国产机械压缩式热泵(MVR)在药用盐生产中的运用

黄 成，董晓铭

(中盐工程技术研究院有限公司 成都分公司，四川 成都 643000)

药用氯化钠的生产流程主要为原料液净化、蒸发结晶、干燥、筛分、包装。其中蒸发结晶为主要耗能工序和产品生长工序。对药用盐成本和品质影响较大。由于蒸汽、电力和人工成本逐步升高，企业面临的节能减排压力也日趋加大，药用盐企业由于生产规模普遍较小，基本上都采用多效真空蒸发结晶工艺。蒸发结晶生产工艺经历了从单效发展为两效生产，再发展至四效真空蒸发生产，从间隙生产到连续化生产，从手动控制至DCS自动控制阶段。企业在不断探索节能减排的工艺，提高企业竞争力。

2 多效真空蒸发存在的问题

虽然多效真空蒸发生产已经从节能性上不断得到提高。但因其生产以消耗蒸汽为主导致生产成本较高，蒸汽供给多为燃煤或燃气锅炉，燃气锅炉蒸汽成本高，通常达到200元/t汽～300元/t汽。燃煤带来了环境污染问题，企业大都依赖外购蒸汽或采用天然气锅炉，生产受到较大制约，成本也得不到有效控制。

多效真空蒸发生产带来另一问题：结晶粒径分布不均，易结块，影响药用盐品质和储存周期。因各效结晶温度相差较大，虽在罐型和流程上不断优化，但未从根本上解决问题，另外多效真空蒸发流程较长，操作点位相对较多，故障点较多，人力成本相对较高。

3 机械压缩式热泵(MVR)技术现状

随着国内制盐行业引进多套机械压缩式热泵(MVR)蒸发结晶工艺，MVR制盐技术得到一定发展，盐硝联产和石膏晶种法制盐生产中得到了成功应用。大型蒸发浓缩结晶，主要还是引进欧美技术，关键设备压缩机也大多采用国外设备。在传统制盐行业蒸发结晶和氯碱行业淡盐水蒸发浓缩中，核心设备蒸汽压缩机大都采用国外进口。国产蒸汽压缩机制造技术也在快速发展，主要运用于废水行业及其他行业的中小型蒸发结晶。大型蒸汽压缩机偶有运用。

4 机械压缩式热泵(MVR)技术优点

机械压缩式热泵(MVR)生产技术，代替传统的四效蒸发工艺，由于采用单罐生产，工艺参数波动小，运行平稳，可以延长生产周期，单位产品蒸汽能耗大大降低，自动化程度提高，蒸发工序操作人员减少，工人劳动负荷大大降低。药用盐粒径均匀，产品粒径较大，质量好，销售价格高。采用电能为主，电力来源有保证。电能属清洁能源，无污染产生。

5 国产机械压缩式热泵(MVR)在药用盐行业中的运用

国内某知名药用盐企业原有药用盐产能约2万t/a。随着市场的发展现有的制盐车间，已经不能满足市场化需求。如设备老化、产能不足、产品质量不稳定、生产成本相对较高等，已经成为制约公司发展的瓶颈。因此对老旧的制盐车间进行改造。产量定为5万t/a。

由于国内药用氯化钠蒸发结晶生产中还未使用过机械压缩式热泵(MVR)技术，工艺方案在多效真空蒸发和MVR技术之间产生过较多争议，基于传统制盐行业引进国外MVR技术的成功运用。最终方案确定为MVR技术蒸发结晶生产药用氯化钠。对于MVR关键设备——蒸汽压缩机，如果采用进口设备，质量有保证，但生产周期长、费用高，技术参数匹配较容易，采用国产设备，质量略有差距，生产周期短、费用低，技术参数匹配较难。通过充分考察国内多家蒸汽压缩机厂家，最终确定采用国产蒸汽压缩机。

工艺参数设置上考虑到国产蒸汽压缩机的特点，进行了优化匹配，利于国产压缩机的平衡高效运行。工艺流程设置考虑国内实际情况进行适当简化，以简洁，实用为出发点。蒸发罐型选择上，结合国内经验和国外特点，采用正循环轴向进料育晶型蒸发罐。洗汽塔借鉴欧洲技术的一些特点，预热器借鉴美国技术并适当简化，保证预热器高效运行，尽量回收排出系统的余热，做到少补汽或不补汽。

6 工艺设备配置描述(如图1)

图1 热泵制盐工艺的组成部分Fig.1 Components of heat pump salt making process

热泵制盐工艺的组成部分：

蒸发装置(含蒸发室、盐脚及淘洗装置、母液排放装置)，加热室(列管换热器)，循环泵(轴流式)，循环管；除沫器或称捕沫器；洗汽装置(洗汽塔)；蒸汽压缩装置(单级离心式蒸汽压缩机，变频控制)；过热消除装置；预热装置；自动控制系统(DCS)；冷凝水装置；辅助系统。

7 设备方案

7.1 蒸发系统

蒸发系统核心是蒸发罐，包括加热室、蒸发室(汽液分离和结晶室)、循环管等。项目第一次采用全国产设备，为保证设计温差偏差可控，蒸发罐型的选择上仍以引进罐型为蓝本，以国内主流罐型来调整，保证蒸发罐的温差损失控制在较小范围内，使系统能够高效运行，并兼顾结晶，获得较理想产品。

7.2 二次蒸汽洗涤系统

二次蒸汽洗涤系统的核心设备是洗汽塔。二次蒸汽由于会夹带料液虽然经过捕沬，即使是很微量也会对压缩机叶轮造成巨大的冲击、腐蚀、结垢。另一方面控制非正常操作产生的跑料冲击。洗汽塔的应用是有必要的。比较欧洲和美国有关洗汽塔器型及结构，项目选用更为可靠合理的欧洲某公司的器型为参照进行设计。

7.3 蒸汽压缩系统

蒸汽压缩系统的核心设备是蒸汽压缩机。压缩机的选择根据热泵制盐参数的选择需结合物料特性，主要考虑蒸发量、热平衡、压缩比、有效温差等。一般压缩机有效温差约8 ℃～24 ℃。压缩比在1.3～2.5左右。各运行参数的最终确定需要满足工艺要求条件下根据热平衡试算后确定。

根据物料特性，设备性能等参数，选用国产离心式蒸汽压缩机。其效率高，运行稳定，温差、压缩比满足工艺要求。图2、图3为某国产压缩机相关性能供选型参考。

图2 国内某离心蒸汽压缩机系列图谱Fig.2 Series Atals of a domestic centrifugal steam compressor

图3 国内某压缩机温升需求特性Fig.3 Temperature rise demand characteristics of a domestic compressor

8 国产机械压缩式热泵运行情况

该项目在药用盐(氯化钠)生产企业中首次采用机械压缩式热泵蒸发结晶工艺，主要设备首次全部国产化。竣工总结中基本结论为一次试车，一次成功，一次达到产能。从2018年投产以来，经历一年多时间，运行比较正常，产盐量达8 t/h以上，完全达到设计水平。试车按照设计值运行，蒸发压缩机电耗：105 kW·h/t盐，35 kW·h/t水左右。相对原四效工艺，根据业主测算，节约成本约200元/t。

正式投产后，生产中蒸发运行参数较设计参数偏高，压缩机运行压缩比较设计值略低，有利于压缩机的运行和产量提高，但不利于蒸发系统长期安全运行。

9 结论

根据企业自身发展需求，药用盐生产企业工艺升级，节能降耗，清洁化生产的需要较为紧迫。从已经实践运行的装置来看，采用全国产化的机械压缩式热泵MVR用于药用氯化钠的生产是完全可行的。国产离心式蒸汽压缩机技术发展较快，性能基本达到要求，能较好的满足生产需要。同时也存在一定的不足，主要体现在噪声偏大，使用寿命有待确定。