噴霧傳質(zhì)式(冷凍)冷凝器在酒精濃縮、回收上的應(yīng)用

0引言

噴霧傳質(zhì)式(冷凍)冷凝器是國(guó)藥集團(tuán)德眾藥機(jī)發(fā)明專利 (《一種噴霧傳質(zhì)式冷凝器》,專利號(hào) : CN102865753A,發(fā)明人:楊許作)的應(yīng)用,德眾藥業(yè)稱之為“蒙古包”,是一種沒(méi)有水池、沒(méi)有涼水塔、沒(méi)有循環(huán)泵、沒(méi)有列管冷凝器,徹底改變了目前國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)濃縮冷凝器的節(jié)能新產(chǎn)品?，F(xiàn)階段,世界能源愈發(fā)短缺,節(jié)能已然成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略目標(biāo)之一。傳統(tǒng)真空濃縮采用真空泵,整體節(jié)能效果欠佳,噴霧傳質(zhì)式(冷凍)冷凝器作為一種新產(chǎn)品,效率高且非常節(jié)能,尤其用于真空濃縮、回收酒精時(shí)體現(xiàn)出了較高的經(jīng)濟(jì)效益。

1 改造前提取車間的濃縮工作現(xiàn)狀

1)佛山市中醫(yī)院制劑中心提取車間濃縮的主要 生產(chǎn)設(shè)備有一臺(tái)1 000 L三效濃縮器、兩臺(tái)1000 L二效濃縮器、一臺(tái)500 L單效濃縮器,真空設(shè)備都采用水環(huán)式真空泵,這些真空泵都是放在一樓濃縮間。多臺(tái)真空濃縮器的冷卻塔采用循環(huán)水冷卻,冷卻循環(huán)水經(jīng)過(guò)循環(huán)泵、涼水塔、管道、閥門等系統(tǒng)進(jìn)行重復(fù)使用,整個(gè)提取生產(chǎn)設(shè)備于2010年底投入使用。冷卻塔進(jìn)水溫度過(guò)高會(huì)造成一效加熱室(直接蒸汽加熱)溫度高,藥物結(jié)焦在加熱管壁上,影響蒸汽與藥液之間的換熱效果,浪費(fèi)蒸汽,降低生產(chǎn)效率和藥物的收膏率,有時(shí)還會(huì)耽誤正常生產(chǎn)進(jìn)度。

2)當(dāng)單效濃縮器進(jìn)行酒精回收時(shí),由于冷卻塔進(jìn)水溫度過(guò)高,部分酒精蒸汽來(lái)不及冷卻冷凝成液體而被真空泵抽走后排到生產(chǎn)廢水的污水渠,造成酒精的回收率低。排出的酒精蒸汽排到污水渠后進(jìn)入中心污水處理系統(tǒng),中心的污水處理系統(tǒng)采用生物接觸氧化工藝的UASB系統(tǒng),對(duì)酒精敏感,酒精會(huì)將污水處理系統(tǒng)的厭氧池、好氧池中的細(xì)菌殺死,嚴(yán)重影響污水處理的正常運(yùn)行,出水水質(zhì)達(dá)不到環(huán)保排放要求。

3)提取車間的三臺(tái)真空濃縮用的大功率真空泵都安裝在提取車間一樓室內(nèi)(圖1),由于設(shè)備使用多年產(chǎn)生機(jī)械磨損,工作時(shí)幾臺(tái)真空泵一起運(yùn)行造成車間內(nèi)噪聲可達(dá)80 dB,影響員工身心健康。

2存在問(wèn)題

根據(jù)以上現(xiàn)狀分析,抽真空設(shè)備存在的問(wèn)題包括以下三方面:

1)濃縮系統(tǒng)真空度低,造成生產(chǎn)效率低,影響正常生產(chǎn),浪費(fèi)蒸汽;

2)酒精回收率低(50%),造成生產(chǎn)成本增加,同時(shí)影響污水處理系統(tǒng)正常運(yùn)行;

3)濃縮用的真空泵能耗大(四臺(tái)真空泵功率共42.5 kw),加上使用時(shí)間有十年,由于機(jī)械磨損經(jīng)常出現(xiàn)故障需維修,且車間內(nèi)工作場(chǎng)所真空泵產(chǎn)生的噪聲達(dá)到80 dB,影響員工的身心健康。

3解決方案

1)根據(jù)濃縮車間抽真空的負(fù)荷和生產(chǎn)實(shí)際狀況,與國(guó)藥集團(tuán)佛山德眾制藥機(jī)械有限公司技術(shù)人員一起分析論證,確定選擇一臺(tái)4 000 L噴霧傳質(zhì)式冷凝器(圖2)用于水提濃縮抽真空系統(tǒng),將三臺(tái)真空濃縮器的抽真空管道并聯(lián)后接到噴霧傳質(zhì)式冷凝器抽真空接口,保留原來(lái)的冷卻功能,并安裝三個(gè)閥門控制使用(因?yàn)槿_(tái)真空濃縮器不一定同時(shí)運(yùn)行)。

噴霧傳質(zhì)式冷凝器(圖3)構(gòu)成:二次蒸汽總管1、二次蒸汽分汽管2、上環(huán)3、多個(gè)豎直擺放連成環(huán)形的翅片冷凝管4、中環(huán)5、斜排管6、底環(huán)7、呈環(huán)形分布的噴淋管8、霧化噴嘴9、防護(hù)網(wǎng)10、風(fēng)機(jī)11、布風(fēng)器12、噴淋泵13、集水盤(pán)14、汽液分離器15、支撐腳16、水環(huán)泵17、外殼18和頂蓋19。

工作原理:多個(gè)翅片冷凝管呈環(huán)形分布,集水盤(pán)、風(fēng)機(jī)設(shè)置于翅片冷凝管下方,翅片冷凝管上方連接有二次蒸汽總管,環(huán)形分布的多個(gè)翅片冷凝管內(nèi)部設(shè)有呈環(huán)形分布的噴淋管,噴淋管上設(shè)有霧化噴嘴,噴霧傳質(zhì)式冷凝器通過(guò)霧化噴嘴把水霧化,噴到翅片冷凝管表面吸熱并蒸發(fā),這種有相變的對(duì)流換熱大大提高了熱交換系數(shù),節(jié)約了冷凝能耗;另外,二次蒸汽總管位于翅片冷凝管上方,高速蒸汽與冷凝水方向一致,可有效防止管內(nèi)膜凝結(jié),提高傳熱系數(shù)^[1]。

2)選購(gòu)一臺(tái)2 000 L噴霧傳質(zhì)式(冷凍)冷凝器用于冷凝單效醇濃縮,與單效蒸發(fā)室蒸汽出口管道連接(圖4),冷凝后酒精回落至原冷卻塔下的貯液罐,酒精回收。具體過(guò)程如下:蒸發(fā)室酒精蒸汽→噴霧傳質(zhì)式(冷凍)冷凝器→冷卻塔→貯液罐(間歇放出回收)。本臺(tái)冷凝器以有相變換熱代替無(wú)相變換熱,極大地提高了冷凝系統(tǒng)效率;在噴霧傳質(zhì)式冷凝器的基礎(chǔ)上,增加冷凍系統(tǒng),稱為噴霧傳質(zhì)式(冷凍)冷凝器;采用雙效、閉路技術(shù)使乙醇回收率高達(dá)95%以上。通過(guò)采用噴霧傳質(zhì)式(冷凍)冷凝器,降低了冷凝溫度,達(dá)到了高真空環(huán)境下酒精蒸汽的冷凝點(diǎn),于是大大提高了酒精的回收率。

兩臺(tái)冷凝器經(jīng)管道連接都安裝在該棟樓的四樓天面(圖5)。

4 改造效益分析

該改造項(xiàng) 目于2019年年底基本完工,2020年開(kāi)始正式投入使用,通過(guò)幾年的運(yùn)行,各項(xiàng)要求達(dá)到預(yù)期效果,取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1)三效真空濃縮器改造前后真空度對(duì)比如表1所示。由表可知,改造后效果明顯,濃縮溫度降低,其中第三效的蒸發(fā)效果改善明顯,提高了生產(chǎn)效率,平均蒸發(fā)量能達(dá)到750 kg/h。

2)用電量對(duì)比如表2所示,改造后一年可節(jié)省2萬(wàn)多元電費(fèi)。

3)車間噪聲方面:取消了原來(lái)安裝在車間內(nèi)的真空泵,沒(méi)有噪聲源,車間內(nèi)的噪聲恢復(fù)正常水平,改善了員工的工作環(huán)境。

4)酒精回收方面:由于采用了噴霧傳質(zhì)式冷凍冷凝器作為醇濃縮的抽真空系統(tǒng),酒精蒸汽的冷凝效果得到改善,酒精的回收率由原來(lái)的50%提高到91%~95%,回收酒精濃度為70%~83%,達(dá)到預(yù)期效果。

以制劑中心的主要品種陳渭良傷科油為例進(jìn)行分析:2020年和2021年分別生產(chǎn)該品種12批和15批,每批需要用60%酒精1600 kg浸泡,該品種2020年和2021年分別使用60%酒精19 200 kg和24 000 kg,浸泡后的藥水經(jīng)過(guò)濃縮進(jìn)行酒精回收,一年大約節(jié)省60%酒精8 000 kg和9 960 kg。

制劑中心還有多個(gè)品種采用醇提或者醇沉工藝,都要先進(jìn)行酒精回收。通過(guò)對(duì)制劑中心2019—2023年這幾年的年度生產(chǎn)總值和實(shí)際使用95%酒精的對(duì)比,以2019年的年度生產(chǎn)總值和實(shí)際使用95%酒精為基數(shù),估算2020—2023年節(jié)約95%酒精的情況,如表3所示。

5結(jié)論

綜上所述,采用了噴霧傳質(zhì)式(冷凍)冷凝器后每年都可節(jié)約不少95%酒精,經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。

另外,通過(guò)提高酒精回收率,含酒精廢水的排放減少,從2020年開(kāi)始, 自噴霧傳質(zhì)式冷凍冷凝器投入使用以后,污水處理系統(tǒng)中細(xì)菌被殺死的事件發(fā)生次數(shù)明顯減少,保證了污水處理出水的水質(zhì)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]楊許作.一種噴霧傳質(zhì)式冷凝器 :CN102865753A [P].2013-01-09.

2024年第11期第18篇