浅析MVR降膜蒸发浓缩系统的特点及其在中药生产中的应用

马煜 魏港 李伟 王明

摘 要：MVR（Mechanical Vapor Recompression）技术的基本思想是用电作为动力产生蒸汽，取代用煤或油作为产生蒸汽的热源。起初MVR技术主要用于环保领域（工业污水处理），如今其以高效节能、经济可靠、结构紧凑等特点越来越受到人们的关注，被推广应用至众多领域。现对MVR降膜蒸发浓缩系统的工作原理与特点及其在中药生产中的应用进行分析。

关键词：蒸汽压缩机;降膜循环蒸发;真空系统;独立油泵

1    MVR系统三大关键技术

1.1    蒸汽压缩机

它是MVR系统的核心部件，通过对二次蒸汽进行压缩，提高系统内二次蒸汽的热焓，为系统连续提供蒸汽。根据原液的流量和沸点升高值等特性，可以选择罗茨蒸汽压缩机或离心蒸汽压缩机。本文所述MVR系统由于处理量大，选择离心蒸汽压缩机。

1.2    蒸发浓缩器

预热后的料液通过进料泵输送至蒸发器内与由蒸汽压缩机再压缩的二次蒸汽进行换热，使其迅速汽化蒸发。根据原液的特性（粘度、是否有浓缩和结垢等）选择蒸发器的形式，主要形式有降膜、升膜和强制循环蒸发器。

1.3    自动化控制系统

采用工控机和PLC构成MVR系统的实时监控中心。通过软件编程，实时采集各种传感器的信号，从而实现精确控制。同时该设备还具有自动报警、自动记录参数和提供报表的各种功能，该部分也是MVR系统设计的关键，MVR系统的稳定工作依赖于自控系统的精密控制。

2    MVR系统的工作原理与特点

2.1    MVR系统原理

MVR（机械式蒸汽再压缩技术）是指料液蒸发产生的二次蒸汽经压缩机压缩，温度、压力升高，热焓增大，然后进入蒸发器壳程给受热侧的料液加热，料液获得热量后沸腾汽化产生饱和气体（即二次蒸汽），二次蒸汽再经压缩机重复以上过程。

2.2    提取2号车间MVR系统的设计原理和特点

（1）清洁能源。MVR用的是工业电源，没有CO2和SO2的排放。（2）降膜循环蒸发技术。本系统采用了国内蒸发领域效率较高的蒸发技术——两级降膜循环蒸发器，它具有换热效率高、运行成本低、清洗方便、使用周期长、技术成熟等优点。（3）预热系统。系统将蒸发产生的二次蒸汽全部回收利用，运行成本仅为多效蒸发器运行成本的5%～40%。（4）自控精度高。采用工控机和PLC控制系统以及变频技术，实现实时高度自动化精密控制。（5）獨立真空系统。生产中的不凝气体经真空泵抽出系统外，同时通过真空泵的工作维持蒸发系统的真空度。真空泵补水罐用于补充真空泵用水及真空泵系统降温。（6）独立油泵。本设备采用独立的油泵，提供稳定的油压。（7）独立机封水系统。车间自主改造加装了机封水箱和循环泵，提供整个MVR系统所需的机封水，充分保证了系统的稳定运行。

3    MVR在中药生产中的应用

3.1    能耗统计及适用性分析

MVR系统与传统浓缩器能耗实测对比如表1所示。

由表1可见，MVR在中药生产中大大降低了生产成本，同时与传统浓缩器相比还减少了操作人力，现场单人即可操作，还可以远程控制。

本车间MVR生产物料产品特性：有挥发油，具有一定的腐蚀性，浓缩相对密度需求在1.05～1.08。单次浓缩前原液约40 t，相比大生产模式，这个处理量其实属于中等，对于MVR来说，单次产量越大，产生的效益也越明显。本车间物料提取完后直接进入浓缩设备，所以不要经过一级和二级预热，不需要消耗额外蒸汽，能耗对比更加低，主要参数如表2所示。

用于中药生产的工况对比污水处理工况要好一些，主要体现在药液的固体杂质比较少，腐蚀性物质较少，所需要的真空压力不大，设备浓缩后的水较为清澈，可以重复利用。基于这个现状，本车间MVR降膜蒸发浓缩系统在生产操作过程中的安全操作区间较大。

MVR降膜蒸发浓缩系统设备体积比较大，整套系统更加适用于连续大生产模式，对于小生产的投入产出比较小，适用性较低。提取2号车间使用的产品浓缩相对密度一般到1.08，对于一些浓缩相对密度要求比较高的产品，建议后面需要增加相应的二级浓缩设备，例如单效浓缩器。前期选型时要严格按照公司的规划进行，同时相匹配的水电气负荷也要满足要求，本车间使用的3台MVR降膜蒸发浓缩系统总负荷电为600 kW，光压缩机功率就达到132 kW，并且需要配有至少0.25 MPa的蒸汽、0.7 MPa的压缩空气、0.2 MPa的冷却水系统。

3.2    压缩机的使用注意事项及维护内容

蒸汽压缩机是整个MVR降膜蒸发浓缩系统的关键，在前期刚开始使用时，建议优先确认一下蒸汽管道内是否已完成清洁。本车间采购的蒸汽压缩机是豪顿华压缩机，需使用纯净的蒸汽作为密封介质，如果压缩机蒸汽密封内存在异物（比如金属碎屑），很容易造成压缩机的碳环损坏，从而导致压缩机机械密封处泄漏蒸汽/蒸汽冷凝水。一般机械密封为进口品牌，价格基本超过2万元，从维护成本角度出发，启用前一定要检查好蒸汽中是否存在异物。在正常开机时，一般会出现哮喘声，在频率不断提高的时候声音会越来越大，这属于正常现象。如果要改善这种现象，建议对提取液储罐进行保温处理，确保生产前的药液介质温度能够大于80 ℃。

蒸汽压缩机日常维护主要包含以下内容。

3.2.1    运行中维护

（1）严禁压缩机在没开启油泵、无密封蒸汽、过负荷或齿轮油量不足的情况下运行（否则会造成压缩机轴承损坏）;运行中严密监视压缩机进出口压力和压差（进出口压差在37～57 kPa），正常运行出口温度不准超过100 ℃，超过100 ℃系统报警，温度到120 ℃压缩机自动停机。

（2）运行中每小时对压缩机进行一次检查，检测压缩机振动和轴承箱、齿轮箱温度（振动值不大于5 μm，轴承箱温度不大于80 ℃，齿轮箱温度不大于65 ℃），实时监听压缩机运行声音，如出现异常声音（如金属撞击声、金属摩擦声等）应立即停机，紧急情况下，应按下急停按钮，紧急停机。

3.2.2    定期保养

（1）如长时间不开机（超过10天），则打开压缩机排水阀，每周盘转压缩机联轴器两圈，防止压缩机转子生锈卡死。（2）每月紧固一次压缩机、电机地脚螺丝和压缩机底座地脚螺丝。（3）压缩机润滑首次运行3个月更换一次，接下来每年更换一次润滑油（壳牌或美孚合成齿轮油最佳），润滑油牌号：46#汽轮机油，严禁使用其他牌号的润滑油。

3.3    其他设备的维护内容

除了蒸汽压缩机，日常需要注意维护的还有蒸发器、离心泵。

3.3.1    MVR蒸发器的维护

蒸发器系统的保养按照维护周期长短分为常规保养、一级保养、二级保养，下面主要介绍一下二级保养。设备的二级保养视不同的设备及运行情况进行，一般0.5年/次，以车间维修人员为主，操作人员及电气人员协助共同进行。

保养具体内容：（1）执行一级保养内容;（2）检查各传动系统，修复、更换磨损件;（3）检查各操作手柄，确保灵活可靠;（4）清洗电机，更换润滑脂，检查电机绝缘、接地等;（5）校核、整理电气线路，确保线路完备，符合安全、消防要求;（6）检查主机，确认附件齐全，各电气部件完备无缺损，确认电气箱内排线整洁;（7）对设备进行拆卸检查，调整、修复、更换必要的零件。

3.3.2    MVR离心泵的维护

（1）定期检查泵体与电机，根据使用频度给各润滑点加注相应的润滑油或润滑脂，更换各易损件（机械密封和轴承）;（2）如离心泵长期停用，需用清水清洗泵内流道以及相关连接管道;（3）严禁离心泵长时间空转。

3.4    MVR降膜蒸发浓缩系统的待优化项

在MVR明显的降本优势下，它也有一些明显的缺点需要不断优化：（1）维修维护成本较高，进口压缩机配件都比较昂贵，维修成本明显高于传统浓缩器。现场有多个配电柜，需要专业的电工定期维护检查，增加了维护成本。（2）生产时噪声较大，操作工必须佩戴耳罩，有一定的噪声伤害。（3）清洁难度较大，蒸发室、冷凝器、循环泵等难清洗，因其体积和面积较大，很难实现全面自清洁，有时需要人工进行冲洗。

4    結语

结合上述分析，从成本运营以及生产效率角度考虑，MVR应用在中药生产中有明显的优势，但结合生产清洁来分析，在MVR降膜系统中需要额外增加CIP清洁的设备，并且需要增加相应的喷头清洗才能满足药品生产清洁的要求。如果用户已经采购MVR降膜系统，可以参考带式干燥机的清洁方式进行技术改造;如果用户尚未采购，可以在原设计基础上提出清洁优化的要求。

收稿日期：2021-08-10

作者简介：马煜（1992—），男，江苏靖江人，助理工程师，研究方向：药品生产设备管理。