到120 ℃壓縮機自動停機。

（2）運行中每小時對壓縮機進行一次檢查，檢測壓縮機振動和軸承箱、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 ℃），實時監聽壓縮機運行聲音，如出現異常聲音（如金屬撞擊聲、金屬摩擦聲等）應立即停機，緊急情況下，應按下急停按鈕，緊急停機。

3.2.2? ? 定期保養

（1）如長時間不開機（超過10天），則打開壓縮機排水閥，每周盤轉壓縮機聯軸器兩圈，防止壓縮機轉子生銹卡死。（2）每月緊固一次壓縮機、電機地腳螺絲和壓縮機底座地腳螺絲。（3）壓縮機潤滑首次運行3個月更換一次，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#汽輪機油，嚴禁使用其他牌號的潤滑油。

3.3? ? 其他設備的維護內容

除了蒸汽壓縮機，日常需要注意維護的還有蒸發器、離心泵。

3.3.1? ? MVR蒸發器的維護

蒸發器系統的保養按照維護周期長短分為常規保養、一級保養、二級保養，下面主要介紹一下二級保養。設備的二級保養視不同的設備及運行情況進行，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助共同進行。

保養具體內容：（1）執行一級保養內容;（2）檢查各傳動系統，修復、更換磨損件;（3）檢查各操作手柄，確保靈活可靠;（4）清洗電機，更換潤滑脂，檢查電機絕緣、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，確認附件齊全，各電氣部件完備無缺損，確認電氣箱內排線整潔;（7）對設備進行拆卸檢查，調整、修復、更換必要的零件。

3.3.2? ? MVR離心泵的維護

（1）定期檢查泵體與電機，根據使用頻度給各潤滑點加注相應的潤滑油或潤滑脂，更換各易損件（機械密封和軸承）;（2）如離心泵長期停用，需用清水清洗泵內流道以及相關連接管道;（3）嚴禁離心泵長時間空轉。

3.4? ? MVR降膜蒸發濃縮系統的待優化項

在MVR明顯的降本優勢下，它也有一些明顯的缺點需要不斷優化：（1）維修維護成本較高，進口壓縮機配件都比較昂貴，維修成本明顯高于傳統濃縮器。現場有多個配電柜，需要專業的電工定期維護檢查，增加了維護成本。（2）生產時噪聲較大，操作工必須佩戴耳罩，有一定的噪聲傷害。（3）清潔難度較大，蒸發室、冷凝器、循環泵等難清洗，因其體積和面積較大，很難實現全面自清潔，有時需要人工進行沖洗。

4? ? 結語

結合上述分析，從成本運營以及生產效率角度考慮，MVR應用在中藥生產中有明顯的優勢，但結合生產清潔來分析，在MVR降膜系統中需要額外增加CIP清潔的設備，并且需要增加相應的噴頭清洗才能滿足藥品生產清潔的要求。如果用戶已經采購MVR降膜系統，可以參考帶式干燥機的清潔方式進行技術改造;如果用戶尚未采購，可以在原設計基礎上提出清潔優化的要求。

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：藥品生產設備管理。