降膜式MVR蒸發器用于再造煙葉濃縮液制備的工程應用

羅會東

（云南中煙再造煙葉有限責任公司，云南 昆明 650000）

造紙法再造煙葉于2020年國家煙草專賣局將其分為兩個方向，分別為漿液制備與抄造包裝，其中，漿液制備主要包括備料提取、涂布液制備、漿料制備三個部分，抄造包裝包括片基抄造、涂布干燥、分切包裝三個部分。其中，濃縮液制備作為有效成分、致香成分用于產品的關鍵環節，為后續工序提供必要的濃縮液，也是提升工程質量、進行成本控制的主要工序之一，在這個過程中，濃縮設備的選擇能夠直接影響再造煙葉提取液濃縮工程的質量。從我國目前的情況來看，對提取工藝、時間、環境、溫度等方面的研究比較深入，但對于機械設備選擇的研究有所欠缺。因此，分析MVR蒸發器在再造煙葉提取液濃縮工程中的應用十分有必要，能夠為該工程的實際開展提供必要參考，截至2020年，國內現有再造煙葉應用MVR技術十分稀少，不超過三家工業公司實施應用或參與技改該項技術。

1 MVR蒸發器的概述

MVR蒸發器（Mechanical Vapor Recompression）也被稱為機械式蒸汽再壓縮蒸發器，于20世紀90年代被開發并投入應用，具有效率高、能耗低的特點，是一種新型的蒸發設備。MVR蒸發器采用了低溫和低壓蒸汽技術，能夠通過清潔能源產生蒸汽，同時，還可以有效分離媒介中的水分。和傳統蒸發器相比，MVR蒸發器的運行費用較低、對環境能夠起到保護效果，除此之外，該工程在建設過程中的資金投入少、占地面積小，應用了智能技術以提升其自動化水平，確保了運行的穩定性，在運行時并不需要依靠原生蒸汽的支持，在熱敏性物料上的應用也較為合適，因其具備上述各項優勢，在制藥、煙草、化工、造紙、廢水處理等行業得到了廣泛應用。

在造紙法再造煙葉的過程中，主要原料為煙片、煙末、煙灰棒、煙梗，按工藝要求，制作成符合國家規定標準的煙草薄片，再將其作為卷煙的填充物并投入到卷煙生產環節中。根據實際情況來看，造紙法再造煙葉提取液的濃度為5%～8%左右，其中也包括熱敏性物質，該物質會對卷煙填充物的質量產生直接影響，如果使用傳統的蒸發方式，會導致熱敏性物質過多流失，也會增加過多的消耗，在對產品質量造成影響的同時，增加成本投入。而在造紙法再造煙葉提取液濃縮工程中使用MVR蒸發器，能夠有效提升成本的質量，減少能耗，是一種較理想的方式。

2 MVR蒸發器用于再造煙葉提取液濃縮工程的工藝流程

在該工程實際開展的過程中，用于再造煙葉提取液環節的濃縮，MVR+TVR組合應用簡稱為MVR，即為現濃縮液制備的方式，如圖1所示。其中，MVR即為第一段技術，主體為機械蒸汽再壓縮蒸發工藝，采用蒸汽再壓縮技術；TVR為第二段技術，主體為熱力蒸汽再壓縮工藝，采用蒸汽噴射技術。蒸發產生的二次蒸汽經壓縮機壓縮，溫度、壓力升高，熱焓增大，然后，進入蒸發器殼程給受熱側的料液加熱，料液獲得熱量后沸騰汽化產生飽和氣體（即二次蒸汽）。二次蒸汽再經壓縮機重復以上過程。這樣既節省了蒸汽，又省去了冷卻水系統，充分提高了能量利用率。系統包括蒸發器、分離器、蒸汽壓縮機、蒸汽噴射泵、真空系統設備，機封水系統設備、循環冷卻水系統設備、換熱器、儲罐、泵以及項目相關的儀表、控制、電氣、管道管件、閥門、鋼結構、橋架、電纜等內容。

圖1 MVR用于再造煙葉濃縮液制備工藝流程圖

濃縮液制備環節采用七級降膜MVR+兩級降膜TVR蒸發系統，MVR降膜蒸發器分為七個管程，每個管程的完成液體都以同樣方式進入下一管程進行下一步濃縮，物料在降膜蒸發器中以接力方式從第一個管程至第二個管程，然后，從第二個管程至第三個管程，依次進行，第七個管程完成液通過七級轉料泵將物料輸送至TVR降膜降膜蒸發器。

圖2 MVR蒸發器原理示意圖

在經過一系列工藝處理后，可以得到一定濃度的提取液，進料泵將原液緩沖罐的物料依次經過冷凝水預熱器、不凝氣預熱器、生蒸汽預熱器輸送進入MVR降膜蒸發器一級，通過降膜布液器，物料從上而下，受熱蒸發，濃縮液落下至下管箱進行氣液分離，氣液分離后的濃縮液由降膜轉料泵送至降膜蒸發器二效頂部，經過蒸發濃縮后的濃縮液再由降膜轉料泵送至降膜蒸發器三效頂部，以此循環，直至經過降膜蒸發器第七效蒸發濃縮，當MVR降膜蒸發系統出料密度計未達到出料要求時，關閉出料開關閥，開啟循環開關閥，進行物料循環；當MVR降膜蒸發系統出料密度計達到出料要求時，開啟出料開關閥，關閉循環開關閥，利用MVR轉料泵將物料輸送至TVR系統。

MVR轉料泵輸送進入TVR降膜蒸發器的一級，通過TVR一級循環泵將物料輸送至TVR二級降膜，當TVR系統出料密度DT未達到出料要求時，關閉出料開關閥，開啟循環開關閥，進行物料循環；當TVR系統出料密度達到出料要求時，開啟出料調節閥，關閉循環開關閥，利用TVR轉料泵將物料輸送至濃縮液儲罐。

MVR段選擇蒸發溫度為55℃，濃縮過程中，根據蒸發溫度按換算計算得此蒸發溫度下溶液沸點升高接近2℃設計，從MVR分離器出來的55℃二次蒸汽，進入MVR高效離心式蒸汽壓縮機壓縮升溫升壓至63℃，作為MVR降膜蒸發器的熱源；

TVR段蒸發溫度為50℃，從TVR分離器出來的50℃二次蒸汽，部分進入噴射泵與生蒸汽混合后溫度到58～60℃，作為TVR降膜蒸發器的熱源。

MVR和TVR系統產生的冷凝成水流至冷凝水罐并由冷凝水泵輸送至板式換熱器與原液進行換熱，溫度降至50～55℃排出系統。

3 工程運行情況

系統的主要運行指標對比：根據不同設備選型及供應需求，在開展的過程中，不同處理能力的設備在設計時規定了相關技術指標，如進料量、蒸發量、處理能力、進料提取液濃度要求、進料溫度、可溶于水的有效成分含量（HWS）等指標。現以一套MVR系統設計指標、實際運用與傳統濃縮器對比數據見表1所示。

表1 A系統技術參數表

通過對表2的分析可以看出，各項目在運行過程中所產生的經濟能耗，其中包括了各設備產生的電量以及設備單價，由此可見比起傳統設備來大大減少，能夠為相關單位節省大量成本。

4 結語

在經過對MVR蒸發器原理、再造煙葉提取液蒸發濃縮工藝流程、蒸發濃縮系統主要運行指標、進出料流量情況、進出料溫度情況、進出料濃度情況、蒸汽流量情況、經濟能耗進行了全面了解和分析后，可以得知，MVR蒸發濃縮器具有高度的自動化特點，運行較為穩定，在運行過程中，能夠減少熱敏性物質的過多消耗，與此同時，具有能耗低、成本低的特點，在提升產品質量和生產效率的同時，能夠為有關單位節省大量資金。