MVR技术能极大的降低能耗、节省能源、降低成本、减轻污染的卓越性能，并能极大提高用户的核心竞争力、降低生产成本、提高工作效率。因此，研究MVR技术的原理在医药、化工等领域的应用拥有其特殊的价值。

MVR是机械蒸汽再压缩技术（mechanical vapor recompression）的简称。早在20世纪60年代，德国和法国便已成功的将该技术用于化工、食品、造纸、医药、海水淡化及水处理领域，MVR可重新利用它自身产生的二次蒸汽的能量，从而减少对外界能源需求的节能技术。

工作原理

机械蒸汽再压缩技术的工作过程为，溶液在一个降膜蒸发器里，通过物料循环泵在加热管内循环，初始蒸汽用新鲜蒸汽在管外给热，加热溶液至沸腾产生二次蒸汽，并由涡轮增压风机吸入，经增压后，二次蒸汽温度提高，作为加热热源进入加热室循环蒸发。正常启动后，涡轮压缩机将二次蒸汽吸入，经增压后变为加热蒸汽。之后便这样重复进行循环蒸发，蒸发出的水分最终变成冷凝水排出。

蒸发器的工作过程是将低温位的蒸汽经压缩机压缩，温度、压力提高，热焾增加，然后进入换热器冷凝，以充分利用蒸汽的潜热，使原本要废弃的蒸汽得到了充分的利用，回收了潜热，又提高了热效率，生蒸汽的经济性相当于多效蒸发的30效。为使蒸发装置的制造尽可能简单和操作方便，经常使用单效离心再压缩器，也可使用高压风机或透平压缩器。

能量流动

如图2所示，蒸发器产生的二次蒸汽中所蕴含的大部分低品位能量B被压缩机收集起来，并在花费很小电能代价D的基础上，将这部分二次蒸汽提高为高品质的能量，送回蒸发器来作为热源使用。在这一过程中，整个系统仅仅损失了很小一部分能量，对于传统的多效蒸发系统，由上一效蒸发器产生的二次蒸汽虽然在下一效得到了使用，但是最末一效产生出的二次蒸汽还是被冷凝排掉了，这就使得二次蒸汽中所蕴含的驲B被浪费掉了。

单级离心压缩机能量计算

由于成本原因，单级离心压缩机和高压风机被普遍用于机械蒸汽再压缩系统。离心压缩机是体积控制机器，即无论吸入压力多大，体积流率几乎保持恒定，而质量流量的变化与绝对吸入压力成比例。单级离心压缩机的压缩循环描绘在焓熵图中，单级离心压缩机需要的动力：

例如：将来自蒸发器的饱和水蒸汽从吸入状态P1=0.19MPa，T1=119℃压缩到P2=0.27MPa，T2=161℃（压缩比∏=1.4）。压缩循环沿着多变曲线1-2，蒸汽的比焓增加量4hp。对于蒸汽的比焓h2，通过压缩机内效率（等熵效率）的等式，在此温度下，它进入到蒸发器的加热器。基于被吸入蒸汽的量1（kg/hr），hp单位多变（有效）压缩功 （kJ/kg），hs单位等熵压缩功（kJ/kg）。

压缩机的等熵效率（内效率）除其他因素之外，单位多变压缩功hp取决于多方指数k和吸入气体的摩尔质量M，以及吸入温度和要求的压升。对于原动机（电动机、燃气机、涡轮机等）的实际耦合功率，考虑了更大的机械损耗余量。叶轮由标准材料制造的单级离心压缩机能够获得压缩因子1.8的水蒸汽压升，如果采用钛等更高质量的材料，压缩因子可高达2.5。这样一来，最终压力P2就是吸入压力P1的1.8倍，或最大2.5倍，这对应于饮和蒸汽温度升高约12~18K，最大温升可到30K，这取决于吸入压力。就蒸发技术而言，通常的做法是根据相应的水沸点温度来表示其压力。这样，有效温差就被直接表示出来。

利用高能效蒸汽压缩机压缩蒸发产生的二次蒸汽，把电能转换成热能，提高二次蒸汽的焓，被提高热能的二次蒸汽打入蒸发室进行加热，以达到循环利用二次蒸汽已有的热能，从而可以不需要外部鲜蒸汽，通过蒸发器自循环来实现蒸发浓缩的目的。通过PLC、工业计算机（FA）、组态等形式来控制系统温度、压力、马达转速，保持系统蒸发平衡。

MVR技术的特点

MVR技术具有如下特点：

超低的能耗——降低运行成本；

低温差，温和的蒸发物料——保证产品质量；

物料停留时间短——可提高生产率；

简单的流程，可靠的效果——降低维护成本；

全自动化操作，安全可靠——降低人力成本；

压缩机采用变频控制——可根据实际生产情况改变能耗；

公用工程配套少，工程总投资少；

无需原生蒸汽；

可在40℃下蒸发而无需冷冻设备，特别适合热敏性物料。

此外，MVR技术还拥有其他优点。通过使用相对少的能量，即在压缩热泵情况下的压缩机叶轮的机械能，能量被加入工艺加热介质中并进入连续循环，在此情况下，不需要一次蒸汽作为加热介质。

能耗低。在能源价格不断上升的情况下，电能的价格较平稳，采用使用电能且能耗低的MVR蒸发器对企业的竞争力有极大的提升。

不属于压力容器范畴。传统多效蒸发器在使用时，操作人员必须持有压力容器使用资格证，且需要按照国家相关标准进行申报、审批、安检等程序，而MVR蒸发器只利用电能，不需要安监部门的监管。

安全性能高。传统蒸发器使用高温高压蒸汽作为热源，在使用过程中存在爆炸、烫伤等安全隐患，而MVR蒸发器可不使用蒸汽，避免了相应的安全隐患。

自动化程度高。由于设计原理上的限制，传统蒸发器自动化程度都比较低，人工操作量大，而MVR结晶蒸发器可完全实现全自动运行，只有极少的人工操作量。

人力成本低。MVR结晶蒸发器可完全实现自动化运行，仅仅需要极少数的操作人员就能满足设备的正常运转。

与传统蒸汽蒸发器、蒸汽反应釜相比，MVR蒸发器为温和蒸发，加热蒸汽与药液的温差小（一般不超过10℃），而蒸气蒸发器为强烈蒸发，其一效的温差一般都在30℃以上，因为MVR蒸发器不会产生结焦粘管的现象，而蒸汽则易产生此类问题，影响到设备的换热效果和蒸发量，且不易清洗干净。

MVR技术的应用范围包括蒸发浓缩、蒸发结晶、低温蒸发。

运行成本

蒸汽价格：以自来水按4.5元/t、天然气2.25元/m3、电价为阶梯电价，从0.39~1元左右不等，分4个时段。用全年费用除以全年用量，每度电价为0.7588元。以下计算以此为基础。

燃气锅炉成本

江中制药现有1台6t燃气锅炉、1台6t燃煤锅炉。燃气锅炉耗用天然气425m3/h，产汽6t/h，每吨蒸汽耗气花费159.375元；耗电45.5Kw（燃烧机15Kw、水泵7.5Kw、循环泵2台×4=8Kw、给水泵15Kw），每吨蒸汽电费5.75元；耗水（软水）约7t，价格约5.5元/t（含软化处理费用1元/t），每吨蒸汽水费6.45元；每班3人（其中水处理1人），按30000元/人计算，则每吨蒸汽人工费30000×3/250d/（6t×8h）=7.5元。燃气锅炉每吨蒸汽成本为179.075元。

燃煤锅炉煤炭价格650元/t，由于该锅炉效率低下，每吨煤约能烧5t蒸汽，每小时产汽3t左右。每吨蒸汽耗煤费130元；耗电约72Kw，每吨蒸汽电费8.21元；水费7.33元；人工费每班24吨，费用计算方法同上，需要30000×3/250/（3t×8h=15元/吨蒸汽。燃煤锅炉每吨成本为170.54元。

综合蒸汽成本：燃煤锅炉和燃气锅炉综合平均费用为174.81元/t。

双效能耗

耗汽：按理论计算，双效浓缩器2000型耗汽1.2t/h，实际应该超过1.2t/h。蒸发能力在1200L/h，实际效率按75%计算，每小时蒸发1.5t。则每蒸发1t水耗汽需花费139.85元。

耗电：真空泵15Kw、循环水泵37Kw/4（4 台双效平均消耗）=9.25Kw；冷却塔5.5Kw/4台（同上）=1.375Kw。每台共耗电25.625Kw。蒸发水所花电费为12.96元/t。

水损失（江中制药的冷却循环水为软水、成本同锅炉软水）：按理论计算，冷却塔的水损失（含蒸发损失和飘洒损失）在0.8%~1%，江中制药循环水泵处理能力为200t/h，则每小时损失1.6~2t，按损失1.8t/h计算，则每蒸发1t水需花费水费1.65元。

综上，双效每蒸发1吨水综合费用为154.46元。

MVR能耗

根据一个月的使用统计，共蒸发水量为427.482t，总耗电17418度，平均每蒸发1t水耗电40.74度，费用为30.91元。

耗汽：根据统计，共蒸发水157.348t，耗汽47.71Kg，每蒸发1t水耗汽费用为0.053元，几乎可以忽略不计。MVR浓缩器每蒸发1t水的费用为30.963元。

通过比较，每蒸发1t水，MVR浓缩器比双效节约123.497元，节能率约80%。在实际使用中，设备共运行227d，共蒸发427.482t水，耗时212.06h，平均蒸发速度为2.0158t/h。这台MVR浓缩器每天按工作20h，每小时蒸发能力按平均2t计算，每天可以蒸发40t，全年运行330d，则每年可节约163万元。

整体自动化控制

整套蒸发系统的运做是通过PLC软件来控制的，所有的输出和输入信号，还有系统的操作都由配套的计算机完成。设备的自动化系统由启动、转换、蒸发产品、清洗和停机部分组成。整套控制系统配有内置的安全操作系统以防止生产过程中对产品质量的损害和重要部件的损坏。

自控系统的上位机操作系统采用的是性能优良的组态软件。具有强大组态功能，能够最合理地完成整个项目的总系统图、工艺流程画面、控制流程总图等多窗口显示；动态的工艺流程画面；设备运行状态和过程参数；各个独立控制站的状态显示，报警及事件的自动记录。系统可在线打印趋势图、生产报表生成、数据处理、上位控制命令发送，自动/手动切换等技术功能，并且汉化的编辑对话框更使用户在后期的维护简易可行。

现场控制系统采用具有强大处理能力和较大的存储空间的中小型 PLC。该PLC采用灵活的模块化设计，结构紧凑，Micro PLC内置人机界面接口和多种通讯扩展接口，易于实现与其他设备的连接；64点I/O模块的应用使Micro PLC成为应用十分广泛的控制器。简易的编程调试软件具有与中型PLC同样的通讯语句、PID调节语句、各种运算语句等功能函数，并增加了在线修改等调试诊断工具，丰富了Micro PLC的应用范围，减少了系统设计时间。

上位机操作系统与现场控制系统是通过工业以太网TCP/IP协议，它是基于10/100Mbps 以太网的开放网络技术，拥有广泛的厂商支持。能够简单方便地链接到第三方，具有更好的开放性、可靠性、经济性、先进性。

自动化系统具有的主要功能包括：

远程启动，运行预设定参数，以达到稳定蒸发状态；

远程关机；

远程自动清洗系统，可以自动定时清洗，也可手动随时清洗。保持传热系数，提高生产率；

自动报警系统；

自动提示错误，帮助使用人员快速排错；

自动保护系统。如出现液位不停升高或不停减低到警戒线的时候，系统会自动进入保护状态；

压缩机保护系统，使用特殊设计来降低压缩机工作时的温度，保证压缩后的蒸汽温度恒定和压缩机长期稳定工作；

蒸发器压力控制系统，特殊设计的压力控制系统，保证蒸发器压力的恒定，确保蒸发器温度的恒定，保证蒸发效果。

小结

MVR技术能极大地降低能耗、节省能源、降低成本、减轻污染，其广泛应用能彻底改变我国蒸发器行业依赖蒸汽锅炉、能耗高、CO2排放量大、污染严重的落后局面，弥补了我国该领域技术空白。MVR技术能极大提高用户的核心竞争力，降低生产成本，提高工作效率。