MVR板式蒸发结晶装置在发酵行业的应用

李健，宋金虎，韩睿超

（甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司，甘肃 兰州 730070）

MVR板式蒸发结晶装置在发酵行业的应用

李健，宋金虎，韩睿超

（甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司，甘肃 兰州 730070）

发酵产品生产过程中的蒸发、结晶单元一直以来是生产企业实现节能降耗的关键环节。通过分析MVR蒸发结晶装置工作原理和工艺设计要点，提出发酵行业MVR蒸发结晶装置的设计思路，为企业节能、治污指出一条新路子。

发酵产品；MVR；板式蒸发器；节能；成套装置

前言

发酵行业是轻工业中涉及范围最广泛的行业［1］，包括食品添加剂、医药、保健食品、生物制剂、调味品、酒精、化工产品等在内的多种行业，其产品主要为有机酸、有机酸盐、糖醇和功能蛋白等。发酵液浓缩、发酵产品提取、废水处理等过程需要用到蒸发或蒸发结晶装置，目前常用的蒸发工艺有单效蒸发、多效蒸发、单效TVR蒸发、多效TVR蒸发，还有蒸发-蒸发结晶组合工艺。从设备上看目前应用较广泛的是管式降膜蒸发器和间歇结晶罐。

MVR板式蒸发技术、MVR结晶技术、MVR板式蒸发结晶技术是近年来随着MVR技术在国内的推广和市场能源结构调整所派生的一项新技术，通过配套高效板式蒸发装置、结晶装置来实现节能降耗。

1 MVR板式蒸发结晶装置原理及工艺组合

MVR（Mechanical Vapor Recompression）是二次蒸汽机械再压缩的简称［2］，是根据热力学函数间的转变规律开发的一项节能技术，由蒸发器蒸发产生的低温饱和二次蒸汽在压缩机叶轮高速转动下升高压力，通过喷水调节变成高温下的饱和蒸汽后进入蒸发器作为加热热源，此过程循环进行，从而实现零新鲜蒸汽消耗的连续蒸发过程，达到节能的目的。

板式蒸发装置工作原理为通过间壁的换热，实现待蒸发物料温度上升至相应压力下的泡点以上，产生持续的沸腾，并在气液分离器内分离成高浓度液体和纯净的饱和水蒸气以达到浓缩的目的。板式蒸发器物料和蒸汽通道由相同的板片通过密封垫片或焊接的形式交替组合而成，组装形式有可拆式、半焊式和全焊式。可拆式板式蒸发器具有总传热效率高、综合造价低、节省贵重金属消耗、相对占地面积小、操作维护方便、蒸发面积方便调节等优点，在国外开发应用较早。上世纪80年代初期，兰州石油机械研究所在60年代自主研发的国内第一台板式换热技术的基础上研发了国内首台板式蒸发装置，并逐步实现蒸发器的多样化、系列化、大型化和专用化。但可拆式板式蒸发器也同样具有耐压和耐高温性能低等缺点，因此其主要应用在操作温度150℃、操作压力0.5MPa以下的工况。

结晶装置根据固液相平衡原理，通过降温或除溶剂实现固液分离，相应的分为冷却结晶和蒸发结晶。多数连续化工生产中的结晶为蒸发结晶过程，此过程通过蒸发器蒸发溶剂产生过饱和溶液［3］，在过饱和度的推动下产生晶核并经历一定时间后生长成符合工业要求的晶粒，经过固液分离和干燥生产晶体产品。目前工业生产上根据溶质的生长速率、成核速率的不同以及产品粒度的要求，主要设备有FC型结晶器、DTB型结晶器和OLSO型结晶器，其可生产产品粒度逐渐增大，同时设备尺寸和造价也随之增大。

根据以上MVR压缩机、板式蒸发器、结晶器的工作原理介绍，在溶液浓缩、结晶应用领域可以相应地派生出MVR板式蒸发结晶工艺，如图1所示，（a）图为单级、单体板式MVR蒸发结晶工艺，（b）图为单级、两体板式MVR蒸发结晶工艺，（c）图为双级、两体MVR板式蒸发结晶工艺，应用时可以根据溶液浓度、蒸发量、沸点升高等参数选取单级单体、单级两（多）体、双（多）级双（多）体等各种工艺组合形式。如果处理物料浓度较低，还可以先采用板式蒸发装置将产品预浓缩至饱和点附近（如图1（d）所示），然后选用合适型式的结晶器蒸发结晶工艺，整个过程共用一台（组）压缩机。

（a）单级、单体工艺

（b）单级、两体工艺

（c）两级、两体工艺

图1 NVR板式蒸发结晶示意图

2 MVR板式蒸发结晶装置节能效果和应用举例

MVR板式蒸发、结晶装置的突出特点是节能，工程经验表明系统蒸发量越大、物料沸点升高越低，相对节能效果越明显。以某制药企业发酵葡萄糖液浓缩为例，介绍MVR板式蒸发装置能耗情况，并与四效管式降膜蒸发器能耗情况进行比较。葡萄糖溶液黏度较大，沸点升高设计点可在1～4℃之间选择，设计工况为蒸发量20 t/h、进料温度35℃、初始浓度15%（重量百分比）、最终浓度45%（重量百分比）。MVR板式蒸发装置蒸发温度为65℃，采用单级两体MVR板式蒸发工艺。消耗：预热蒸汽耗量0.5 t/h、冷却水消耗70 t/h、压缩机功率为416 kW（总装机功率为426 kW）。四效管式降膜蒸发器蒸发温度为一效95℃、二效85℃、三效74℃、四效50℃。消耗：蒸发器蒸汽耗量4.5 t/h、预热器蒸汽耗量1.8 t/h、冷却水消耗410 t/h、动力消耗59 kW。按该地区平均物价，生蒸汽200元/吨，电价0.6元/度，循环水价格0.2元/吨计，年开工时间7 920 h。计算可知，MVR板式蒸发装置每蒸发一吨水需要18.5元，四效管式降膜蒸发装置蒸发一吨水需要68.8元，每吨水节约50.3元，每年节约798.2万元。

表1 葡萄糖浓缩过程NVR板式蒸发与四效管式蒸发消耗比较结果

以某企业废水处理副产元明粉为例，介绍MVR板式蒸发结晶装置的能耗情况，并与管式单效强制循环蒸发结晶装置进行能耗对比。此溶液含有无机盐，设计沸点升高值为8℃，具体工况为蒸发量13 t/h，结晶量6.3 t/h，采用单级三体板式蒸发结晶工艺。消耗：预热蒸汽耗量0.15 t/h、冷却水消耗40 t/h、压缩机功率为320 kW（总装机功率为580 kW）。此项目为改造项目，改造前采用单效强制循环蒸发结晶工艺。消耗：蒸发器蒸汽耗量13 t/ h、预热器蒸汽耗量1.5 t/h、冷却水消耗200 t/h、动力消耗230 kW。按该地区平均物价，生蒸汽220元/吨，电价0.5元/度，循环水价格0.2元/吨计，年开工时间7 920 h。计算可知，MVR板式蒸发结晶装置每蒸发一吨水需要25.5元，单效管式强制循环蒸发结晶装置蒸发一吨水需要235元，每蒸发一吨水节约209.5元，每年节约2 157.4万元。

The app lication of MVR p late evaporation and crystallization equipment in fermentation industry

LIJian，SONG Jinhu，HAN Ruichao
(Lanpec Technologies Limited，Lanzhou 730070，China)

The evaporation and crystallization unit are crucial to achieve energy saving and consumption reduction in fermentation industry.The design idea of MVR evaporation and crystallization equipment was put forward based on analysis of the working principle and key points in process design，which proposed a new way of energy saving and pollution control for the enterprises.

fermentation product；MVR；plate evaporator；energy saving；complete installation

TQ920.5

A

1674-2214（2015）04-0040-03

2015-05-28

李健（1984—），男，山东枣庄人，工程师，硕士，主要从事（MVR）蒸发结晶成套装置设计、蒸发结晶法处理化工高盐废水工艺研究和成套装置设计工作，E-mail：lkgxlj@163.com.