多效蒸馏水机的特点与应用.docx
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多效蒸馏水机的特点与应用
多效蒸馏水机的特点与应用
摘要：
阐述多效蒸馏水机的基本机器结构，工作原理，工作流程，通过分析蒸发和冷凝的相变过程中的的热量吸收和释放变化，依据注射用水在制备总过程中是由水（原料水）到水（注射水）的过程，无相变的情况，说明多效蒸馏水机充分利用相变释放的能量的特点实现节能以及在实际生产中的应用。
主题词：
多效；一次蒸汽；蒸发与冷凝；相变；能量消耗；节能应用
正文：
注射用水制备系统是注射剂生产的关键系统。
注射用水是注射剂日常生产过程中不可缺少的组成部分，在房间和设备清洗，容器、工器具、胶塞、洁净服清洗，药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备系统特点和注射用水制备过程中应做到尽可能节能就变得十分有必要了。
多效蒸馏水机是目前应用最为广泛的注射用水制备系统的关键设备。
多效蒸馏水机采用高温高压操作，确保稳定生产无热原注射用水。
多效蒸馏水机所生产的蒸馏水，完全满足现行美国药典、欧洲药典、日本药典和中国药典中关于注射用水的要求。
1.多效蒸馏水机的机器结构、工作原理与工作流程
1.1多效蒸馏水机的机器结构
多效蒸馏水机主要由蒸发器、预热器、冷凝器、电气自动控制部分组成。
蒸发器采用垂直列管降膜蒸发原理，为确保蒸馏水质量，蒸发器内装有特殊的汽水分离装置（分螺旋离心分离式及丝网除沫式两种）离心分离器的作用是除去蒸汽中的液滴
示。
1.2多效蒸馏水机的工作原理
多效蒸馏水机依据各效蒸发器之间工作压力不同，第一效产生的纯蒸汽可以作下一效的加热蒸汽（一效加热蒸汽为锅炉蒸汽）如此经过多效的换热蒸发，原料水被充分汽化，各效产生的纯蒸汽则在换热过程中被冷却为蒸馏水，从而达到节约加热蒸汽和冷却水的目的。
1.3工作流程
合格的原料水（注1）由多级泵增压后经流量计进入冷凝器进行热交换，再依次进入各效预热器，经热交换后温度可以达到比各效蒸发器加热蒸汽低10~15℃，然后进入一效蒸发器经料水分配器喷射在加热管内壁，使料水在管内成膜状流动，被来自锅炉的蒸汽加热汽化（垂直列管降膜蒸发），产生夹带水滴的二次蒸汽，从加热管下端进入汽水分离装置，被分离的纯蒸汽进入下一效，未被蒸发的原料水进入下一效，重复上述过程，其余各效工作流程与第一效相同。
唯有第一效蒸发器的加热蒸汽是来自锅炉，因而该效的冷凝水不能作为蒸馏水（注2）用，应排回锅炉房或作它用，其余各效的冷凝水是由纯蒸汽冷凝，热源已经丢掉，故可成为合格蒸馏水。
另外，末效的蒸剩水，因为夹带全部料水中的杂质和热源，必须作为污水排放或另作它用；末效产生的纯蒸汽进入冷凝器后，同来自各效的冷凝水汇合冷却，经排除不溶性气体后，成为蒸馏水，温度可达到92~
99℃。
同时进入冷凝器的末效纯蒸汽和各效的冷凝水，都是通过蒸发器内装有特殊的汽水分离装置（分螺旋离心分离式及丝网除沫式两种）分离过，根据热原的不挥发性特点，达到了去除热原的目的。
从蒸馏水机出来的蒸馏水质量，由电导探测器在线检测自动控制，若蒸馏水符合规定的质量要求，即从管道导出至蒸馏水储罐。
如果不合格，即自动切换从管道导出排掉或另作它用。
2.多效蒸发的节能分析
蒸发的单元操作，涉及到传热的问题，这种传热的过程使得介质发生了“相变”。
例如，蒸发是使水由液体变成了气体，即由“液相”变成了“汽相”。
这种“相变”过程对能量的消耗特别大。
我们都知道，水的比热为1kcal/kg·℃，也就是说，1kg的水，温度每上升1℃需要1kcal的热量。
对1kg的水加热从0℃上升到100℃沸腾，理论上也就仅需要大约100kcal的热量。
但如果将其在此100℃时加热使它汽化，成为同温度的蒸汽，则需要约539kcal的热量。
这就是说，能耗是相当于使同样重量的水温度每升高1℃所需热量的539倍。
这个使其发生“相变”的热量称之为“汽化热”。
反过来，1kg100℃的蒸汽冷凝成同温度的水产生“相变”时也会放出这么多热量的，这个热也可称之为“冷凝热”，所以汽化热和冷凝热对同一种物质在相同温度下的数值是相等的。
锅炉产生的加热蒸汽就是因为释放了冷凝热而纯化水被加热和蒸发的，而同时锅炉蒸汽成了凝水，由汽态变成了液态。
所以，有相变与无相变的传热与能耗之间的差别是很大的。
这也是很多药厂的能耗在蒸发工艺上所占据的比例特别高的原因所在。
尤其是在蒸发这个工段，由于蒸发的量一般都较大，所以能耗必然就很高。
因此，对此问题进行分析和寻求解决的途径会对企业的节能工作起着十分重要的作用。
在蒸发工艺中，热交换器的使用是很频繁的。
其既用于加热和使溶液汽化的“加热器”和“蒸发器’，同时又要设置相应的为了让这些汽化了的蒸汽重又凝成液体的“冷凝器”和“冷却器”。
所以，从注射用水的制备工艺通过加热蒸发完成的结果上来分析，水从“液相”变成了“汽相”之后，还需从“汽相”返回“液相”，此结果使能源大量消耗。
蒸发，使其从液相变为汽相，要消耗大量的汽化热；而冷凝，则又要把汽化热重又凝成液体。
而为了使其冷凝又不得不耗用大量的冷却水（另一种大量消耗能源的形式）。
这是一种典型的通常所见的所谓“单效蒸发”。
上述看来，其实这种能源的消耗是非常“冤枉”的。
很明显，蒸发过程其实是物质的迁移过程，并没有发生化学变化和化学反应，而从实际结果来看，并没有发生“相变”。
因为原来原料中的液体的一部分，所谓蒸发出去的那部分只是换了个地方，仅仅不回到原来的水（纯化水）中而已，但结果还是变成了水（注射水）。
为了尽量利用已经蒸发的水蒸汽中所含有的热能（汽化热），人们想到用它作为热源继续来加热尚未蒸发的水。
为了区别水蒸汽与初始作为热源蒸汽的区别，我们把它叫做“二次蒸汽”，而锅炉所供加热的蒸汽则称为“生蒸汽”或“一次蒸汽”。
这时，二次蒸汽就不用消耗冷却水来“剥夺”其所具有的汽化热，而使这部分能量作为热
量来源来加热尚未蒸发的纯化水，这样一来纯化水的蒸发量就增加了。
而且，二次蒸汽在加热纯化水的同时其自身又被冷却下来，被还原成了原本要用冷却水来冷却所得到的液相，又大大节省了冷却水的消耗。
使得原本要用冷却水来“解决”问题的对象——纯化水的蒸汽变成了能再加热的能源，此方法一举两得，的确相当节能。
我们可以称之为“双效蒸发”，其设备则是双效蒸发器。
其节能效果相当的明显。
一般来说，采用单效浓缩器蒸发1000kg水，需要约1100kg从锅炉产生的生蒸汽；而采用双效浓缩器蒸发同样多的水，则仅需约570kg的生蒸汽，节约生蒸汽为530kg，节约了48%，近一半的能耗。
节能效果相当可观。
所以在制药企业中采用双效浓缩器取代单效蒸发是一种效果很好的节能方法，值得大力推广。
既然采用双效浓缩器如此节能，那么采用三效或者多效是不是更能节约能耗吗？
诚然，效数越多，热能利用的循环次数也就越多，从理论上来讲也就越节能。
多效蒸馏水机往往效数较多，就是利用这种原理，它取代了过去老式被淘汰了的重蒸馏水机。
但是在制药的蒸发工艺中，效数过多并不一定就越好，理由有2：
（1）多效蒸发往往是采用减压蒸发，各效中存在一个真空梯度。
而真空度最高的是在末效，这是因为末效最接近真空源的缘故。
第一效用的是“原始”蒸汽，即来自锅炉的一次蒸汽，它的蒸发量是最大的，所以这一效是设备的“主力军”。
而由于其真空度比其他效都低，所以这一效设备的蒸发温度最高。
这是由于一定的真空度是与溶液的沸点相对应的，真空度越高，沸点就越低，真空度越低，沸点就越高。
举个例子，水在常压下（760mmHg，这时真空度为0。
真空度是相对大气的压力而言的，真空度=大气压力－绝对压力）沸点是100
℃。
而在减压真空情况下，它的沸点就会降低，在355mmHg时，沸点为80℃。
这就是说，在此真空条件下，水80℃就沸腾了。
如果继续减压（降低绝对压力）到188mmHg，沸点就降低到65℃。
我们通常所说的常压，常常理解为压力为零，即压力表上的指示压力，说的是“相对压力”，是相对大气压而言的，故有表压力=相对压力=绝对压力－大气压力。
所以，在表上所显示的真空数值往往低于大气压的差值。
在一般的单效蒸发中，在绝对压力是188mmHg条件下（相当于真空度为0.75），蒸发的温度为65℃，而在双效蒸发中，相当于在第二效的温度和压力是一样的条件，这时在第一效中的真空度由于“真空梯度”的原因而小于这个数值，所以第一效的蒸发温度就高了。
而蒸发时的真空度越高也就是压力越低的话，对蒸发越有利，但此时恰恰相反；
（2）效数越多，设备就越复杂，不仅投资增大，而且增加了操作维修保养的工作量和难度。
3.多效蒸馏水机在实际生产的应用
现代设备管理强调获得较高的综合效率，追求的目标是经济效益，因此必须把技术管理与经济管理结合起来，获得最佳经济效益。
获得经济效益的一个有效手段无疑是降低生产的运行成本和能源消耗，多效蒸馏水机的节能特点满足了降低生产的运行成本和能源消耗的要求，因此在制药企业的生产中得到了广泛的应用。
4．结语
本文从多效蒸馏水机的基本结构、工艺流程与工作原理出发，对其特点作了介绍，也阐述了其如何制备出合格的注射用水，分析了其在实际生产中大量节省能源的事实，说明了其在现今注射剂生产中广泛应用的原因。
注1：
去离子水，又称纯化水，电导率＜2μs/cm；
注2：
又称注射用水，电导率＜1μs/cm（电阻率＞1MΩ/cm）的无热原、无重金属离子等符合药典要求的蒸馏水。
（注：
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）
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