淺析MVR降膜蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)的特點及其在中藥生產中的應用

1MVR系統(tǒng)三大關鍵技術

1.1蒸汽壓縮機

它是MVR系統(tǒng)的核心部件,通過對二次蒸汽進行壓縮,提高系統(tǒng)內二次蒸汽的熱燴,為系統(tǒng)連續(xù)提供蒸汽。根據(jù)原液的流量和沸點升高值等特性,可以選擇羅茨蒸汽壓縮機或離心蒸汽壓縮機。本文所述MVR系統(tǒng)由于處理量大,選擇離心蒸汽壓縮機。

1.2蒸發(fā)濃縮器

預熱后的料液通過進料泵輸送至蒸發(fā)器內與由蒸汽壓縮機再壓縮的二次蒸汽進行換熱,使其迅速汽化蒸發(fā)。根據(jù)原液的特性(粘度、是否有濃縮和結垢等）選擇蒸發(fā)器的形式,主要形式有降膜、升膜和強制循環(huán)蒸發(fā)器。

1.3自動化控制系統(tǒng)

采用工控機和PLC構成MVR系統(tǒng)的實時監(jiān)控中心。通過軟件編程,實時采集各種傳感器的信號,從而實現(xiàn)精確控制。同時該設備還具有自動報警、自動記錄參數(shù)和提供報表的各種功能,該部分也是MVR系統(tǒng)設計的關鍵,MVR系統(tǒng)的穩(wěn)定工作依賴于自控系統(tǒng)的精密控制。

2MVR系統(tǒng)的工作原理與特點

2.1MVR系統(tǒng)原理

MVR(機械式蒸汽再壓縮技術）是指料液蒸發(fā)產生的二次蒸汽經壓縮機壓縮,溫度、壓力升高,熱燴增大,然后進入蒸發(fā)器殼程給受熱側的料液加熱,料液獲得熱量后沸騰汽化產生飽和氣體(即二次蒸汽）,二次蒸汽再經壓縮機重復以上過程。

2.2提取2號車間MVR系統(tǒng)的設計原理和特點

(1）清潔能源。MVR用的是工業(yè)電源,沒有Co2和so2的排放。(2）降膜循環(huán)蒸發(fā)技術。本系統(tǒng)采用了國內蒸發(fā)領域效率較高的蒸發(fā)技術一兩級降膜循環(huán)蒸發(fā)器,它具有換熱效率高、運行成本低、清洗方便、使用周期長、技術成熟等優(yōu)點。(3）預熱系統(tǒng)。系統(tǒng)將蒸發(fā)產生的二次蒸汽全部回收利用,運行成本僅為多效蒸發(fā)器運行成本的5%～40%。(4）自控精度高。采用工控機和PLC控制系統(tǒng)以及變頻技術,實現(xiàn)實時高度自動化精密控制。(5）獨立真空系統(tǒng)。生產中的不凝氣體經真空泵抽出系統(tǒng)外,同時通過真空泵的工作維持蒸發(fā)系統(tǒng)的真空度。真空泵補水罐用于補充真空泵用水及真空泵系統(tǒng)降溫。(6）獨立油泵。本設備采用獨立的油泵,提供穩(wěn)定的油壓。(7）獨立機封水系統(tǒng)。車間自主改造加裝了機封水箱和循環(huán)泵,提供整個MVR系統(tǒng)所需的機封水,充分保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

3MVR在中藥生產中的應用

3.1能耗統(tǒng)計及適用性分析

MVR系統(tǒng)與傳統(tǒng)濃縮器能耗實測對比如表1所示。

由表1可見,MVR在中藥生產中大大降低了生產成本,同時與傳統(tǒng)濃縮器相比還減少了操作人力,現(xiàn)場單人即可操作,還可以遠程控制。

本車間MVR生產物料產品特性:有揮發(fā)油,具有一定的腐蝕性,濃縮相對密度需求在1.05～1.08。單次濃縮前原液約40t,相比大生產模式,這個處理量其實屬于中等,對于MVR來說,單次產量越大,產生的效益也越明顯。本車間物料提取完后直接進入濃縮設備,所以不要經過一級和二級預熱,不需要消耗額外蒸汽,能耗對比更加低,主要參數(shù)如表2所示。

用于中藥生產的工況對比污水處理工況要好一些,主要體現(xiàn)在藥液的固體雜質比較少,腐蝕性物質較少,所需要的真空壓力不大,設備濃縮后的水較為清澈,可以重復利用?；谶@個現(xiàn)狀,本車間MVR降膜蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)在生產操作過程中的安全操作區(qū)間較大。

MVR降膜蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)設備體積比較大,整套系統(tǒng)更加適用于連續(xù)大生產模式,對于小生產的投入產出比較小,適用性較低。提取2號車間使用的產品濃縮相對密度一般到1.08,對于一些濃縮相對密度要求比較高的產品,建議后面需要增加相應的二級濃縮設備,例如單效濃縮器。前期選型時要嚴格按照公司的規(guī)劃進行,同時相匹配的水電氣負荷也要滿足要求,本車間使用的3臺MVR降膜蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)總負荷電為600kw,光壓縮機功率就達到132kw,并且需要配有至少0.25MPa的蒸汽、0.7MPa的壓縮空氣、0.2MPa的冷卻水系統(tǒng)。

3.2壓縮機的使用注意事項及維護內容

蒸汽壓縮機是整個MVR降膜蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)的關鍵,在前期剛開始使用時,建議優(yōu)先確認一下蒸汽管道內是否已完成清潔。本車間采購的蒸汽壓縮機是豪頓華壓縮機,需使用純凈的蒸汽作為密封介質,如果壓縮機蒸汽密封內存在異物(比如金屬碎屑）,很容易造成壓縮機的碳環(huán)損壞,從而導致壓縮機機械密封處泄漏蒸汽/蒸汽冷凝水。一般機械密封為進口品牌,價格基本超過2萬元,從維護成本角度出發(fā),啟用前一定要檢查好蒸汽中是否存在異物。在正常開機時,一般會出現(xiàn)哮喘聲,在頻率不斷提高的時候聲音會越來越大,這屬于正?，F(xiàn)象。如果要改善這種現(xiàn)象,建議對提取液儲罐進行保溫處理,確保生產前的藥液介質溫度能夠大于80℃。

蒸汽壓縮機日常維護主要包含以下內容。

3.2.1運行中維護

(1）嚴禁壓縮機在沒開啟油泵、無密封蒸汽、過負荷或齒輪油量不足的情況下運行(否則會造成壓縮機軸承損壞）:運行中嚴密監(jiān)視壓縮機進出口壓力和壓差(進出口壓差在37～57kPa）,正常運行出口溫度不準超過100℃,超過100℃系統(tǒng)報警,溫度到120℃壓縮機自動停機。

(2）運行中每小時對壓縮機進行一次檢查,檢測壓縮機振動和軸承箱、齒輪箱溫度(振動值不大于5um,軸承箱溫度不大于80℃,齒輪箱溫度不大于65℃）,實時監(jiān)聽壓縮機運行聲音,如出現(xiàn)異常聲音(如金屬撞擊聲、金屬摩擦聲等）應立即停機,緊急情況下,應按下急停按鈕,緊急停機。

3.2.2定期保養(yǎng)

(1）如長時間不開機(超過10天）,則打開壓縮機排水閥,每周盤轉壓縮機聯(lián)軸器兩圈,防止壓縮機轉子生銹卡死。(2）每月緊固一次壓縮機、電機地腳螺絲和壓縮機底座地腳螺絲。(3）壓縮機潤滑首次運行3個月更換一次,接下來每年更換一次潤滑油(殼牌或美孚合成齒輪油最佳）,潤滑油牌號:46#汽輪機油,嚴禁使用其他牌號的潤滑油。

3.3其他設備的維護內容

除了蒸汽壓縮機,日常需要注意維護的還有蒸發(fā)器、離心泵。

3.3.1MVR蒸發(fā)器的維護

蒸發(fā)器系統(tǒng)的保養(yǎng)按照維護周期長短分為常規(guī)保養(yǎng)、一級保養(yǎng)、二級保養(yǎng),下面主要介紹一下二級保養(yǎng)。設備的二級保養(yǎng)視不同的設備及運行情況進行,一般0.5年/次,以車間維修人員為主,操作人員及電氣人員協(xié)助共同進行。

保養(yǎng)具體內容:(1）執(zhí)行一級保養(yǎng)內容:(2）檢查各傳動系統(tǒng),修復、更換磨損件:(3）檢查各操作手柄,確保靈活可靠:(4）清洗電機,更換潤滑脂,檢查電機絕緣、接地等:(5）校核、整理電氣線路,確保線路完備,符合安全、消防要求:(6）檢查主機,確認附件齊全,各電氣部件完備無缺損,確認電氣箱內排線整潔:(7）對設備進行拆卸檢查,調整、修復、更換必要的零件。

3.3.2MVR離心泵的維護

(1）定期檢查泵體與電機,根據(jù)使用頻度給各潤滑點加注相應的潤滑油或潤滑脂,更換各易損件(機械密封和軸承）:(2）如離心泵長期停用,需用清水清洗泵內流道以及相關連接管道:(3）嚴禁離心泵長時間空轉。

3.4MVR降膜蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)的待優(yōu)化項

在MVR明顯的降本優(yōu)勢下,它也有一些明顯的缺點需要不斷優(yōu)化:(1）維修維護成本較高,進口壓縮機配件都比較昂貴,維修成本明顯高于傳統(tǒng)濃縮器。現(xiàn)場有多個配電柜,需要專業(yè)的電工定期維護檢查,增加了維護成本。(2）生產時噪聲較大,操作工必須佩戴耳罩,有一定的噪聲傷害。(3）清潔難度較大,蒸發(fā)室、冷凝器、循環(huán)泵等難清洗,因其體積和面積較大,很難實現(xiàn)全面自清潔,有時需要人工進行沖洗。

4結語

結合上述分析,從成本運營以及生產效率角度考慮,MVR應用在中藥生產中有明顯的優(yōu)勢,但結合生產清潔來分析,在MVR降膜系統(tǒng)中需要額外增加CIP清潔的設備,并且需要增加相應的噴頭清洗才能滿足藥品生產清潔的要求。如果用戶已經采購MVR降膜系統(tǒng),可以參考帶式干燥機的清潔方式進行技術改造:如果用戶尚未采購,可以在原設計基礎上提出清潔優(yōu)化的要求。