多效蒸餾水機的特點與應(yīng)用

1、多效蒸餾水機的特點與應(yīng)用摘 要：闡述多效蒸餾水機的基本機器結(jié)構(gòu)，工作原理，工作流程， 通過分析蒸發(fā)和冷凝的相變過程中的的熱量吸收和釋放變化， 依據(jù)注 射用水在制備總過程中是由水（原料水）到水（注射水）的過程，無 相變的情況，說明多效蒸餾水機充分利用相變釋放的能量的特點實現(xiàn) 節(jié)能以及在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用。主題詞：多效；一次蒸汽；蒸發(fā)與冷凝；相變；能量消耗；節(jié)能應(yīng)用 正文：注射用水制備系統(tǒng)是注射劑生產(chǎn)的關(guān)鍵系統(tǒng)。 注射用水是注射劑 日常生產(chǎn)過程中不可缺少的組成部分，在房間和設(shè)備清洗，容器、工 器具、膠塞、潔凈服清洗，藥液配制等都需要用到大量的注射用水， 因此分析注射用水的制備系統(tǒng)特點和注射用水制備過

2、程中應(yīng)做到盡 可能節(jié)能就變得十分有必要了。 多效蒸餾水機是目前應(yīng)用最為廣泛的 注射用水制備系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。 多效蒸餾水機采用高溫高壓操作， 確 保穩(wěn)定生產(chǎn)無熱原注射用水。 多效蒸餾水機所生產(chǎn)的蒸餾水， 完全滿 足現(xiàn)行美國藥典、 歐洲藥典、 日本藥典和中國藥典中關(guān)于注射用水的 要求。1 . 多效蒸餾水機的機器結(jié)構(gòu)、工作原理與工作流程1.1 多效蒸餾水機的機器結(jié)構(gòu)多效蒸餾水機主要由蒸發(fā)器、預(yù)熱器、冷凝器、電氣自動控制部 分組成。蒸發(fā)器采用垂直列管降膜蒸發(fā)原理，為確保蒸餾水質(zhì)量，蒸 發(fā)器內(nèi)裝有特殊的汽水分離裝置 （分螺旋離心分離式及絲網(wǎng)除沫式兩 種）離心分離器的作用是除去蒸汽中的液滴示。1.2 多效

3、蒸餾水機的工作原理多效蒸餾水機依據(jù)各效蒸發(fā)器之間工作壓力不同，第一效產(chǎn)生 的純蒸汽可以作下一效的加熱蒸汽 （一效加熱蒸汽為鍋爐蒸汽） 如此 經(jīng)過多效的換熱蒸發(fā)， 原料水被充分汽化， 各效產(chǎn)生的純蒸汽則在換 熱過程中被冷卻為蒸餾水，從而達到節(jié)約加熱蒸汽和冷卻水的目的。 1.3 工作流程合格的原料水（注 1）由多級泵增壓后經(jīng)流量計進入冷凝器進 行熱交換， 再依次進入各效預(yù)熱器， 經(jīng)熱交換后溫度可以達到比各效 蒸發(fā)器加熱蒸汽低10 15 C,然后進入一效蒸發(fā)器經(jīng)料水分配器噴 射在加熱管內(nèi)壁， 使料水在管內(nèi)成膜狀流動， 被來自鍋爐的蒸汽加熱 汽化（垂直列管降膜蒸發(fā)） ，產(chǎn)生夾帶水滴的二次蒸汽，從加熱管

4、下 端進入汽水分離裝置， 被分離的純蒸汽進入下一效， 未被蒸發(fā)的原料 水進入下一效，重復(fù)上述過程，其余各效工作流程與第一效相同。唯 有第一效蒸發(fā)器的加熱蒸汽是來自鍋爐， 因而該效的冷凝水不能作為 蒸餾水（注 2）用，應(yīng)排回鍋爐房或作它用，其余各效的冷凝水是由 純蒸汽冷凝，熱源已經(jīng)丟掉，故可成為合格蒸餾水。另外，末效的蒸 剩水，因為夾帶全部料水中的雜質(zhì)和熱源， 必須作為污水排放或另作 它用；末效產(chǎn)生的純蒸汽進入冷凝器后， 同來自各效的冷凝水匯合冷 卻，經(jīng)排除不溶性氣體后，成為蒸餾水，溫度可達到9299C。同時進入冷凝器的末效純蒸汽和各效的冷凝水， 都是通過蒸發(fā)器內(nèi)裝有特 殊的汽水分離裝置（分螺旋

5、離心分離式及絲網(wǎng)除沫式兩種）分離過， 根據(jù)熱原的不揮發(fā)性特點， 達到了去除熱原的目的。 從蒸餾水機出來 的蒸餾水質(zhì)量， 由電導(dǎo)探測器在線檢測自動控制， 若蒸餾水符合規(guī)定 的質(zhì)量要求，即從管道導(dǎo)出至蒸餾水儲罐。如果不合格，即自動切換 從管道導(dǎo)出排掉或另作它用。2 . 多效蒸發(fā)的節(jié)能分析蒸發(fā)的單元操作， 涉及到傳熱的問題， 這種傳熱的過程使得介質(zhì) 發(fā)生了“相變”。例如，蒸發(fā)是使水由液體變成了氣體，即由“液相” 變成了“汽相”。這種“相變”過程對能量的消耗特別大。我們都知 道，水的比熱為1 kcal/kg C,也就是說，1 kg的水，溫度每上升1 C 需要1 kcal的熱量。對1 kg的水加熱從0

6、C上升到100 C沸騰，理 論上也就僅需要大約100 kcal的熱量。但如果將其在此100 C時加 熱使它汽化，成為同溫度的蒸汽，則需要約 539 kcal 的熱量。這就是 說，能耗是相當于使同樣重量的水溫度每升高1 C所需熱量的539倍。這個使其發(fā)生“相變”的熱量稱之為“汽化熱”。反過來，1 kg 100 C 的蒸汽冷凝成同溫度的水產(chǎn)生“相變”時也會放出這么多熱量的，這 個熱也可稱之為“冷凝熱” ，所以汽化熱和冷凝熱對同一種物質(zhì)在相 同溫度下的數(shù)值是相等的。 鍋爐產(chǎn)生的加熱蒸汽就是因為釋放了冷凝 熱而純化水被加熱和蒸發(fā)的， 而同時鍋爐蒸汽成了凝水， 由汽態(tài)變成 了液態(tài)。所以，有相變與無相變的

7、傳熱與能耗之間的差別是很大的。 這也是很多藥廠的能耗在蒸發(fā)工藝上所占據(jù)的比例特別高的原因所 在。尤其是在蒸發(fā)這個工段，由于蒸發(fā)的量一般都較大，所以能耗必 然就很高。 因此，對此問題進行分析和尋求解決的途徑會對企業(yè)的節(jié) 能工作起著十分重要的作用。在蒸發(fā)工藝中，熱交換器的使用是很頻繁的。其既用于加熱和使溶液汽化的“加熱器”和“蒸發(fā)器，同時又要設(shè)置相應(yīng)的為了讓這 些汽化了的蒸汽重又凝成液體的“冷凝器”和“冷卻器”。所以，從 注射用水的制備工藝通過加熱蒸發(fā)完成的結(jié)果上來分析，水從“液相” 變成了“汽相”之后，還需從“汽相”返回“液相”，此結(jié)果使能源 大量消耗。蒸發(fā)，使其從液相變?yōu)槠?，要消耗大量的汽?/p>

8、熱；而冷 凝，則又要把汽化熱重又凝成液體。 而為了使其冷凝又不得不耗用大 量的冷卻水（另一種大量消耗能源的形式）。這是一種典型的通常所 見的所謂“單效蒸發(fā)”。上述看來，其實這種能源的消耗是非常“冤枉”的。很明顯，蒸發(fā)過程其實是物質(zhì)的遷移過程，并沒有發(fā)生化學(xué)變化和化學(xué)反應(yīng)， 而從實際結(jié)果來看，并沒有發(fā)生“相變”。因為原來原料中的液體的 一部分，所謂蒸發(fā)出去的那部分只是換了個地方， 僅僅不回到原來的 水（純化水）中而已，但結(jié)果還是變成了水（注射水）。為了盡量利用已經(jīng)蒸發(fā)的水蒸汽中所含有的熱能（汽化熱），人們想到用它作為熱源繼續(xù)來加熱尚未蒸發(fā)的水。 為了區(qū)別水蒸汽與初 始作為熱源蒸汽的區(qū)別，我們把它

9、叫做“二次蒸汽”，而鍋爐所供加 熱的蒸汽則稱為“生蒸汽”或“一次蒸汽”。這時，二次蒸汽就不用 消耗冷卻水來“剝奪”其所具有的汽化熱，而使這部分能量作為熱量 來源來加熱尚未蒸發(fā)的純化水，這樣一來純化水的蒸發(fā)量就增加了。而且，二次蒸汽在加熱純化水的同時其自身又被冷卻下來， 被還原成 了原本要用冷卻水來冷卻所得到的液相，又大大節(jié)省了冷卻水的消 耗。使得原本要用冷卻水來 “解決”問題的對象純化水的蒸汽變 成了能再加熱的能源，此方法一舉兩得，的確相當節(jié)能。我們可以稱 之為“雙效蒸發(fā)”，其設(shè)備則是雙效蒸發(fā)器。其節(jié)能效果相當?shù)拿黠@。 一般來說，采用單效濃縮器蒸發(fā)1 000 kg水，需要約1 100 kg從鍋

10、爐 產(chǎn)生的生蒸汽； 而采用雙效濃縮器蒸發(fā)同樣多的水， 則僅需約 570 kg 的生蒸汽，節(jié)約生蒸汽為530 kg,節(jié)約了 48%，近一半的能耗。節(jié)能 效果相當可觀。所以在制藥企業(yè)中采用雙效濃縮器取代單效蒸發(fā)是一 種效果很好的節(jié)能方法,值得大力推廣。既然采用雙效濃縮器如此節(jié)能,那么采用三效或者多效是不是 更能節(jié)約能耗嗎？誠然,效數(shù)越多,熱能利用的循環(huán)次數(shù)也就越多, 從理論上來講也就越節(jié)能。 多效蒸餾水機往往效數(shù)較多, 就是利用這 種原理,它取代了過去老式被淘汰了的重蒸餾水機。 但是在制藥的蒸 發(fā)工藝中,效數(shù)過多并不一定就越好,理由有 2：（ 1 ）多效蒸發(fā)往往 是采用減壓蒸發(fā), 各效中存在一個真

11、空梯度。 而真空度最高的是在末 效,這是因為末效最接近真空源的緣故。 第一效用的是“原始”蒸汽, 即來自鍋爐的一次蒸汽, 它的蒸發(fā)量是最大的, 所以這一效是設(shè)備的 “主力軍”。而由于其真空度比其他效都低,所以這一效設(shè)備的蒸發(fā) 溫度最高。 這是由于一定的真空度是與溶液的沸點相對應(yīng)的, 真空度 越高,沸點就越低,真空度越低,沸點就越高。舉個例子,水在常壓 下（760 mmHg，這時真空度為0。真空度是相對大氣的壓力而言的， 真空度=大氣壓力絕對壓力）沸點是100 Co而在減壓真空情況下， 它的沸點就會降低，在355 mmHg時，沸點為80 C。這就是說，在 此真空條件下，水80 C就沸騰了。如果繼

12、續(xù)減壓（降低絕對壓力） 到188 mmHg，沸點就降低到65 C。我們通常所說的常壓，常常理 解為壓力為零，即壓力表上的指示壓力，說的是“相對壓力” ，是相 對大氣壓而言的， 故有表壓力 =相對壓力 =絕對壓力大氣壓力。 所以， 在表上所顯示的真空數(shù)值往往低于大氣壓的差值。 在一般的單效蒸發(fā) 中，在絕對壓力是 188 mmHg 條件下（相當于真空度為 0.75），蒸 發(fā)的溫度為65 C,而在雙效蒸發(fā)中，相當于在第二效的溫度和壓力 是一樣的條件，這時在第一效中的真空度由于“真空梯度”的原因而 小于這個數(shù)值， 所以第一效的蒸發(fā)溫度就高了。 而蒸發(fā)時的真空度越 高也就是壓力越低的話，對蒸發(fā)越有利，但此時恰恰相反； （ 2）效數(shù) 越多，設(shè)備就越復(fù)雜，不僅投資增大，而且增加了操作維修保養(yǎng)的工 作量和難度 。3. 多效蒸餾水機在實際生產(chǎn)的應(yīng)用 現(xiàn)代設(shè)備管理強調(diào)獲得較高的綜合效率，追求的目標是經(jīng)濟效 益，因此必須把技術(shù)管理與經(jīng)濟管理結(jié)合起來，獲得最佳經(jīng)濟效益。 獲得經(jīng)濟效益的一個有效手段無疑是降低生產(chǎn)的運行成本和能源消 耗，多效蒸餾水機的節(jié)能特點滿足了降低生產(chǎn)的運行成本和能源消耗 的要求，因此在制藥企業(yè)的生產(chǎn)中得到了廣