《热泵外加热式双效浓缩器》标准三大创新点
一、总体技术方案
1、项目所依据的技术原理
双效浓缩是在封闭容器内的真空状态下，通过蒸汽对中药提取液进行加热蒸发浓缩，而且利用一效产生的二次蒸汽对其二效的药液进行加热浓缩，使蒸汽得以二次利用，达到节能的目的。采用自主研发的热能压缩器热能压缩器将一效产生的二次蒸汽一部分抽入热能压缩器，与通过热能压缩器拉伐尔喷咀已减压降温的锅炉来饱和蒸汽混合，经热能压缩器泵体将其升温升压后，作为一效的热源，进一步提高了项目产品的节能效果。自主开发的凝结水等压排水串级自蒸发装置使饱和的凝结水在下一效的减压条件下温度由90℃降为75℃，进行闪蒸。该自蒸发汽作为此效的热源，进一步达到节汽目的，可产生占冷凝水量3%的闪蒸汽作为第二效热源。由于此二项节能措施的采用，本项目产品比现在中药厂使用的普通中药双效浓缩器在蒸发量相同情况下节能、节水分别在30%以上。研制的热能压缩器采用双层复合式扩张室式的消音技术，有效地消除了高频和中频波，且在筒壁上置有消音孔，使噪声降低至75dB（A），处国内外水平。
2、主要技术与性能指标 主要技术与性能指标 | 1 | 热能压缩器 | 蒸汽压力，Mpa | 0.5～0.6 |
| 工作噪声，dB（A） | ≤78 |
| 2 | 理论蒸发量 | kg/h | 500 | 1000 | 1500 | 2000 | 2500 | 3000 |
| 3 | 蒸汽耗量 | kg/h | 175 | 350 | 525 | 700 | 875 | 1050 |
| 4 | 冷却水耗量（进水温度25℃出水温度35℃） | t/h | 12 | 24 | 36 | 48 | 60 | 72 |
| 5 | 第一效 | 壳程真空度 | Mpa | 0.04~0.03 |
| 6 | 加热蒸汽温度 | ℃ | 85~90 |
| 7 | 蒸发室真空度 | Mpa | 0.068~0.060 |
| 8 | 沸 点 | ℃ | 70~75 |
| 9 | 第二效 | 壳程真空度 | Mpa | 0.068~0.060 |
| 10 | 加热蒸汽温度 | ℃ | 70~75 |
| 11 | 蒸发室真空度 | Mpa | 0.089~0.082 |
| 12 | 沸 点 | ℃ | 52~57 |
3、项目实现的质量标准类型、标准名称 该标准是依据企业标准Q/ZWX02-2004《带热能压缩器双效中药系列浓缩装置》修改的。受。制药装备行业协会委托，我公司作为国家制药机械行业标准《热泵外加热式双效浓缩器》起草单位。国家发改委已公告，2006年12月01日实施《热泵外加热式双效浓缩器》。2006年12月01日起，项目产品执行《热泵外加热式双效浓缩器》标准。
| 通过本项目实施，企业新获得的相关证书情况 |
| 质量认证体系证书 | 挪威船级社ISO9001：2000标准 |
| 国家相关行业许可证 | Ⅰ类、Ⅱ类压力容器制造许可证 |
| 专利证书 | 一种外循环多效浓缩系统、一种热能压缩器 |
| 技术、产品鉴定证书 | 浙江省高新技术产品、浙江省高新技术企业 |
二、项目创新内容 创新点一：在中药提取液的双效蒸发浓缩工艺中，采用自主研发的低噪声高压引射蒸汽热能压缩器，显著地节约了能量和水 项目产品是采用带热能压缩器的中药提取液双效蒸发生产设备（参见图1、图2）。传统的双效蒸发浓缩生产设备及工艺参见图3、图4。项目产品采用自主研发的低噪声热能压缩器（又称为热压泵），它是获得节汽的关键部件，其结构见图5。其工作原理是，将高压引射蒸汽（通常为0.55～0.7Mpa）通过拉伐尔喷咀后，以超音速流出，在喷咀处形成低压；同时由于蒸汽在喷咀中为绝能流动，高压引射蒸汽的温度也降低，由原来高温高压的蒸汽通过喷咀后变成低温低压（或负压）蒸汽。热能压缩器的喷咀处为负压，与一效蒸发室的压力相同，故将一效部分的二次蒸汽吸入喷咀负压处，与此处的负压低温蒸汽进行混合，统称为混合汽。混合汽进入泵体的混合段。从拉伐尔喷咀流出的超音速蒸汽和吸入的亚音速的一效的部分二次蒸汽在此段相混合，进行速度等化。混合汽通过泵体的喉部时，速度等化完毕，转变成亚音速。后通过泵体的扩张段被升压升温后，作为一效的热源使用。由此可知，一效加热的蒸汽除原有蒸汽外，还有因热能压缩器将引入了一效蒸发室的大量二次蒸汽作热源，使加热用汽量大为减少，达到了节汽的效果。热能压缩器作为双效浓缩装置中的关键部件，具有结构简单、无运动部件、制造成本低等优点，但其缺点是工作时噪音大。项目产品的热能压缩器采用了双层复合式扩张室式的消音结构，使从拉伐尔喷咀流出的超音速气流的高频波、中频波和混合汽中的高频波、中频波得以消除。通过热能压缩器只有低频波，从而使其工作时，大大降低了噪声；同时根据扩张式消音器原理，热能压缩器的泵体混合段、喉部、扩张段均设计成双层套筒结构，在筒壁上设有吸音孔，使通过此段管路的汽体通过套筒结构消音孔后，碰撞外筒壁上再返回，使噪声进一步降低。这种结构的热能压缩器在高压引射蒸汽压力为0.58Mpa时，经黑龙江农垦总局环境监测站测定噪声为75.1dB（A）。而国外的，其噪声在84.5dB（A）；国产的热能压缩器噪声在90dB（A）以上。项目产品的热能压缩器在消声方面处于水平。
图1 新双效浓缩装置图
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图2新双效工艺流程图
图3原双效浓缩装置图
图4原双效工艺流程图
图5低噪音热能压缩器简图
创新点一的三个效果： 1、各效蒸发量发生变化：项目产品为带热能压缩器的双效蒸发工艺。由于使用了热能压缩器，根据热能压缩器工作蒸汽压力，计算出热能压缩器抽射系数和第一效加热蒸汽中抽入第一效二次蒸汽量，依此得到第一效蒸发量，项目产品第一效蒸发量为总蒸发量的65%，第二效蒸发量为总蒸发量的35%。中药用普通双效浓缩器第一效蒸发量和第二效蒸发量相同，为总蒸发量的50%。由于项目产品采用带热能压缩器的蒸发工艺，使第二效蒸发量比普通双效浓缩器蒸发量减少为30%，使冷却末效蒸汽所用的冷却水量在冷却水温度和出口温度相同的条件下，节省30%。
2、项目产品由于使用了带热能压缩器的双效蒸发工艺，使第一效的加热蒸汽温度大幅降低。中药用普通双效浓缩器第一效由于只使用锅炉供给的蒸汽，其加热温度低只能到105℃，因加热蒸汽与加热室壳程压力有关。项目产品由热能压缩器产生的锅炉蒸汽和第一效部分二次蒸汽混合后组成的混合汽的温度可由热能压缩器结构尺寸通过计算来决定，项目产品混合汽的温度为90℃左右，实现了中药双效浓缩器第一效的低温加热，而第一效的蒸发温度由于总温差已决定，根据热量衡算及各效有效温差分配的原则，其蒸发温度为75℃，而中药普通双效浓缩器第一效蒸发温度为85℃。可见，带热能压缩器的双效蒸发工艺实现了低温加热和低温蒸发，适用于热敏性物料。
3、项目产品不仅适用新建厂，而且还可以对原中药厂使用的普通双效浓缩器和单效浓缩器进行技术改造，变成带热泵三效浓缩器和带热泵双效浓缩器，在保持原蒸发量不变的情况下，分别比原普通双效浓缩器和单效浓缩器节汽为45%和67%，节水为48%和65%，具有显著的节能和节水效果。
创新点二：在中药水提液的双效浓缩器中，应用了自主开发的凝结水等压排水串级自蒸发装置，提高了蒸汽利用率和减少了维修工作量 项目产品在中药水提液双效浓缩器中应用了自主专有技术设计的凝结水等压排水串级自蒸发装置，其结构简图参见图6。 其工作原理是：平衡水罐通过平衡管与加热室相连，使加热室与平衡水罐压力相等。加热室中的凝结水靠液柱压力排入平衡水罐中；从平衡水罐底部凝结水入口进入，从平衡水罐顶部排出。调节凝结水出口管处的球阀，保持平衡水罐中的水位于视镜中部，采用液封方式防止平衡水罐漏汽。由于凝结水是在加热室压力和平衡水罐压力相等的情况下排放，因此称为等压排水；又由于各效凝结水排出由一效到二效，并在二效中凝结水闪蒸，闪蒸方式为串级排放闪蒸，因此总称为等压排水串级自蒸发装置。本装置采用等压排水串级自蒸发技术，各加热室凝结水排放时，不使用疏水器，而是使第一效加热室凝结水排放到第二效加热室后，温度由90℃降为75℃，进行闪蒸，第一效凝结水闪蒸汽作为热源给二效进行加热，既可以产生
占凝结水排放量3%的闪蒸汽作为热源使用，又可以避免使用疏水器排水而造成各加热室间的漏汽，也节省了疏水器的检修工作量，具有结构简单、操作方便、不需维修的特点。 等压排水装置简图如图6所示。原双效排水装置如图4所示。
图6等压排水装置简图
创新点三：首次在末效蒸发室设计了夹套加热和刮板搅拌相结合的收膏装置，可获得比重为1.4的中药浸膏 项目产品在国内首次在中药双效浓缩器的末效蒸发室采用了夹套加热方式与刮板搅拌相结合的收膏装置。普通双效浓缩器在末效蒸发室没有收膏装置。药液只能浓缩到比重1.2，如果需要更大的比重，需与另外装置一球形浓缩锅中进行，因为普通双效浓缩器中药液比重超过1.2时，会造成加热室加热管结焦和堵塞，严重时会使设备报废。 项目产品当药液比重大于1.2时，将药液抽入末效蒸发室的收膏装置中进行浓缩收膏，可得药液比重为1.4的浸膏。由于收膏不在加热室中进行，解决了普通双效浓缩器收膏比重大时加热管结焦和堵塞的药液浓缩中长期未解决的难题。新蒸发室和末效收膏装置简图、原蒸发室简图如：图7、图8所示。
图7 新蒸发室和末效收膏装置简图
三、项目产品特点 1、 节汽显著 由于项目产品使用了热能压缩器和第一效加热室凝结水热量回收装置，比普通双效浓缩器有显著的节汽效果。我公司研制的蒸发量为2500kg/h中药双效浓缩装置于2004年元月在佳木斯市晨星药业有限公司投入使用。经黑龙江省佳木斯市环境监测站检测，在热能压缩器高压引射蒸汽压力为0.58Mpa、蒸发量为2340kg/ｈ、蒸汽耗量为740kg/h；而普通双效浓缩装置，在相同蒸发量时，其蒸汽耗量为1190kg/h，前者比后者节汽率达36.7%。蒸汽消耗量的降低给企业带来显著的经济效益。现以晨星公司在线使用期内每天实测的年平均数据为例，说明如下：加工量为22T/天提取液，后浸膏比重为1.20，得浸膏为350kg/天。蒸发量为W=22000-350=21650kg/天，蒸发需要时间为t=21650÷2340=9.3h。热泵双效比普通双效每小时节汽为D=1190-740=450kg/ｈ,天节汽为D=450×9.3=4185kg=4.2t,每年按需300天计，蒸汽每吨按140元，每年节汽效益为140×4.2×300=17.7万元。 因此，热泵外加热式双效浓缩装置不但使药厂长期的操作费用降低，而且为国家节省大量传统能源，具有显著的经济效益和社会效益。
2、 节水显著 由于项目产品使用了热能压缩器，使第二效蒸发量比普通双效浓缩器减少了30%。因此，用来冷凝第二效二次蒸汽的冷却水节省30%，以佳木斯晨星药业公司1台蒸发量为2500㎏/ｈ的双效为例说明如下：经实测其总蒸发量为2340㎏/h，在蒸汽压力为0.58Mpa,第一效沸点为75℃时，经计算，热能压缩器的蒸汽消耗系数为1.16。对整套系统进行热量衡算，得到第二效的蒸发量为820㎏/h，而普通双效第二效的蒸发量则为1170㎏/h。因此，热能压缩器双效浓缩器在第二效沸点温度与普通双效第二效沸点温度相同的条件下，前者蒸发量比后者少1170－820=350㎏/h,即蒸发量少η=350÷1170=29.92%,当这两种浓缩装置的冷凝冷却器冷却水温度、出口温度、二次蒸汽终冷却温度均为相同时，热能压缩器双效浓缩器的冷却水用量比普通双效浓缩器节省为29.92%，近似为30%。
3、 一效加热温度和蒸发温度低 由于项目产品使用热能压缩器，使用于加热第一效的混合汽处于真空状态，其温度低于普通双效浓缩器所使用的正压加热蒸汽温度。经黑龙江省佳木斯市环境监测站检测，一效加热平均温度为85℃，蒸发平均温度为72℃；而普通双效浓缩装置一效加热平均温度为115℃，蒸发温度平均为85℃。此套浓缩装置属低温加热、低温蒸发，尤其适合热敏性药物的浓缩。来源：慧聪网制药工业行业频道
