MVR蒸发器的节能特点及其在中药浓缩中的应用

张功臣

（上海奥星制药技术装备有限公司，上海201600）

1 MVR的原理

MVR是蒸汽机械再压缩（Mechanical Vapor Recompression）的简称，它是重新利用蒸发系统自身产生的二次蒸汽的能量，从而减少对外界能源需求的一项节能技术。

MVR蒸发系统的主要运行原理（图1）：蒸发产生的低温位二次蒸汽经压缩机压缩，把电能转换成热能，蒸汽的温度、压力与热焓提高，蒸汽重新进入蒸发器的加热室，作为热源将料液维持在沸腾状态，蒸汽本身则冷凝成水。该原理使原本要废弃的蒸汽得到了充分的利用，回收的汽化潜热提高了热效率。因此，除设备启动外，整个蒸发过程中无需新的工业蒸汽。

2 MVR的技术特点与优势

2.1 MVR的技术特点

作为一种新型节能技术，MVR具有如下技术特点：

2.1.1 低能耗、低运行费用

图1 MVR的运行原理

理论上，使用MVR蒸发器比传统蒸发设备可节省80%以上的能源。实际上，蒸发1 000 kg水分所需的能量仅为传统蒸发器的1/6～1/5（注：当物料不同时，能耗有所改变），其运行成本也显著降低，一般只有传统蒸发器的35%～50%。

2.1.2 设备紧凑，占地面积小

与多效蒸发相比，MVR蒸发器可以减少50%以上的占地面积。

2.1.3 配套公用工程少

MVR的加热室就是蒸汽冷凝器，无需单独设置蒸汽冷凝器以及庞大的循环冷却水系统，可以节省90%以上的冷却水。

2.1.4 主要使用电能

除设备启动阶段需要少量工业蒸汽加热外，正常运行过程中只需要清洁型的电能，而无需工业蒸汽。

2.1.5 运行平稳、自动化程度高

MVR系统通过DCS/PLC、工业计算机与组态软件的形式来控制系统温度、压力与转速等，保持系统蒸发平衡。

2.1.6 适用于热敏性物料的浓缩

采用单级真空蒸发，蒸发温度低（45～85℃），特别适用于热敏性物料蒸发的浓缩。

2.2 MVR的优势

与传统的多效蒸发器相比，MVR技术具备如下优势：

2.2.1 运行成本低

MVR蒸发设备的运行成本优势非常显著，在能源价格不断上升的情况下，电能的价格较平稳，采用MVR蒸发器对企业的竞争力将有极大的提升，表1是正常工作情况下，多效蒸发和MVR蒸发的能耗对比表。

表1 多效蒸发和MVR蒸发的能耗对比

2.2.2 不属于压力容器范畴

传统的多效蒸发设备在使用时，操作人员必须持有压力容器使用资格证，且需要按照国家相关标准进行申报、审批、安检等程序，而MVR蒸发器只利用电能，不需纳入安监部门的监管。

2.2.3 安全性能高

传统多效蒸发设备使用高温、高压蒸汽作为热源，在使用过程中存在爆炸、烫伤等安全隐患，而MVR蒸发器在正常工作后无需工业蒸汽，相应的安全隐患大大降低。

2.2.4 占地面积小

在同样的蒸发处理量下，MVR所需的占地面积远低于多效蒸发设备。

3 MVR在中药浓缩中的应用

在中药制剂的生产中，浓缩工艺是一道必不可少的环节，MVR设备可以部分替代传统的单效、双效或三效浓缩器，利用MVR的蒸发、浓缩、结晶等技术，可以在大大降低整个生产能耗的同时，还能大幅提高热效率，节省成本。

利用MVR蒸发器浓缩中药提取液时，对中药提取液有一些要求。首先，对中药提取液的比重、黏度有一定要求。其次，对中药提取液的批量的要求，只有MVR蒸发器每小时处理量是提取液总量的6倍以上，才能选择MVR蒸发器。

中药浓缩选择MVR蒸发器，以降膜蒸发器为主，降膜蒸发器具有料液停留时间短、压降小、传热系数大、蒸汽利用率高、不易结垢、便于清洗以及料液处理范围广（中药提取液黏度为50～400mPa·s）等优点。除了上面提到的黏度，MVR蒸发器适用性还与中药提取液的其他物理性质相关，这些物理性质包括中药提取液的相对比重、固含量和温度。黏度大小直接影响MVR蒸发器的应用，黏度大易造成降液管堵塞、结垢，布膜不均。中药提取液的黏度会随着相对比重的增加而增加，黏度也会随着温度增加而变化。

MVR蒸发器的应用与提取液黏度有很大关系，对几个常见中药黏度进行测定，测定了不同温度下葛根、丹参及熟地黄提取液的黏度，数据结果分别如表2～表4所示，温度与黏度分别如图2～图4所示。

表2 葛根提取液温度与黏度关系

图2 葛根提取液温度与黏度关系

从表2和图2可以看出，采用MVR蒸发器浓缩葛根提取液，可以在50～60℃时浓缩到相对比重1.268左右，可以在70℃时浓缩到相对比重1.322左右。

表3 丹参提取液温度与黏度关系

图3 丹参提取液温度与黏度关系

从表3和图3可以看出，采用MVR蒸发器浓缩丹参提取液，可以在50～70℃时浓缩到相对比重1.3以上。

表4 熟地黄提取液温度与黏度关系

图4 熟地黄提取液温度与黏度关系

从表4和图4可以看出，采用MVR蒸发器浓缩熟地黄提取液，只有在70℃以上时才能浓缩到相对比重1.3以上。

虽然MVR蒸发器的适用性很强，但要想浓缩某个高的相对比重时，还要关注中药提取液的物理特性。上面仅从几味单味中药可以看出，要想达到理想效果，要把MVR蒸发器与中药提取液的物理特性有机结合起来。特别中药复方更是一个非常复杂的化学成分系统，成分系统复杂，黏度受此影响大。黏度超过400mPa·s，MVR蒸发器应用就受到限制，所以利用好中药提取液的物理特性，对选择合适温度下的MVR蒸发器浓缩很重要。另外选择合适温度采用MVR蒸发器浓缩，关系到提取液中有效成分的损失量及浓缩达到的相对比重。

4 MVR的应用前景

早在20世纪60年代，德国和法国已成功将MVR技术用于化工、食品、造纸、医药、海水淡化及污水处理等领域。作为新一代的节能减排产品，MVR蒸发器在我国的发展相对较晚，但也有一些应用，例如，在大容量注射剂生产车间，少数制药企业已采用热压式蒸馏水机（图5）替代传统的多效蒸馏水机进行注射用水的制备，该设备采用的就是MVR技术。

图5 热压式蒸馏水机

目前，我国能源逐渐紧缺，能源消耗成本越来越高，MVR蒸汽压缩设备的优势已被业内逐步认可并推广，随着国家政策的引导与科技的发展，MVR技术在中药浓缩领域将会得到更加广泛的应用，在提高中药浓缩生产效率、降低企业能耗和保护环境等方面，具有非常重要的意义。

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