喷雾传质式(冷冻)冷凝器在酒精浓缩、回收上的应用

0引言

喷雾传质式(冷冻)冷凝器是国药集团德众药机发明专利 (《一种喷雾传质式冷凝器》,专利号 : CN102865753A,发明人:杨许作)的应用,德众药业称之为“蒙古包”,是一种没有水池、没有凉水塔、没有循环泵、没有列管冷凝器,彻底改变了目前国内传统浓缩冷凝器的节能新产品。现阶段,世界能源愈发短缺,节能已然成为经济发展的长远战略目标之一。传统真空浓缩采用真空泵,整体节能效果欠佳,喷雾传质式(冷冻)冷凝器作为一种新产品,效率高且非常节能,尤其用于真空浓缩、回收酒精时体现出了较高的经济效益。

1 改造前提取车间的浓缩工作现状

1)佛山市中医院制剂中心提取车间浓缩的主要 生产设备有一台1 000 L三效浓缩器、两台1000 L二效浓缩器、一台500 L单效浓缩器,真空设备都采用水环式真空泵,这些真空泵都是放在一楼浓缩间。多台真空浓缩器的冷却塔采用循环水冷却,冷却循环水经过循环泵、凉水塔、管道、阀门等系统进行重复使用,整个提取生产设备于2010年底投入使用。冷却塔进水温度过高会造成一效加热室(直接蒸汽加热)温度高,药物结焦在加热管壁上,影响蒸汽与药液之间的换热效果,浪费蒸汽,降低生产效率和药物的收膏率,有时还会耽误正常生产进度。

2)当单效浓缩器进行酒精回收时,由于冷却塔进水温度过高,部分酒精蒸汽来不及冷却冷凝成液体而被真空泵抽走后排到生产废水的污水渠,造成酒精的回收率低。排出的酒精蒸汽排到污水渠后进入中心污水处理系统,中心的污水处理系统采用生物接触氧化工艺的UASB系统,对酒精敏感,酒精会将污水处理系统的厌氧池、好氧池中的细菌杀死,严重影响污水处理的正常运行,出水水质达不到环保排放要求。

3)提取车间的三台真空浓缩用的大功率真空泵都安装在提取车间一楼室内(图1),由于设备使用多年产生机械磨损,工作时几台真空泵一起运行造成车间内噪声可达80 dB,影响员工身心健康。

2存在问题

根据以上现状分析,抽真空设备存在的问题包括以下三方面:

1)浓缩系统真空度低,造成生产效率低,影响正常生产,浪费蒸汽;

2)酒精回收率低(50%),造成生产成本增加,同时影响污水处理系统正常运行;

3)浓缩用的真空泵能耗大(四台真空泵功率共42.5 kw),加上使用时间有十年,由于机械磨损经常出现故障需维修,且车间内工作场所真空泵产生的噪声达到80 dB,影响员工的身心健康。

3解决方案

1)根据浓缩车间抽真空的负荷和生产实际状况,与国药集团佛山德众制药机械有限公司技术人员一起分析论证,确定选择一台4 000 L喷雾传质式冷凝器(图2)用于水提浓缩抽真空系统,将三台真空浓缩器的抽真空管道并联后接到喷雾传质式冷凝器抽真空接口,保留原来的冷却功能,并安装三个阀门控制使用(因为三台真空浓缩器不一定同时运行)。

喷雾传质式冷凝器(图3)构成:二次蒸汽总管1、二次蒸汽分汽管2、上环3、多个竖直摆放连成环形的翅片冷凝管4、中环5、斜排管6、底环7、呈环形分布的喷淋管8、雾化喷嘴9、防护网10、风机11、布风器12、喷淋泵13、集水盘14、汽液分离器15、支撑脚16、水环泵17、外壳18和顶盖19。

工作原理:多个翅片冷凝管呈环形分布,集水盘、风机设置于翅片冷凝管下方,翅片冷凝管上方连接有二次蒸汽总管,环形分布的多个翅片冷凝管内部设有呈环形分布的喷淋管,喷淋管上设有雾化喷嘴,喷雾传质式冷凝器通过雾化喷嘴把水雾化,喷到翅片冷凝管表面吸热并蒸发,这种有相变的对流换热大大提高了热交换系数,节约了冷凝能耗;另外,二次蒸汽总管位于翅片冷凝管上方,高速蒸汽与冷凝水方向一致,可有效防止管内膜凝结,提高传热系数^[1]。

2)选购一台2 000 L喷雾传质式(冷冻)冷凝器用于冷凝单效醇浓缩,与单效蒸发室蒸汽出口管道连接(图4),冷凝后酒精回落至原冷却塔下的贮液罐,酒精回收。具体过程如下:蒸发室酒精蒸汽→喷雾传质式(冷冻)冷凝器→冷却塔→贮液罐(间歇放出回收)。本台冷凝器以有相变换热代替无相变换热,极大地提高了冷凝系统效率;在喷雾传质式冷凝器的基础上,增加冷冻系统,称为喷雾传质式(冷冻)冷凝器;采用双效、闭路技术使乙醇回收率高达95%以上。通过采用喷雾传质式(冷冻)冷凝器,降低了冷凝温度,达到了高真空环境下酒精蒸汽的冷凝点,于是大大提高了酒精的回收率。

两台冷凝器经管道连接都安装在该栋楼的四楼天面(图5)。

4 改造效益分析

该改造项 目于2019年年底基本完工,2020年开始正式投入使用,通过几年的运行,各项要求达到预期效果,取得了较好的经济效益和社会效益。

1)三效真空浓缩器改造前后真空度对比如表1所示。由表可知,改造后效果明显,浓缩温度降低,其中第三效的蒸发效果改善明显,提高了生产效率,平均蒸发量能达到750 kg/h。

2)用电量对比如表2所示,改造后一年可节省2万多元电费。

3)车间噪声方面:取消了原来安装在车间内的真空泵,没有噪声源,车间内的噪声恢复正常水平,改善了员工的工作环境。

4)酒精回收方面:由于采用了喷雾传质式冷冻冷凝器作为醇浓缩的抽真空系统,酒精蒸汽的冷凝效果得到改善,酒精的回收率由原来的50%提高到91%~95%,回收酒精浓度为70%~83%,达到预期效果。

以制剂中心的主要品种陈渭良伤科油为例进行分析:2020年和2021年分别生产该品种12批和15批,每批需要用60%酒精1600 kg浸泡,该品种2020年和2021年分别使用60%酒精19 200 kg和24 000 kg,浸泡后的药水经过浓缩进行酒精回收,一年大约节省60%酒精8 000 kg和9 960 kg。

制剂中心还有多个品种采用醇提或者醇沉工艺,都要先进行酒精回收。通过对制剂中心2019—2023年这几年的年度生产总值和实际使用95%酒精的对比,以2019年的年度生产总值和实际使用95%酒精为基数,估算2020—2023年节约95%酒精的情况,如表3所示。

5结论

综上所述,采用了喷雾传质式(冷冻)冷凝器后每年都可节约不少95%酒精,经济效益十分可观。

另外,通过提高酒精回收率,含酒精废水的排放减少,从2020年开始, 自喷雾传质式冷冻冷凝器投入使用以后,污水处理系统中细菌被杀死的事件发生次数明显减少,保证了污水处理出水的水质。

[参考文献]

[1]杨许作.一种喷雾传质式冷凝器 :CN102865753A [P].2013-01-09.

2024年第11期第18篇