双效降膜蒸发器工作原理及其在制药行业的运用(精)

做客专家：南京金日制药装备有限公司高级工程师陈晓东

本期议题：双效浓缩器具有节能优势

浓缩工段对于制药企业来说是能耗的重头。在很多企业，其能耗要占到企业蒸气总消耗的60%以上。目前，有不少制药企业在浓缩工段仍使用单效浓缩器，这是很不经济的。据估算，双效浓缩器比单效浓缩器节省蒸气消耗45%以上，节约冷却用水47%以上，而且也可减少对环境的污染。

■单效浓缩设备能耗大探因

单效外循环浓缩器装置主要是由加热器、蒸发器、冷凝器、冷却器和受液罐组成。需要浓缩的料液通过加热器的管程受蒸气加热达到沸点温度，经上升管由切线方向进入蒸发室迅速蒸发。其中未经汽化、比重较大的液滴受离心力的作用而被甩到器壁上，从而在重力的作用下，下落到蒸发器下部，由于蒸发器与加热器是通过下降管互相连接的装置，故未能蒸发的液体又通过下降管回到加热器中再被加热，如此循环加热蒸发，使得溶液中的溶媒不断汽化被带出，使溶液中的溶质浓度不断升高，最终达到所需要的浓度。而已经汽化的溶媒蒸气则从蒸发器上口通过捕沫器进入冷凝器被冷凝成液体再进入下方的接收器中，根据需要可以回收利用。

这里的能源消耗主要是两个方面：一是在加热器内用于加热稀溶液使溶液中溶媒蒸发所消耗的生蒸气；另一个就是使已经汽化的溶媒蒸气再冷凝成溶媒液体时，在冷凝器中所需要的冷却水。前者需要供给热量，而后者需要带走热量。被加热的溶液所产生的溶媒蒸气含有大量的热能，在这里不但没有得到利用，相反还要消耗大量的冷却水来冷却它。产量越大，即蒸发量越大，供给的热量越多，所需的蒸气就越多，而同时所消耗的冷却水也越多。这就是单效浓缩器能耗大的原因所在。

■双效浓缩器节能原因探究

如果能将溶媒蒸气继续利用，将其作为热源，用来加热或蒸发溶液，不就可以节约一部分蒸气消耗了吗？将这部分溶液里蒸发出来的溶媒蒸气导入另一个加热器来用作热源，以继续加热所需加热的溶液，即增加一套加热器和蒸发器装置，这就是双效浓缩器。

一般来说，在蒸发装置中，为了降低溶液的蒸发温度，通常在一定的真空状态下进行。这不仅可以保持物料中的热敏性物质不被破坏，还可以增大传热温度

差，从而加快蒸发的速度。在单效和双效设备中，均采用了真空系统。但是，在双效装置中，由于两效之间存在压力和温度梯度的差异，即第一效蒸发器内的真空度低于第二效蒸发器内的真空度（这样同时有利于溶液的顺流操作而不需要用泵来输送料液），即第一效的溶液蒸发温度要比第二效的溶液蒸发温度高，因而由第二效蒸发器蒸发出来的最终需要冷凝的蒸气温度比较低，冷却水的用量也比较少。

另外，由于在第一效加热产生的二次蒸气到第二效中作为热源而被加以利用，不仅节省了原来在单效设备中蒸发相同量的溶液所需的生蒸气的消耗，而且由于这部分在单效设备中需要用冷却水来冷凝的蒸气，在该设备二效的加热器中被用于加热需要蒸发的溶液，而其本身得到了冷凝，所以也节约了大量的冷却水。这两方面即是双效浓缩装置节约能源的原因所在。

■为节能效果算本账

从理论上来讲，在同样的条件下，蒸发一定量的水需要同样多的水蒸气。但是，由于存在热量的损失，单效浓缩器的蒸气消耗量约为其蒸发（水）量的1.1 倍左右。而在双效浓缩器中，蒸发同样的（水）量，其蒸气的消耗量比单效浓缩器节省45%以上，节约冷却用水47%以上，而且也减少了对环境的污染。就拿SN10 00型双效浓缩器来说，它的生产能力是每小时蒸发1吨的水，消耗的蒸气不到600 千克，消耗冷却循环水为30吨/小时，而同样是每小时蒸发1吨水的单效浓缩器，却需要1100千克以上的蒸气，消耗冷却循环水为56吨/小时。若按一台SN1000型

双效浓缩设备每天工作10小时计算，一年就可节约蒸气1800吨，也就是说不到一年的时间，购买该设备的企业即可收回投资。

有些企业的管理者可能考虑到更新一台新的双效浓缩设备会增加几十万元的投资，而原来的单效设备报废了又觉得可惜。然而，这种担心是不必要的。如果企业目前资金困难，不妨在单效设备的基础上进行改造，增加一台跟原单效相当的加热器和蒸发器，并对管路做适当调整，就可以获得双效设备了。