淺談制藥濃縮中MVR設備的選擇及起泡問題的解決方案

熊 靜 王熠璐 李軍軍 朱明輝 劉金萍

（1.江中藥業股份有限公司，江西 南昌 330096；2.江西濟民可信醫藥有限公司，江西 南昌 330096）

0 引言

MVR是蒸汽機械再壓縮（Mechanical Vapor Recompression）的英文縮寫，它是將從分離器中抽取出來的低溫蒸汽經過壓縮機壓縮后（溫度和壓力升高）作為蒸發器的熱源，用于加熱液體，蒸發器不需要再從其他地方補充熱源，從而減少了其對外界能源的需求[1]。對其原理進行理論分析，MVR濃縮一定比傳統的濃縮方式更加節能，但實際效果及其使用中遇到的問題（消泡）則需要進一步探討。

1 MVR與其他濃縮方式的比較

1.1 常見的濃縮方式

在制藥工業中，常見的濃縮方式有膜濃縮、單效濃縮、雙效濃縮、三效濃縮（多效濃縮）、刮板薄膜濃縮、TVR濃縮、MVR濃縮等。在這幾種濃縮方式中，膜濃縮比較特殊，其不需要加熱，沒有蒸汽損耗，主要的能耗僅為循環泵使液體在機組中運行的電能，相對于其他濃縮方式能耗極小，但其設備初始投資較大，耗材（濃縮膜）費用較高。又由于膜濃縮的濃縮比較小，在中藥濃縮實際應用中適用場景較少。

剩余幾種濃縮方式中，單效濃縮、刮板薄膜濃縮作為較為原始的濃縮方式，由于其對加熱蒸汽的利用僅有一次，不可避免地造成能源的浪費，能耗自然比較大。而TVR濃縮雖然利用噴射式熱泵來回收部分二次蒸汽，能耗較小，但其能耗相對于MVR僅需極少量鮮蒸汽，利用壓縮機壓縮二次蒸汽的方式仍然沒有優勢，并且采用板式換熱，使用后清潔比較困難。

1.2 雙效濃縮、三效濃縮（多效濃縮）、MVR濃縮的詳細比較

根據行業調查，很多企業綜合投資大小、能耗大小、清潔難易等因素，主要選用雙效濃縮、三效濃縮（多效濃縮）、MVR濃縮等方式。此三種濃縮方式的優缺點及性能對比如表1所示。

表1 三種濃縮方式的優缺點及性能對比

同樣以3 000 L/h的蒸發量為例，三種濃縮方式的投資及運行成本如表2所示。

表2 三種濃縮方式的投資及運行成本

年度運行成本計算方式如下：

（1）雙效濃縮：[19.2×0.76+1.56×240（天然氣單價）+83×2.5（冷凍水單價）]×4 000（全年運行時間）=2 385 968元；

（2）三效濃縮：[21×0.76+1.05×240（天然氣單價）+60×2.5（冷凍水單價）]×4 000（全年運行時間）=1 671 840元；

（3）MVR濃縮：[（80+16）×0.76+0.05×240（天然氣單價）+10×2.5（冷凍水單價）]×4 000（全年運行時間）=439 840元。

綜合以上分析，筆者認為在選擇制藥濃縮設備時MVR具有較大優勢，在條件允許的情況下可以考慮優先選擇。

2 以某實際生產數據為依據制定某項目可行性方案

2.1 某實際生產基本信息

（1）某兩個品種生產使用MVR設備工藝數據如表3所示。

表3 某兩個品種的工藝數據

（2）某車間使用1臺MVR處理藥材約1 000 t/a，根據工藝加10倍水，品種A蒸發水量約9 000 t/a，品種B蒸發水量約9 900 t/a。

2.2 分析過程

根據蒸發1 t水約需要0.6 t蒸汽，1 t蒸汽約260元，MVR節能系數60%，計算得：

品種A：9000×0.6×260×60%=842400元≈84.2萬元；

品種B：9900×0.6×260×60%=926640元≈92.7萬元。

MVR設備價格約270萬元（含其他配套），平均每年壓縮機維修費用按20萬元計算，則投資回報年限為：290/92.7≈3.13年（290/84.2≈3.44年）；

若以5年作為投資回報年限，則品種A：9 000/X2=5/3.44，X2≈6192t/a；品種B：9900/X1=5/3.13，X1≈6197t/a。即如年蒸發水量約≥6 200 t，則可在5年以內收回設備投資成本。

2.3 結論

如表4所示，根據以上分析，有5個品種可建議使用MVR設備。但部分品種在蒸發過程中易起泡，需攻克相應消泡方案。

表4 適用品種

3 MVR濃縮中的問題及解決方案

3.1 MVR濃縮中的問題

在MVR濃縮過程中，由于控制參數或物料性狀的原因，容易產生大量氣泡，當氣泡不斷增加、升高甚至進入壓縮機，就會造成設備停機，影響生產，并且會對設備造成損害。因此，在生產過程中如何有效消除泡沫，就成了當務之急。

3.2 MVR消泡方案

首先關于泡沫的產生，需要有合適的檢測方式，目前大多通過操作人員肉眼觀測，此外通過實驗、超聲波檢測有一定的效果。超聲波檢測一般安裝于罐體的三個高度，由低到高分別提供預警、消泡啟動、停機報警的操作信號。

3.2.1 工藝角度的解決方案

從工藝角度采用溫差控制、液位控制、濃縮方式組合、避免中途停機等幾種方式，可有效減少或消除起泡現象。

（1）溫差控制：根據我司使用經驗，當物料進入設備溫度較低時，冷熱液體的碰撞使得物料產生大量氣泡，當適當升高物料溫度時，起泡現象則有所好轉，因此根據經驗總結出設備內物料溫度與進料溫度之間的溫差越小，越不容易起泡。故針對起泡問題，建議對提取液儲罐做保溫處理，或對進料液體溫度進行預熱，縮小與設備內的液體溫差，從而減少起泡現象。

（2）液位控制：當液位過高或過低，物料進入設備時會沖擊在液面或設備上，都容易產生大量氣泡。因此，液位控制應在100～120 mm，并根據液位情況控制進料，避免罐體內的溫度波動太大。

（3）MVR+雙效濃縮的方式：我司嘗試在MVR中將物料濃度由1.01濃縮至1.07左右即轉用雙效濃縮，該做法避免了濃度升高導致物料更容易起泡。另外，根據經驗，濃度1.01到1.07的過程中，蒸發了大部分水分，MVR的效率最高，由1.07～1.12過程中MVR蒸發水的效率降低，而采用雙效濃縮速度更快。

（4）避免中途停機：如果物料濃縮過程中停機，再啟動時由于真空度、溫度的波動更容易產生大量氣泡而無法控制，因此應盡量避免中途停機。

3.2.2 設備角度的解決方案

除了在工藝角度進行控制，設備方面也可以優化，從而減少起泡現象。

（1）設備尺寸量身定制：在設備定制階段，根據不同物料的起泡程度，通過計算設計MVR分離器的高度、直徑，選擇合適的比例，從而達到消泡效果。

（2）進料位置及角度：進料位置應盡量靠近罐體底部，并且采用切向進料（螺旋形進料），避免物料進入罐體時沖擊產生氣泡。進料管道如圖1、圖2所示。

圖1 進料管道（未安裝狀態）

圖2 進料管道（安裝在設備上）

（3）進料預熱：在進料過程中對物料進行預熱，設備上采用2級預熱系統，第1級預熱采用板式換熱器，第2級預熱采用管式換熱器（2級預熱采用管式的原因是管式比板式單個流道的截面積大，同樣流量可以降低物料流動速度，減小物料對液面的沖擊，更不容易起泡）。

（4）噴淋球：在罐體頂部設置噴淋球，可根據工藝少量噴灑冷水或原料液，通過冷液擊破泡沫的方式進行消泡。

4 結語

在濃縮設備的選擇上，相對于其他濃縮方式，MVR具有比較強的優勢，但在實際應用中不可避免地存在一些問題。本文僅僅是拋磚引玉，希望能與同行共同探討優化濃縮方案，推動制藥設備的不斷進步。