降膜式MVR蒸发器用于再造烟叶浓缩液制备的工程应用

罗会东

（云南中烟再造烟叶有限责任公司，云南 昆明 650000）

造纸法再造烟叶于2020年国家烟草专卖局将其分为两个方向，分别为浆液制备与抄造包装，其中，浆液制备主要包括备料提取、涂布液制备、浆料制备三个部分，抄造包装包括片基抄造、涂布干燥、分切包装三个部分。其中，浓缩液制备作为有效成分、致香成分用于产品的关键环节，为后续工序提供必要的浓缩液，也是提升工程质量、进行成本控制的主要工序之一，在这个过程中，浓缩设备的选择能够直接影响再造烟叶提取液浓缩工程的质量。从我国目前的情况来看，对提取工艺、时间、环境、温度等方面的研究比较深入，但对于机械设备选择的研究有所欠缺。因此，分析MVR蒸发器在再造烟叶提取液浓缩工程中的应用十分有必要，能够为该工程的实际开展提供必要参考，截至2020年，国内现有再造烟叶应用MVR技术十分稀少，不超过三家工业公司实施应用或参与技改该项技术。

1 MVR蒸发器的概述

MVR蒸发器（Mechanical Vapor Recompression）也被称为机械式蒸汽再压缩蒸发器，于20世纪90年代被开发并投入应用，具有效率高、能耗低的特点，是一种新型的蒸发设备。MVR蒸发器采用了低温和低压蒸汽技术，能够通过清洁能源产生蒸汽，同时，还可以有效分离媒介中的水分。和传统蒸发器相比，MVR蒸发器的运行费用较低、对环境能够起到保护效果，除此之外，该工程在建设过程中的资金投入少、占地面积小，应用了智能技术以提升其自动化水平，确保了运行的稳定性，在运行时并不需要依靠原生蒸汽的支持，在热敏性物料上的应用也较为合适，因其具备上述各项优势，在制药、烟草、化工、造纸、废水处理等行业得到了广泛应用。

在造纸法再造烟叶的过程中，主要原料为烟片、烟末、烟灰棒、烟梗，按工艺要求，制作成符合国家规定标准的烟草薄片，再将其作为卷烟的填充物并投入到卷烟生产环节中。根据实际情况来看，造纸法再造烟叶提取液的浓度为5%～8%左右，其中也包括热敏性物质，该物质会对卷烟填充物的质量产生直接影响，如果使用传统的蒸发方式，会导致热敏性物质过多流失，也会增加过多的消耗，在对产品质量造成影响的同时，增加成本投入。而在造纸法再造烟叶提取液浓缩工程中使用MVR蒸发器，能够有效提升成本的质量，减少能耗，是一种较理想的方式。

2 MVR蒸发器用于再造烟叶提取液浓缩工程的工艺流程

在该工程实际开展的过程中，用于再造烟叶提取液环节的浓缩，MVR+TVR组合应用简称为MVR，即为现浓缩液制备的方式，如图1所示。其中，MVR即为第一段技术，主体为机械蒸汽再压缩蒸发工艺，采用蒸汽再压缩技术；TVR为第二段技术，主体为热力蒸汽再压缩工艺，采用蒸汽喷射技术。蒸发产生的二次蒸汽经压缩机压缩，温度、压力升高，热焓增大，然后，进入蒸发器壳程给受热侧的料液加热，料液获得热量后沸腾汽化产生饱和气体（即二次蒸汽）。二次蒸汽再经压缩机重复以上过程。这样既节省了蒸汽，又省去了冷却水系统，充分提高了能量利用率。系统包括蒸发器、分离器、蒸汽压缩机、蒸汽喷射泵、真空系统设备，机封水系统设备、循环冷却水系统设备、换热器、储罐、泵以及项目相关的仪表、控制、电气、管道管件、阀门、钢结构、桥架、电缆等内容。

图1 MVR用于再造烟叶浓缩液制备工艺流程图

浓缩液制备环节采用七级降膜MVR+两级降膜TVR蒸发系统，MVR降膜蒸发器分为七个管程，每个管程的完成液体都以同样方式进入下一管程进行下一步浓缩，物料在降膜蒸发器中以接力方式从第一个管程至第二个管程，然后，从第二个管程至第三个管程，依次进行，第七个管程完成液通过七级转料泵将物料输送至TVR降膜降膜蒸发器。

图2 MVR蒸发器原理示意图

在经过一系列工艺处理后，可以得到一定浓度的提取液，进料泵将原液缓冲罐的物料依次经过冷凝水预热器、不凝气预热器、生蒸汽预热器输送进入MVR降膜蒸发器一级，通过降膜布液器，物料从上而下，受热蒸发，浓缩液落下至下管箱进行气液分离，气液分离后的浓缩液由降膜转料泵送至降膜蒸发器二效顶部，经过蒸发浓缩后的浓缩液再由降膜转料泵送至降膜蒸发器三效顶部，以此循环，直至经过降膜蒸发器第七效蒸发浓缩，当MVR降膜蒸发系统出料密度计未达到出料要求时，关闭出料开关阀，开启循环开关阀，进行物料循环；当MVR降膜蒸发系统出料密度计达到出料要求时，开启出料开关阀，关闭循环开关阀，利用MVR转料泵将物料输送至TVR系统。

MVR转料泵输送进入TVR降膜蒸发器的一级，通过TVR一级循环泵将物料输送至TVR二级降膜，当TVR系统出料密度DT未达到出料要求时，关闭出料开关阀，开启循环开关阀，进行物料循环；当TVR系统出料密度达到出料要求时，开启出料调节阀，关闭循环开关阀，利用TVR转料泵将物料输送至浓缩液储罐。

MVR段选择蒸发温度为55℃，浓缩过程中，根据蒸发温度按换算计算得此蒸发温度下溶液沸点升高接近2℃设计，从MVR分离器出来的55℃二次蒸汽，进入MVR高效离心式蒸汽压缩机压缩升温升压至63℃，作为MVR降膜蒸发器的热源；

TVR段蒸发温度为50℃，从TVR分离器出来的50℃二次蒸汽，部分进入喷射泵与生蒸汽混合后温度到58～60℃，作为TVR降膜蒸发器的热源。

MVR和TVR系统产生的冷凝成水流至冷凝水罐并由冷凝水泵输送至板式换热器与原液进行换热，温度降至50～55℃排出系统。

3 工程运行情况

系统的主要运行指标对比：根据不同设备选型及供应需求，在开展的过程中，不同处理能力的设备在设计时规定了相关技术指标，如进料量、蒸发量、处理能力、进料提取液浓度要求、进料温度、可溶于水的有效成分含量（HWS）等指标。现以一套MVR系统设计指标、实际运用与传统浓缩器对比数据见表1所示。

表1 A系统技术参数表

通过对表2的分析可以看出，各项目在运行过程中所产生的经济能耗，其中包括了各设备产生的电量以及设备单价，由此可见比起传统设备来大大减少，能够为相关单位节省大量成本。

4 结语

在经过对MVR蒸发器原理、再造烟叶提取液蒸发浓缩工艺流程、蒸发浓缩系统主要运行指标、进出料流量情况、进出料温度情况、进出料浓度情况、蒸汽流量情况、经济能耗进行了全面了解和分析后，可以得知，MVR蒸发浓缩器具有高度的自动化特点，运行较为稳定，在运行过程中，能够减少热敏性物质的过多消耗，与此同时，具有能耗低、成本低的特点，在提升产品质量和生产效率的同时，能够为有关单位节省大量资金。