新型蒸馏设备

① 分子蒸馏的应用

1、单甘酯的生产
分子蒸馏技术广泛应用于食品工业,主要用于混合油脂的分离。可得到w(单脂肪酸甘油酯)>90%的高纯度产品。从蒸馏液面上将单甘酯分子蒸发出来后立即进行冷却,实现分离。利用分子蒸馏可将未反应的甘油、单甘酯依次分离出来。单甘酯即甘油一酸酯,它是重要的食品乳化剂。单甘酯的用量目前占食品乳化剂用量的三分之二。在商品中它可起到乳化、起酥、蓬松、保鲜等作用,可作为饼干、面包、糕点、糖果等专用食品添加剂。单甘酯可采用脂肪酸与甘油的酯化反应和油脂与甘油的醇解反应两种工艺制取,其原料为各种油脂、脂肪酸和甘油。采用酯化反应或醇解反应合成的单甘酯,通常都含有一定数量的双甘酯和三甘酯,通常w(单甘酯)=40%～50%,采用分子蒸馏技术可以得到w(单甘酯)>90%的高纯度产品。此法是目前工业上高纯度单甘酯生产方法中最常用和最有效的方法,所得到的单甘酯达到食品级要求。分子蒸馏单甘酯产品以质取胜,逐渐代替了纯度低、色泽深的普通单甘酯,市场前景乐观,开发分子蒸馏单甘酯可为企业带来丰厚的利润。
2、鱼油的精制
从动物中提取天然产物,也广泛采取分子蒸馏技术,如精制鱼油等[8]。鱼油中富含全顺式高度不饱和脂肪酸二十碳五烯酸(简称EPA)和二十二碳六烯酸(简称DHA),此成分具有很好的生理活性,不仅具有降血脂、降血压、抑制血小板凝集、降低血液黏度等作用,而且还具有抗炎、抗癌、提高免疫能力等作用,被认为是很有潜力的天然药物和功能食品。EPA、DHA主要从海产鱼油中提取,传统分离方法是采用尿素包合沉淀法[9]和冷冻法[10]。运用尿素包合沉淀法可以有效地脱除产品中饱和的及低不饱和的脂肪酸组分,提高产品中DHA和EPA的含量,但由于很难将其他高不饱和脂肪酸与DHA和EPA分离,只能使w(DHA+EPA)<80%。而且产品色泽重,腥味大,过氧化值高,还需进一步脱色除臭后才能制成产品,回收率仅为16%;由于物料中的杂质脂肪酸的平均自由程同EPA、DHA乙酯相近,分子蒸馏法尽管只能使w(EPA+DHA)=72 5%,但回收率可达到70%,产品的色泽好、气味纯正、过氧化值低,而且可以将混合物分割成DHA与EPA不同含量比例的产品。因此分子蒸馏法不失为分离纯化EPA、DHA一种有效方法。
3、油脂脱酸
在油脂的生产过程中,由于从油料中提取的毛油中含有一定量的游离脂肪酸,从而影响油脂的色泽和风味以及保质期。传统工业生产中化学碱炼或物理蒸馏的脱酸方法有一定的局限性。由于油品酸值高,化学碱炼工艺中添加的碱量大,碱在与游离脂肪酸的中和过程中,也皂化了大量中性油使得精炼得率偏低;物理精炼用水蒸气气提脱酸,油脂需要在较长时间的高温下处理,影响油脂的品质,一些有效成分会随水蒸气溢出,从而会降低保健营养价值。
马传国等在对高酸值花椒籽油脱酸的研究中,利用分子蒸馏对不同酸值的花椒籽油进行脱酸,能获得比较高的轻(脂肪酸)、重(油脂)馏分得率,这是目前化学碱炼或物理蒸馏等工艺所不能达到的。对酸值为28mgKOH/g和41 2mgKOH/g的高酸值油脂用分子蒸馏法脱酸后,油脂的酸值分别下降到2 6mgKOH/g和3 8mgKOH/g,油脂的得率分别为86%和80 9%,中性油脂基本没有损失。所以利用分子蒸馏技术对高酸值油脂脱酸具有良好的效果,具有广阔的应用前景。
4、高碳醇的精制
高碳脂肪醇是指二十碳以上的直链饱和醇,具有多种生理活性。目前最受关注的是二十八烷醇和三十烷醇,它们具有抗疲劳、降血脂、护肝、美容等功效,可做营养保健剂的添加剂,某些国家也作为降血脂药物,发展前景看好。
精制高碳醇,其工艺十分复杂,需要经过醇相皂化,多种及多次溶剂浸提,然后用多次柱层析分离,最后还要采用溶剂结晶才能得到一定纯度的产品。日本采用蜡脂皂化、溶剂提取、真空分馏的方法得到w(高碳醇)=10%～30%的产品。而刘元法等对米糠蜡中二十八烷醇精制研究中得出,经多级分子蒸馏后,可得到w(高碳醇)=80%的产品。张相年等利用富含二十八烷醇的长链脂肪酸高碳醇酯,还原得到二十八烷醇。即以虫蜡为原料,在乙醚中加氢化铝锂(AlLiH4),在70～80℃还原2 5h得到高碳醇混合物,经分子蒸馏纯化,高碳醇纯度达到w(高碳醇)=96%,其中w(二十八烷醇)=16 7%。利用分子蒸馏技术精制高碳醇,工艺简单,操作安全可靠,产品质量高。 （二）在精细化工中的应用
分子蒸馏技术在精细化工行业中可用于碳氢化合物、原油及类似物的分离;表面活性剂的提纯及化工中间体的制备;羊毛脂及其衍生物的脱臭、脱色;塑料增塑剂、稳定剂的精制以及硅油、石蜡油、高级润滑油的精制等。在天然产物的分离上,许多芳香油的精制提纯,都应用分子蒸馏而获得高品质精油。
1、芳香油的提纯
随着日用化工、轻工、制药等行业和对外贸易的迅速发展,对天然精油的需求量不断增加。精油来自芳香植物,从芳香植物中提取精油的方法有:水蒸气蒸馏法、浸提法、压榨法和吸附法。精油的主要成分大都是醛、酮、醇类。且大部分都是萜类,这些化合物沸点高,属热敏性物质,受热时很不稳定。因此,在传统的蒸馏过程中,因长时间受热会使分子结构发生改变而使油的品质下降。
陆韩涛等用分子蒸馏的方法对山苍子油、姜樟油、广藿香油等几种芳香油进行了提纯,结果见表3。结果表明,分子蒸馏技术是提纯精油的一种有效的方法,可将芳香油中的某一主要成分进行浓缩,并除去异臭和带色杂质,提高其纯度。由于此过程是在高真空和较低温度下进行,物料受热时间极短,因此保证了精油的质量,尤其是对高沸点和热敏性成分的芳香油,更显示了其优越性。
此外,利用分子蒸馏技术分离毛叶木姜子果油中的柠檬醛可得到w(柠檬醛)=95%,产率53%的产品;对干姜的有效成分的分离中,通过调节不同的蒸馏温度和真空度可得到不同的有效成分种类及其相对含量,调节适宜的蒸馏温度和真空度可获得相对含量较高的有效成分。
2、高聚物中间体的纯化
在由单体合成聚合物的过程中,总会残留过量的单体物质,并产生一些不需要的小分子聚合体,这些杂质严重影响产品的质量。传统清除单体物质及小分子聚合体的方法是采用真空蒸馏,这种方法操作温度较高。由于高聚物一般都是热敏性物质,因此温度一高,高聚物就容易歧化、缩合或分解。例如,对聚酰胺树脂中的二聚体进行纯化,采用常规蒸馏方法只能使w(二聚体聚酰胺树脂)=75%～87%,采用分子蒸馏技术则可以使w(二聚体聚酰胺树脂)=90%～95%。在对酚醛树脂和聚氨酯的纯化中,采用分子蒸馏的方法可以使酚醛树脂中的单体酚含量脱除到w(单体酚)<0 .01%,使w(二异氰酸酯单体)<0 .1%。分子蒸馏技术能极好地保护高聚物产品的品质,提高产品纯度,简化工艺,降低成本。
3、羊毛脂的提取
羊毛脂及其衍生物广泛应用于化妆品。羊毛脂成分复杂,主要含酯、游离醇、游离酸和烃。这些组分相对分子质量较大,沸点高,具热敏性。用分子蒸馏技术将各组分进行分离,对不同成分进行物理和化学方法改性,可得到聚氧乙烯羊毛脂、乙酰羊毛脂、羊毛酸、异丙酯及羊毛聚氧乙烯脂等性能优良的羊毛脂系列产品。 利用分子蒸馏技术,在医药工业中可提取天然维生素A、维生素E;制取氨基酸及葡萄糖的衍生物;以及胡萝卜和类胡萝卜素等。现以维生素E为例:天然维生素E在自然界中广泛存在于植物油种子中,特别是大豆、玉米胚芽、棉籽、菜籽、葵花籽、米胚芽中含有大量的维生素E。由于维生素E是脂溶性维生素,因此在油料取油过程中它随油一起被提取出来。脱臭是油脂精练过程中的一道重要工序,馏出物是脱臭工序的副产品,主要成分是游离脂肪酸和甘油以及由它们的氧化产物分解得到的挥发性醛、酮碳氢类化合物,维生素E等。从脱臭馏出物中提取维生素E,就是要将馏出物中非维生素E成分分离出去,以提高馏出物中维生素E的含量。曹国峰等将脱臭馏出物先进行甲脂化,经冷冻、过滤后分离出甾醇,经减压真空蒸馏后再在220～240℃、压力为10-3～10-1Pa的高真空条件下进行分子蒸馏,可得到w(天然维生素E)=50%～70%的产品。采取色谱法、离子交换、溶剂萃取等可对其进一步精制。此外,在分子生物学领域中,可以将分子蒸馏技术作为生物研究的一种前处理技术,以保存原有组织的生物活性和制备生物样品等。
综上所述，分子蒸馏技术作为一种特殊的新型分离技术,主要应用于高沸点、热敏性物料的提纯分离。实践证明,此技术不但科技含量高,而且应用范围广,是一项工业化应用前景十分广阔的高新技术。它在天然药物活性成分及单体提取和纯化过程的应用还刚刚开始,尚有很多问题需要进一步探索和研究。

② 使用旋转蒸发仪有什么优点

旋转蒸发仪主要部件包括：
旋转马达，通过马达的旋转带动盛有样品的蒸发瓶；
蒸发管，蒸发管有两个作用，首先起到样品旋转支撑轴的作用，其次通过蒸发管，真空系统将样品吸出；
真空系统，用来降低旋转蒸发仪系统的气压；
流体加热锅，通常情况下都是用水加热样品；
冷凝管，使用双蛇形冷凝或者其它冷凝剂如干冰、丙酮冷凝样品；
冷凝样品收集瓶，样品冷却后进入收集瓶。
机械或马达机械装置用于将加热锅中的蒸发瓶快速提升。
旋转蒸发仪的真空系统可以使简单的浸入冷水浴中的水吸气泵，也可以是带冷却管的机械真空泵。蒸发和冷凝玻璃组件可以很简单也可以很复杂，这要取决于蒸馏的目标，以及要蒸馏的溶剂的特性。不同的商业设备都会包含一些基本的特征，现代设备通常都增加了例如数字控制真空泵、数字显示加热温度甚至蒸汽温度等功能。
旋转蒸发仪应用领域：
旋转蒸发仪是医药、化工、生物制品等行业科研和生产过程中蒸发、浓缩、结晶、干燥、分离、溶媒回收等过程必不可少的仪器设备。 是应用真空负压条件下，恒温加热，薄膜蒸发的原理研制而成。
旋转蒸发仪应用于实验室中教学实验。由电加热装置、蒸发瓶、收集瓶组成，在蒸发瓶的外表面上设置有凸点。本实用新型的有益效果是：在实验过程中，当蒸发瓶放置在桌面上时，不易滚动，不易摔坏，降低了学校的实验经费。
旋转蒸发仪注意事项:
1.玻璃零件接装应轻拿轻放，装前应洗干净，擦干或烘干.
2.各磨口，密封面密封圈及接头安装前都需要涂一层真空脂.
3.加热槽通电前必须加水，不允许无水干烧.
4.必须使拧入保险孔内保险，以免损坏烧瓶.
5.如真空抽不上来需检查各接头，接口是否密封密封圈，密封面是否有效主轴与密封圈之间真空脂是否涂好真空泵及其皮管是否漏气玻璃件是否有裂缝，碎裂，损坏的现象。
旋转蒸发仪优缺点 ：
在真空泵的作用下使用标准的蒸馏玻璃组件（不带旋转的蒸馏装置）也可以实现样品的蒸馏，但是旋转蒸发仪存在如下优点：
1.由于液体样品和蒸发瓶间的向心力和摩擦力的作用，液体样品在蒸发瓶内表面形成一层液体薄膜，受热面积大；
2.样品的旋转所产生的作用力有效抑制样品的沸腾。综上特征以及其便利的特点，使现代化的旋转蒸发仪可用于快速、温和地对绝大多数样品进行蒸馏，即使是没有操作经验的操作者也能完成。
旋转蒸发仪应用中最大的弊端是某些样品的沸腾，例如乙醇和水，将导致实验者收集样品的损失。操作时，通常可以在蒸馏过程的混匀阶段时通过小心的调节真空泵的工作强度或者加热锅的温度防止沸腾。或者也可以通过向样品中加入防沸颗粒。对于特别难以蒸馏的样品，包括易产生泡沫的样品，也可以对旋转蒸发仪配置特殊的冷凝管。

③ 新法酿酒技术、新型酿酒设备

当前生料酿酒技术经过十多年的实践与研究已经成熟，下面我介绍生料酿酒的具体方法：

1． 首先要选好发酵场地，最好选择冬暖夏凉的房间，根据自己投资的多少与销售的数量来选择房屋的大小，准备发酵用的缸或水泥池等容器。

2． 酒锅的选择：首先选择不锈钢设备，根据自己计划的产量，每次蒸溜多少公斤白酒的成套设备，可与生产单位联系定做你所需用的规格，一般的规格有每次酿出白酒25公斤,50公斤,75公斤,100公斤—800公斤不等. 要选择固液两用蒸馏器.此蒸馏器可用煤炭,柴草,稻壳,沼气,蒸汽等做热源.主要要选择节能型的,冷凝器换热面积要大,以保证出酒的酒温度不高于40摄氏度.

4． 酒曲的选择与使用方法：生料曲主要是多菌种多酶系 混合在一起的强化酵母。分为常温型与高温型，好的酒曲不但能把淀粉转化为白酒，而且能生成多种香味物质，酿出的酒有醇香，生料味少，由于生料曲属于强化曲能把生料转化成白酒，那么用于熟料也完全可以，而且出酒率很高，发酵快。生料曲的用量一般为0.6-0.8%。室内温度20~30度都能发酵出酒。最适宜温度为25~30度。高温曲夏天室内温度不超过40度也能正常发酵。发酵时间为8~12天。

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④ 蒸馏设备的设备

（molecular distillation equipment）
分子蒸馏亦称短程蒸馏.它是一项较新的尚未广泛应用于工业化生产的液-液分离技术．其应用能解决大量常规蒸馏技术所不能解决的问题.
分子蒸馏与常规蒸馏技术相比有以下特点:
1．普通蒸馏是在沸点温度下进行分离操作:而分子蒸馏只要冷热两个面之间达到足够的温度差.就可以在任何温度下进行分离.因而分子蒸馏操作温度远低于物料的沸点.
2．普通蒸馏有鼓泡.沸腾现象:而分子蒸馏是液膜表面的自由蒸发.操作压力很低.一般为0．1-1Pa数量级,受热时间很短．一般仅为十秒至几十秒.
3．普通蒸馏的蒸发和冷凝是可逆过程.液相和气相之间处于动态相平衡,而在分子蒸馏过程中.从加热面逸出的分子直接飞射到冷凝面上.理论上没有返回到加热面的可能性.所以分子蒸馏没有不易分离的物质.
一套完整的分子蒸馏设备主要包括：分子蒸发器、脱气系统、进料系统、加热系统、冷却真空系统和控制系统。分子蒸馏装置的核心部分是分子蒸发器，其种类主要有3种：(1)降膜式：为早期形式，结构简单，但由于液膜厚，效率差，当今世界各国很少采用；(2)刮膜式:形成的液膜薄，分离效率高，但较降膜式结构复杂；(3)离心式：离心力成膜，膜薄，蒸发效率高，但结构复杂，真空密封较难，设备的制造成本高。为提高分离效率，往往需要采用多级串联使用而实现不同物质的多级分离。
1.降膜式分子蒸馏器
该装置是采取重力使蒸发面上的物料变为液膜降下的方式。将物料加热,蒸发物就可在相对方向的冷凝面上凝缩。降膜式装置为早期形式，结构简单，在蒸发面上形成的液膜较厚，效率差，现在各国很少采用。
2.刮膜式分子蒸馏装置
我国在80年代末才开展刮膜式分子蒸馏装置和工艺应用研究。它采取重力使蒸发面上的物料变为液膜降下的方式，但为了使蒸发面上的液膜厚度小且分布均匀,在蒸馏器中设置了一硬碳或聚四氟乙烯制的转动刮板。该刮板不但可以使下流液层得到充分搅拌,还可以加快蒸发面液层的更新,从而强化了物料的传热和传质过程。其优点是:液膜厚度小,并且沿蒸发表面流动;被蒸馏物料在操作温度下停留时间短,热分解的危险性较小,蒸馏过程可以连续进行,生产能力大。缺点是:液体分配装置难以完善,很难保证所有的蒸发表面都被液膜均匀覆盖;液体流动时常发生翻滚现象,所产生的雾沫也常溅到冷凝面上。但由于该装置结构相对简单,价格相对低廉,现在的实验室及工业生产中,大部分都采用该装置。
3.离心式分子蒸馏装置
该装置将物料送到高速旋转的转盘中央,并在旋转面扩展形成薄膜,同时加热蒸发,使之与对面的冷凝面凝缩,该装置是目前较为理想的分子蒸馏装置。但与其它两种装置相比,要求有高速旋转的转盘,又需要较高的真空密封技术。离心式分子蒸馏器与刮膜式分子蒸馏器相比具有以下优点:由于转盘高速旋转,可得到极薄的液膜且液膜分布更均匀,蒸发速率和分离效率更好;物料在蒸发面上的受热时间更短,降低了热敏物质热分解的危险;物料的处理量更大,更适合工业上的连续生产。 （alcohol distilling equipment）
特点：第一，节能。采用高效低阻的板型，降低釜温，适量回流，建立合理利用各级能量的蒸馏流程；尽量采用仪表控制或微机自控系统，使设备处于最佳负荷状态。
第二，生产强度高。提高单位塔截面的汽液通量，特别是对醪塔的设计，更应注意其汽液比的关系。使设备更加紧凑、生产强度和处理能力又能提高的方法之一，采用高效塔板代替原有旧式塔校(塔体不动)。
第三，排污性能好。在尽量减少成熟醪中纤维物含量的同时，对设备也要考虑其适应含固形物发酵液的蒸馏，最大限度减少停产清塔的次数。
第四，充分考虑塔器的放大效应．特别是对年产量在15000吨以上的塔设备，由于塔径均大于1.5米以上，所以要对大直径塔设备采取积极先进措施，以减轻分离效率的降低。
第五，结构简单，造价降低。在工艺条件许可的情况下，选用塔板结构简单而效率又高的新型塔板。
装置原理：
本装置适用于制药、食品、轻工、化工等待业的稀酒精回收，也适用于甲醇等其他溶煤的蒸馏。本装置根据用户的要求，可将30。左右的稀酒精蒸馏至90。-95。酒精，成品酒精度数要求再高。可加大回流比，但产量就相应减少。
采用高效的不锈钢波纹填料。蒸馏塔体采用不锈钢制作，从而是防止了铁屑堵塞填料的现象，延长了装置的使用期限。本装置中凡接触酒精的设备部分如冷凝器、稳压罐、冷却蛇管等均采用不锈钢，以确保成品酒精不被污染。蒸馏釜采用可拆式U型加热管，在检修时可将U型加热管移出釜外，便于对加热管外壁及蒸馏釜内壁进行清洗。本装置可间歇生产，也可连续生产。
能力参数： 型号 塔径mm 30~40%进料的生产能力 60~80%进料的生产能力 90%酒精 95%酒精 90%酒精 95%酒精 T-200 φ200 35kg 26kg 45kg 36kg T-300 φ300 80kg 64kg 100kg 80kg T-400 φ400 150kg 120kg 180kg 140kg T-500 φ500 230kg 185kg 275kg 220kg T-600 φ600 335kg 270kg 400kg 320kg 减压蒸馏设备（atmospheric-vacuum distillation unit）常减压蒸馏装置通常包括三部分：
（1）原油预处理。采用加入化学物质和高压电场联合作用下的电化学法除去原油中混杂的水和盐类。
（2）常压蒸馏。原油在加热炉内被加热至370℃左右，送入常压蒸馏塔在常压（1大气压）下蒸馏出沸点较低的汽油和柴油馏分，残油是常压重油。
（3）减压蒸馏。常压重油再经加热炉被加热至410℃左右，进入减压蒸馏塔在约8.799千帕（60毫米汞柱）绝压下蒸馏，馏出裂化原料的润滑油原料，残油为减压渣油。参见原油蒸馏。 水气蒸馏是用来分散以及提纯液态或者固态有机化合物的一种要领，经常使用于下列几种环境：（1）某些沸点高的有机化合物，在常压下蒸馏虽可与副产物分散，但易被破坏；（2）混淆物中含有大量树脂状杂质或者不挥发性杂质，采用蒸馏、萃取等要领都难以分散；（3）从较多固体反应物中分散出被吸附的液体。
基本原理
按照道尔顿分压定律，当与水不相混溶的物质与水并存时，全般系统的蒸气压应为各组分蒸气压之以及，即：
p= pA+ pB
其中p 代表总的蒸气压，pA为水的蒸气压，pB 为与水不相混溶物质的蒸气压。
当混淆物中各组分蒸气压总以及等于外界大气压时，这时候的温度即为它们的沸点。此沸点比各组分的沸点都低。是以，在常压下应用水气蒸馏，就能在低于100℃的环境下将高沸点组分与水一路蒸出来。由于总的蒸气压与混淆物中两者间的相对于量无关，直至其中一组分几乎完全移去，温度才上涨至留在瓶中液体的沸点。我们懂得，混淆物蒸气中各个气体分压（pA，pB）之比等于它们的物质的量（nA，nB）之比，即：
而nA=mA/MA；nB=mB/MB。其中
mA、mB为各物质在肯定是容量中蒸气的质量，MA、MB为物质A以及B的相对于份子质量。是以：
可见，这两种物质在馏液中的相对于证量（就是它们在蒸气中的相对于证量）与它们的蒸气压以及相对于份子质量成正比。
以苯胺为例，它的沸点为184.4℃，且以及水不相混溶。当以及水一路加热至98.4℃时，水的蒸气压为95.4 kPa，苯胺的蒸气压为5.6 kPa，它们的总压力靠近大气压力，于是液体就开始沸腾，苯胺就随水气一路被蒸馏出来，水以及苯胺的相对于份子质量别离为18以及93，代入上式：
即蒸出3.3 g水可以容或者带出1 g苯胺。苯胺在溶液中的组分占23.3%。测试中蒸出的水量往往超过计算值，由于苯胺微溶于水，测试中尚有一部分水气不遑与苯胺充分接触便离开蒸馏烧杯的缘故。
哄骗水气蒸馏来分散提纯物质时，要求此物质在100℃摆布时的蒸气压至少在1.33 kPa摆布。要是蒸气压在 0.13～0.67 kPa，则其在馏出液中的含量仅占1%，甚至更低。为了要使馏出液中的含量增高，就要想办法提高此物质的蒸气压，也就是说要提高温度，使蒸气的温度超过100℃，即要用过热水气蒸馏。例如苯甲醛（沸点178℃），进行水气蒸馏时，在97.9℃沸腾，这时候pA=93.8 kPa，pB=7.5 kPa，则：
这时候馏出液中苯甲醛占32.1%。
假如导入133℃过热蒸气，苯甲醛的蒸气压可达29.3kPa，故而只要有72 kPa的水气压，就可使系统沸腾，则：
这样馏出液中苯甲醛的含量就提高到了70.6%。
应用过热水气还具有使水气冷凝少的长处，为了防止过热蒸气冷凝，可在蒸馏瓶下保温，甚至加热。
从上面的分析可以看出，施用水气蒸馏这种分散要领是有条件限定的，被提纯物质必需具备以下几个条件：（1）不溶或者难溶于水；（2）与沸水永劫间并存而不发生化学反应；（3）在100℃摆布必需具有肯定似的蒸气压（一般不小于1.33 kPa）。

⑤ 低温多效蒸馏海水淡化成本分析

目前，我国是联合国公认的世界13个最贫水国家之一。世界性的淡水危机，为海水淡化技术发展提供了广阔的市场，海水淡化技术的应用成为解决淡水资源危机的有效方法。低温多效蒸馏(LT-MED)是海水淡化技术目前的主流技术之一，其原料海水的最高蒸发温度一般低于70℃，其特征是将一系列的水平管降膜蒸发器或垂直管降膜蒸发器串联起来并被分成若干效组，用一定量的蒸汽输入，通过多次的蒸发和冷凝，从而得到多倍于加热蒸汽量的蒸馏水的海水淡化技术。淡化后的水含盐量小于5 mg/L。因其具有产品水水质好、预处理简单、腐蚀和结垢风险小、单机制水能力大以及技术经济性好等特点，得到了越来越多的应用，市场占有率逐步提高；但LT-MED技术的推广受成本限制极大,因此，降低制水成本是LT-MED技术研究的热点，也是进一步推广应用LT-MED技术的必要条件。
1工程概况
某发电厂一期安装2-600 MW国产亚临界燃煤发电机组，二期安装2-660 MW国产超临界燃煤发电机组，循环水系统采用海水直流供水系统。电厂利用4台机组抽汽，采用海水淡化工艺制取淡水，实施水电联产。日产25000 m3淡水的海水淡化装置所需蒸汽由电厂一、二期工程汽轮机中压缸末级抽汽提供，原料海水由循环水供水管取水。采用配置蒸汽热压缩器(TVC)的横管降膜低温多效蒸馏 (LT-TVC-MED)海水淡化工艺,装置可以在40%～100%工况下运行。主设备由串列式水平布置的10效蒸发器组成，在第7效的末端抽汽。蒸发器采用多支座卧式直列布置在钢架上。装置主要参数见表1。
2低温多效蒸馏技术成本分析
低温多效蒸馏海水淡化的成本是一个比较复杂的问题，受多种因素的影响，如项目地理位置、气候条件、海水水质、海水随季节的温度分布及可利用的能源等诸多因素均影响着海水淡化的制水成本。本文针对特定项目的具体方案进行成本分析。
海水淡化工程单位水量成本费用可分解为固定成本和可变成本。固定成本指成本总额不随产量变化的各项费用，主要包括工资或薪酬、固定资产折旧费、长期借款利息和其他费用等。变动成本指成本总额随产品产量变化而发生同向变化的各项费用，主要包括蒸汽费、耗电费用、化学药品消耗费用、人工费用以及维修费用等。本文以日产25000 m3淡水的低温多效蒸馏海水淡化方案为基础进行成本计算和分析，定量揭示海水淡化成本的变化规律及影响因素。
成本计算基本数据：蒸汽参数0.55 MPa(a)，320 ℃；机组在额定工况下运行，日产淡水25000m3，按年制水量进行计算得出单位水量成本；装置静态投资约为2.2亿元，贷款金额按执行概算静态投资的80%计取，贷款利率按同期银行贷款利率；设备使用寿命30 a，折旧年限20 a，残值率5%；设备年利用率为98%；按标煤价640元/t计算蒸汽费用2.65元/m3；耗电量1.2 kW-h/m3，电价0.28元/（kW-h）；药剂费用按0.28元/m3；造水比13.5进行成本计算。
经过对基本方案的分析计算，单位水量淡水成本费用约合人民币5.39元/m3。海水淡化单位水量各项成本计算结果见表2。
蒸汽费是海水淡化装置最主要的成本费用，占总成本费用的49%；其次为固定资产折旧费和财务费用，分别为22%和12%；修理费、药剂费、电费、工资及福利费用共占17%。其中蒸汽费与年利用率、装置的造水比相关；修理费、固定资产折旧费以及财务费用以静态投资额为基础进行取费计算，药剂费、电费及人工福利费所占比例较小，且费用相对恒定，对总成本的变化影响不大。
根据以上分析，确定对成本的影响主要因素为：工程静态投资、蒸汽费用、造水比以及年利用率,次要因素为用电费、药剂费和人工福利费。下面以基本方案为基础，分析当单一变量改变而其他变量保持不变时各项因素对单位水量成本的独立影响。
2.1工程静态投资
海水淡化工程的动态投资由静态投资（包括设备购置费、安装工程费、建筑工程费及其他费用）和建设期贷款利息构成。1/2 12下一页尾页由图1可看出，当静态投资由基准额的-20%增加到20%时，单位水量成本由4.98元/m3上升至5.79元/m3，增加了16%。因此控制静态投资尤为重要。静态投资中的设备购置费（含主设备及辅助系统）成本约占工程静态投资的47%，因此必须通过控制主设备及辅助设备成本来降低工程的静态投资，从而降低制水成本。
2.2蒸汽费
由于蒸汽费用占总成本49%，是占制水成本比例最大的单项成本。低温多效蒸馏海水淡化蒸汽成本主要体现在煤耗上，通过单位水量吨标煤耗的变化，来分析制水蒸汽成本变化的情况。基本方案利用汽轮机抽汽进行制水，成本的分摊较复杂，不同的计算方法蒸汽费用差别较大。由于热量法未考虑蒸汽的品质，采用此方法进行成本计算不科学，作功能力法以及焓降法均考虑了蒸汽的品质，计算方法较合理，且作功能力法和焓降法两者计算结果是近似的。因此本文以作功能力法作为海水淡化蒸汽成本的计算方法，结果见图2。
由图2看出，当其他因素不变时，蒸汽费用分别从基准值的-20%变化到 20%时，单位水量成本相应从4.86元/m3升到5.92元/m3，增加率达到21.8%。因此要想降低海水淡化成本，根本上需要从汽源方面采取降低成本的措施。如果制水蒸汽为乏汽或废热时，蒸汽费用就可忽略不计，制水成本就会很低。对于电水联产系统，充分利用电厂的余热和机组抽汽，可有效降低造水成本。计算表明同样的海水淡化工程当采用四段抽汽进行制水，单位水量蒸汽成本约为2.49元/m3；而采用乏汽制水单位水量蒸汽成本约为1.18元/m3，成本节约效果明显。
2.3年利用小时数
由图3看出，年利用率由60%变化到100%时，即年利用小时数由5256 h增加到8760 h时，制水成本下由6.73元/m3下降至5.35元/m3，下降了26%。因此在工程应用中，加强设备管理、提高设备健康水平,是提高设备利用率的基础，更是提高装置经济效益、降低制水成本重要途径之一。低温多效蒸馏装置由于低温蒸馏的技术特点，比其他海水淡化技术具有更多优势，使设备结垢及腐蚀降低到最小限度，为装置在稳定工况下能长时间的运行提供基础保障，从而提高海水淡化装置的利用率。只有当整套装置年可用率大于95%时，才能有效降低制水成本。2.4造水比
装置的造水比定义为蒸馏装置产品水和外部输入总蒸汽的质量流量之比（kg/kg）。造水比体现了装置运行费用的高低，通常造水比越高，单位淡水产量的能源成本将越低，即消耗蒸汽量越少。由图4看出，当造水比由12.15提升到14.85时，海水淡化单位水量成本由5.68元/m3降低到5.15元/m3，成本降低了10%。
2.5其他费用
考虑到海水淡化装置与电厂项目耦合方案，电费采用成本电价，计算结果用电费用占单位水量总成本的6%。蒸馏法海水淡化系统运行过程中电耗波动较小，可以通过优化设计降低用电成本。
药剂费占单位水量总成本的5%，海水淡化系统正常运行时加入阻垢剂、消泡剂以及还原剂，加药量根据入料海水量按比例进行添加，因此同样的水质及产水量，通过改变进料方式，提高浓缩倍率降低原海水量，加药成本会相应下降。
3降低成本的措施
3.1寻求低成本的热源，合理使用能源
低温多效蒸馏海水淡化的成本中蒸汽费用所占的比例最高，低温运行的特性使低温多效蒸馏海水淡化装置可以使用低等级的热源，寻求低成本的热源，将蒸馏工艺的能量成本降到最小，避免能量在质量和数量上的损失，是降低成本的主要措施。
对于电水联产系统，采用高参数蒸汽对整个系统的效率是不利的，最佳的抽汽参数应该通过水电联产系统整体优化确定。新建机组可采用焓值较低的汽轮机六抽蒸汽作为制水加热蒸汽，降低蒸汽费用，从而降低海水淡化成本。同时，利用汽轮机抽汽制水时，选择经济工况运行对于制水成本。
3.2采用余热利用新工艺，实现能源的梯级利用
能源的梯级利用包括按质用能和逐级利用两个方面，可以根据设备的能级需求构成能量的梯级利用关系，使总的能源利用率达到最高水平。低温多效蒸馏装置加热蒸汽压力宜为0.025～0.032 MPa(a)，温度低于70℃，具备利用余热的有利条件。采用海水淡化与余热回收利用耦合方案，需根据余热的种类、参数、数量和利用的可能性，进行综合热效率及经济可行性分析，确定利用方案。
（1）在火力发电厂中，排烟损失在锅炉热损失中所占比例最大，降低排烟温度，减少排烟损失，对提高锅炉热效率起到了决定性作用。由此可见，降低锅炉的排烟温度，可以节约煤耗。如果锅炉排烟与海水淡化相耦合进行烟气余热回收利用，可同时降低制水成本。
（2）在电水联产模式下，利用电站凝汽器循环冷却水排放的热量提升海水淡化装置冬季物料海水温度，在降低制水成本的同时可减少电厂排放的废热量及废水量。
（3）其他余热利用：电厂大型汽动辅机排汽余热与低温多效蒸馏海水淡化装置相结合；炼钢厂或化工厂工艺废热与海水淡化技术相结合。
3.3优化工艺参数，提高装置造水比
（1）采用压力较高的汽轮机四抽抽汽作为加热蒸汽汽源，为了利用抽汽的有效能量，降低蒸发装置末效蒸汽的凝结热损失，可采用带蒸汽热压缩器（TVC）的低温多效蒸馏海水淡化装置（LT-TVC-MED），提高系统热效率的同时提高装置造水比，降低制水成本。
（2）在海水淡化蒸发装置总传热温差一定时，降低效间传热温差，增加效数可提高造水比；另一方面由于造水比随蒸汽热压缩器吸入温度的增加而升高，合理确定TVC引射参数，优化TVC在装置中的引射位置，可以提高造水比。
3.4进行合理设备选型，降低设备静态投资
设备购置费用占静态投资的47%左右，其费用决定了修理费、固定资产折旧费以及财务费用等成本,因此，可以通过合理设置备用设备、采用新型低成本材料以及采用优化工艺降低静态投资，从而降低单位水量成本。
3.5注重运行维护，提高设备利用率
通过控制运行参数在合理范围内，降低主设备结垢的风险以减少酸洗停运时间；对主要辅机设备进行状态监测,减少故障停机时间；加强所有设备日常维护保养来提高设备利用率。
3.6进行合理的设计及设备选型，降低用电成本
选取合理的参数使海水淡化装置运行在高负荷工况；优化系统流程和辅助设备选型及配置，选择合适的设备容量安全裕度以及采用变频设备等措施降低设备电耗，从而降低海水淡化单位水量用电成本。
4结论
低温多效蒸馏海水淡化的成本受多种因素的影响,是一个复杂的问题，根据成本的构成分析，蒸汽费是构成低温多效蒸馏海水淡化系统可变成本的最主要的因素，占总成本费用的49%左右；其次为固定资产折旧费和财务费用，分别为22%和12%；用电费用和药剂费用占比较少，分别占总成本的6%和5%。
低温多效蒸馏海水淡化工程的投资费用分析表明：工程静态投资中设备购制费约占47%，因此必须通过装置大型化研究、设备国产化研究、以及新材料研发等措施控制主设备及辅助设备成本来降低工程的静态投资，从而降低制水成本。
成本的影响因素还与设备的可用率以及一些设计参数相关，制水成本随年利用率的增加而降低，只有当整套装置年利用率大于95%时，才能有效控制制水成本，而工程设计参数对单位水量成本的影响主要表现为海水淡化单位水量成本随造水比的增加而降低。
降低低温多效蒸馏海水淡化工程的制水成本必须从设计、制造、运行以及维护等各方面进行控制，以达到最佳的设备性能和较低的制水成本，从而推进低温多效蒸馏海水淡化技术的应用。
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