浓缩设备的节能方案
时间：2013-11-01 阅读：1984
我国是一个能耗大国。中*元GDP的能耗是国外发达国家的2.4倍。国家已提出：到“十二五”期末单位国内生产总值能耗和二氧化碳排放分别降低16%和17%，主要污染物排放总量减少8%~10%。
哥本哈根世界气候大会提出到2050年二氧化碳减少50%的目标，同时按世界经济平均每23年左右翻一番，即50年的时间里经济要增加原来的5倍以上，而到2050年要使二氧化碳排放量比1990年减少50%，需要将每吨二氧化碳的价格提高到大约200美元左右。我们的企业能承受吗？
面对形势的压力，我国政府承诺到2020年碳排放强度在2005年的基础上降低45%—50%。我国企业将迎来新一轮的节能减排改造。企业不久必将面临超定额排放征重税的威胁。
这对于耗能大的中药、植物提取、食品提取生产的企业将越来越成为一种生死存亡的挑战。中国目前有10亿吨蒸发设备处在高能耗的状态亟待改善。而这些企业zui大的耗能环节是浓缩工序，企业约65—70%左右的蒸汽被它吃掉。浓缩设备的选择及改造迫在眉睫地摆在企业的面前。
为什么浓缩设备耗能特别大
这要从水的物理特性来分析。水在常温下升高或降低10℃的热量仅仅为41.86KJ/Kg。而水在发生相变即蒸发或冷凝的时侯，需要的能量是巨大的。例如真空浓缩罐内的温度为60℃，由60℃ 的水变成60℃的蒸汽需要的热量为2358KJ/Kg，这个热量称为汽化潜热。而浓缩过程是把稀的液体中的水分蒸发掉，需要的就是汽化潜热。由此可见浓缩设备的能耗是非常大的，选择了好的浓缩设备就等于解决企业的能耗大问题。
如何减少浓缩设备的耗能
浓缩工艺的节能方法是多样的，通常有：
1.蒸汽和二次蒸汽的重复利用
2.提高加热器管速
3.逆流罐组提取（套提法）减少提取液
4.膜浓缩
5.机械热泵（MVR）；
采用蒸汽和二次蒸汽的重复利用
1. 双效及多效除了Ⅰ效使用锅炉蒸汽外，其他各效只用前一效的二次蒸汽。理论上是越多效越节能，但一般常用双效，多效存在如下缺点：
A.实际使用超过三效节能率下降，经济效益不再明显，因此在制药行业一般zui多使用为双效浓缩；
B.一效温度高，易结垢，生产效率低，因前面的加热器是后面所有加热器的动力，所以越是前面的加热器出现结垢现象对后面所有的影响越大，越是多效影响越大；
C.清洗环节多，生产效率低；
D.越多效收膏越麻烦，并且收率越低；
E设备占地大。
2.采用热泵双效更节能：增加了热泵后Ⅰ效的二次蒸汽有一半被热泵产生的负压吸收与动力蒸汽混合给Ⅰ效重复使用，另一半二次蒸汽给Ⅱ效加热器使用。因此热泵双效比普通双效节约1/3的蒸汽。同时由于Ⅰ效使用的是90℃左右的低温混合蒸汽，列管不容易结垢，起到一定的节能效果。
采用强制循环提高加热器管速：
强制循环、尤其是多管程的强制循环能有效的减少列管的结垢程度和提高热交换系数达到节能的目的。德众药机高真空热泵双效浓缩器采用三管程加热器，药液被循环泵强制在加热器内经上下三次流程才喷进罐内，因此达到*的流速，有效的防止结垢和提高热交换的目的。
采用逆流罐组提取（套提法）工艺减少提取液量
原国家*曾在1986年安阳会议推广安阳中药厂的套提技术。具体的做法是采用两个提取罐配套，相互把其中一罐的第二次提取液作为另一罐的头次加水。依然每一罐物料都加两次水，只是*次加的水是另一罐经提取过的水，第二次加的水才是饮用水。这样减少了一半的提取液，而收率基本不变，也就是减少了需要浓缩的药液，达到了节能的目的。 通常的做法是每台提取罐多配一个头次水储罐存放提取液，作为另一台提取罐投物料后的用液。
若工艺每次物料需三次提取，可用三个提取罐套提，方法与 上述相同。这是投资少而节能效果非常明显的工艺方案。
采用膜浓缩技术
这是很有前景的浓缩技术，能耗非常低。 20世纪60年代后迅速崛起的一门分离新技术。 其优点：（1）在常温下进行（2）无相态变化（3）无化学变化（4）选择性好（可在分子级内进行物质分离）（5）适应性强（6）能耗低。膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征。尤其是采用膜进行某成分的分离是一种非常好的技术手段。
由于目前有机膜成本高，膜的透过率的衰减速度快，清洗周期短、时间长，清洗药物费用高，故此膜分离技术在中药浓缩工艺方面还不是很普及。随着膜技术的提高和成本的降低，不远的将来膜浓缩将成为一种理想的选择之一。
采用机械热泵（MVR）技术
机械热泵（MVR）浓缩一次能源的利用率zui高，是一种能将低温热源的热能通过机械压缩的方法转移到高温热源上的装置。热泵的工作循环与蒸汽机机的工作循环正好相反，蒸汽机是利用高温热源的能量来产生机械功的，而热泵是靠消耗机械功将低温热源的热量转移到高温物体中去。
MVR节能蒸浓缩器，其原理是利用压缩机压缩二次蒸汽，把电能转换成热能，提高二次蒸汽的焓，被提高热能的二次蒸汽打入进行加热，以达到循环利用二次蒸汽已有的热能，从而可以不需要外部新鲜蒸汽，依靠蒸发器自循环来实现蒸发浓缩的目的。
MVR 理论上一次能源利用率可达到七、八效浓缩效果，但经济效益还决定于电煤比价，我国目前的电煤比价高，其经济效益不会超过普通五效。
其缺点也十分明显，如下：
1. 受到多种因素影响，如溶液粘稠度、多泡性及沸点升高因素的影响会令利用率降低；
2. 投资高，维护成本高。
3. 压缩机的气蚀严重，维修量大。
4. 药液温度高，不适合热敏性药品生产。
综合评价MVR是一种很好的节能设备，但有待提高压缩机的性能和降低成本。
冷凝系统节能设备—喷雾传质式冷凝器
传统真空浓缩的节能除了在蒸发罐方面，还要在冷凝系统上做文章。这里介绍一种全新的冷凝方式——喷雾传质式冷凝：没有列管冷凝器、没有循环泵、没有凉水塔;能耗低、真空高。
其节能的原理是：采用有相变的热交换代替无相变的热交换
传统冷凝不管是采用列管冷凝器、混冷器或水喷射器，冷却水在全过程只有升高温度没有发生相变，即水没有变成蒸汽，这是无相变的热交换。
文章前面说过水在升高10℃ 时，1Kg的水吸收的热量仅仅为41.86KJ/Kg，而真空罐内1Kg的60℃蒸汽冷凝时释放出来的热量为2358KJ/Kg，也就是说1Kg的水蒸气放出的热需要56Kg的冷却水来吸收。而水在蒸发时吸收的热量也是2000多KJ/Kg，喷雾传质式冷凝器就是利用水蒸发时的汽化潜热来吸收蒸汽冷凝时的汽化潜热的原理达到节能的目的。
喷雾传质式冷凝器没有大功率的循环泵去输送冷却水，而蒸汽会自动跑到冷凝器里面去，省去很大的动力。同时，利用水蒸发时有相变的吸热效果是无相变的冷却水吸热效果的56倍！因此达到了非常好的节能效果。例如2000L单效浓缩传统需要的冷却水是112 t，若换成喷雾传质式冷凝器用水蒸发来吸热只需要2 t，这是一个很大的突变，这就是喷雾传质式冷凝器能不用循环泵的理论依据：“相变换热过程的表面传热系数要比无相变的单相流的传热系数高出几倍甚至几十倍。”
喷雾传质式冷凝器是用雾化器的方法代替了传统冷凝系统的大功率循环泵，传统冷凝系统中的循环冷却水被喷雾传质式冷凝器的汽化水代替了，浓缩过程产生的大量的二次蒸汽释放出来的凝结潜热被雾化水蒸发时需要的汽化潜热吸收了。
传统2000L单效浓缩冷凝系统需要的冷却水量为112 t水，喷雾传质式冷凝器只需2 t，因考虑雾化喷淋的有效因素及雾化需要一定的压力因素，德众制药机械有限公司生产的2000L喷雾传质式冷凝器使用的雾化水泵为1.5Kw,水量约10 t/h，全套冷凝器耗用电功率为9.5Kw，不用循环泵，没有冷却塔。
这是真空浓缩设备非常节能的冷凝系统。