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1MVR與其他蒸發(fā)工藝的對比

目前用于食品工業(yè)的蒸發(fā)工藝主要有三種形式（如圖2所示）：傳統(tǒng)蒸發(fā)工藝、熱力蒸汽再壓縮（Ther⁃moVaporRecompression，TVR）、機(jī)械蒸汽再壓縮（MechanicalVaporRecompression，MVR）。傳統(tǒng)蒸發(fā)工藝[5]：包括單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)。其中，單效是指二次蒸汽直接冷凝，不再利用其冷凝熱的蒸發(fā)濃縮過程；多效是指將二次蒸汽引到下一濃縮器作為加熱蒸汽，再利用其冷凝熱的蒸發(fā)濃縮過程。主要由主體蒸發(fā)器、冷凝器及抽真空裝置等組成（以降膜式蒸發(fā)器為例）。TVR蒸發(fā)工藝[6]：是在傳統(tǒng)蒸發(fā)工藝基礎(chǔ)上，對二次蒸汽進(jìn)行部分利用，其中核心部件是蒸汽噴射泵。簡單的說，蒸汽噴射泵的作用是利用高品位蒸汽引射低壓蒸汽，使低壓蒸汽的品質(zhì)得到提升，得以重新利用，從而達(dá)到節(jié)能的目的。其節(jié)能率可達(dá)到35%左右。表1列出了上述3種蒸發(fā)器的性能對比結(jié)果。由表1可以看出，MVR蒸發(fā)器節(jié)能優(yōu)勢較為明顯。

2MVR在食品工業(yè)中的應(yīng)用

在全世界范圍內(nèi)，最初食品工業(yè)中機(jī)械蒸汽再壓縮幾乎只用于乳品工業(yè)，經(jīng)數(shù)年發(fā)展，其應(yīng)用逐漸擴(kuò)展到谷類加工、蔬菜加工、果汁、釀酒、淀粉、制糖、添加劑、發(fā)酵工業(yè)等領(lǐng)域。1978年MVR蒸發(fā)器開始用于乳品工業(yè)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)及TVR蒸發(fā)設(shè)備生產(chǎn)全脂乳粉、脫脂乳粉、嬰兒配方粉等產(chǎn)品。至1990年世界乳業(yè)已有近100臺多效MVR蒸發(fā)器在運(yùn)行[9]。圖3為德國GEA公司機(jī)械蒸汽再壓縮手冊中的一套帶環(huán)繞式分離器，下游配備后濃縮器，用于生產(chǎn)乳制品和乳清制品的MVR、TVR聯(lián)用的一效降膜蒸發(fā)系統(tǒng)。但對電汽價(jià)比較高的國家和地區(qū)并不合適，且成套設(shè)備的初期投資較高，我國乳業(yè)至今尚無應(yīng)用MVR技術(shù)的蒸發(fā)器[8]。1971年，日本加藤化學(xué)株式會社一工廠以玉米為原料，采用MVR板殼式蒸發(fā)器蒸發(fā)濃縮糖漿。長期生產(chǎn)運(yùn)行證明，在生產(chǎn)能力相同的情況下新裝置能耗只相當(dāng)于原來四效蒸發(fā)裝置的1/10左右[10]。1982年，美國Dale[11]等用離心、傳統(tǒng)蒸發(fā)、MVR蒸發(fā)和反滲透四種方式，分別組成五套系統(tǒng)（其中，系統(tǒng)一，只用三效傳統(tǒng)蒸發(fā)；系統(tǒng)二，先離心，再用三效傳統(tǒng)蒸發(fā)；系統(tǒng)三，用三效MVR蒸發(fā)；系統(tǒng)四，先離心，再用三效MVR蒸發(fā)；系統(tǒng)五，離心后用反滲透，再用三效MVR蒸發(fā)）來濃縮番茄，生產(chǎn)番茄醬等產(chǎn)品。最后得出結(jié)論：離心對濃縮結(jié)果影響不大，而MVR與傳統(tǒng)蒸發(fā)相比經(jīng)濟(jì)性有很大提高，而加入反滲透預(yù)處理的MVR蒸發(fā)相比只用MVR蒸發(fā)的經(jīng)濟(jì)性提高也很顯著。

1985年，Dietrich[12]介紹了MVR蒸發(fā)器在糖果廠的應(yīng)用，闡述了MVR降膜蒸發(fā)器、傳統(tǒng)蒸發(fā)器和壓縮機(jī)操控方式，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)運(yùn)用到蒸發(fā)系統(tǒng)中的操控方式，當(dāng)時(shí)國外應(yīng)用MVR蒸發(fā)器的較為廣泛。2001年，Grattieri[13]等闡述了MVR蒸發(fā)器廣泛應(yīng)用于意大利食品工業(yè)，包括乳品中乳清濃縮、牛奶濃縮等，果蔬汁生產(chǎn)中番茄汁、甜菜汁、葡萄汁的濃縮等，以及淀粉的生產(chǎn)等。并對帕爾馬的一個(gè)用于濃縮番茄汁的單效MVR示范蒸發(fā)器，與傳統(tǒng)的三效蒸發(fā)器進(jìn)行了成本的對比，發(fā)現(xiàn)MVR蒸發(fā)器的能源消耗小的將近三分之一。最終得出結(jié)論，MVR蒸發(fā)器不但節(jié)能而且更加經(jīng)濟(jì)，希望更多食品企業(yè)能夠使用。2012年，Sorour[14]等分析了橙汁濃縮過程中使用MVR以及TVR兩種不同工藝的蒸汽消耗量、電能消耗、壓縮機(jī)成本以及蒸發(fā)器成本各項(xiàng)的費(fèi)用，并進(jìn)行了對比，得出的結(jié)論為：選用TVR設(shè)備總體成本最低。由于此文介紹的工廠位于埃及，蒸汽價(jià)格很低（15埃及鎊/t，人民幣約為13元/t），而電價(jià)相對較高（0.3埃及鎊/噸，人民幣約為0.26元/度），因此電汽價(jià)比很高，MVR并不適用，反而沒有TVR節(jié)省成本。

MVR技術(shù)在國外許多行業(yè)都有涉及，如食品和飲料工業(yè)（牛奶、乳清、糖溶液的蒸發(fā)，各類果汁的濃縮）、化學(xué)工業(yè)、制鹽工業(yè)（鹽溶液的蒸發(fā)）、環(huán)保技術(shù)（廢水的濃縮）等，并逐步替代傳統(tǒng)濃縮蒸發(fā)設(shè)備。相比國內(nèi)，1989年四川自貢張家壩化工廠首次引進(jìn)MVR裝置，運(yùn)行四年后由于各種原因而淘汰[19]；1990年，金世琳[20]系統(tǒng)介紹了國內(nèi)外各種類型的乳品MVR蒸發(fā)器，鼓勵(lì)在我國乳品企業(yè)應(yīng)用低Δt渦輸風(fēng)機(jī)的單效MVR蒸發(fā)器；90年代惲世昌[21]對MVR蒸發(fā)器的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了說明，并肯定了在電力較便宜時(shí)對TVR蒸發(fā)器進(jìn)行改造的可行性；20世紀(jì)后國內(nèi)關(guān)于MVR蒸發(fā)器的研究明顯增多，并在制藥等行業(yè)中有實(shí)際應(yīng)用，其中國內(nèi)乳品行業(yè)的第一套MVR蒸發(fā)濃縮設(shè)備于2013年在陜西進(jìn)行施工安裝，對于未來國內(nèi)乳制品加工的濃縮工藝發(fā)展有著重要的指導(dǎo)意義。

目前國外MVR技術(shù)在食品中的應(yīng)用已很成熟，其核心設(shè)備壓縮機(jī)的研究與制造一直被德國Piller等公司壟斷，并被世界所公認(rèn)。而國內(nèi)此類壓縮機(jī)用戶較少，生產(chǎn)商也不重視，國內(nèi)很多食品設(shè)備的核心技術(shù)也難已自主應(yīng)用。因此無論是對自主技術(shù)的研究，還是對國外技術(shù)的借鑒都是我們的當(dāng)務(wù)之急。將MVR技術(shù)應(yīng)用于食品工業(yè)，符合我國工業(yè)低能耗化和環(huán)保化生產(chǎn)的發(fā)展趨勢，在國內(nèi)還有很大的發(fā)展空間。

作者：趙媛媛趙磊錢方李增鑫牟光慶單位：大連工業(yè)大學(xué)食品學(xué)院北京中輕機(jī)乳品設(shè)備有限責(zé)任公司