對(duì)于化工生產(chǎn)過(guò)程中的單元操作，生產(chǎn)企業(yè)都有很深的體會(huì)和經(jīng)驗(yàn)。特別是蒸發(fā)和干燥的單元操作，它們都涉及到傳熱的問(wèn)題，這種傳熱的過(guò)程使得介質(zhì)發(fā)生了“相變”。例如，蒸發(fā)和干燥都是使物料中的成分（通常是水）由液體變成了氣體，即由“液相”變成了“汽相”。這種“相變”過(guò)程對(duì)能量的消耗特別大。我們都知道，水的比熱為1kcal/kg·℃，也就是說(shuō)，1kg的水，溫度每上升1℃需要1kcal的熱量。對(duì)1kg的水加熱從0℃上升到100℃沸騰，理論上也就僅需要大約100kcal的熱量。但如果將其在此100℃時(shí)加熱使它汽化，成為同溫度的蒸汽，則需要約539kcal的熱量。這就是說(shuō)，能耗是相當(dāng)于使同樣重量的水溫度每升高1℃所需熱量的539倍。這個(gè)使其發(fā)生“相變”的熱量稱之為“汽化熱”。反過(guò)來(lái)，1kg100℃的蒸汽冷凝成同溫度的水產(chǎn)生“相變”時(shí)也會(huì)放出這么多熱量的，這個(gè)熱也可稱之為“冷凝熱”，所以汽化熱和冷凝熱對(duì)同一種物質(zhì)在相同溫度下的數(shù)值是相等的。鍋爐產(chǎn)生的加熱蒸汽就是因?yàn)獒尫帕死淠裏岫刮锪媳患訜岷驼舭l(fā)的，而同時(shí)鍋爐蒸汽成了凝水，由汽態(tài)變成了液態(tài)。所以，有相變與無(wú)相變的傳熱與能耗之間的差別是很大的。這也是很多藥廠的能耗在蒸發(fā)濃縮和干燥工藝上所占據(jù)的比例特別高的原因所在。尤其是在蒸發(fā)濃縮這個(gè)工段，由于蒸發(fā)的量一般都較大，所以能耗必然就很高。據(jù)了解，中藥生產(chǎn)企業(yè)在藥材提取后的濃縮工段所消耗的蒸汽量大約占到全廠總用汽量的2/3，甚至多達(dá)80%左右。這個(gè)事實(shí)從上面理論上的分析也進(jìn)一步得到了實(shí)踐的驗(yàn)證。因此，對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行分析和尋求解決的途徑會(huì)對(duì)企業(yè)的節(jié)能工作起著十分重要的作用。
　　
　　在蒸發(fā)工藝中，熱交換器的使用是很頻繁的。其既用于加熱和使溶液汽化的“加熱器”和“蒸發(fā)器’，同時(shí)又要設(shè)置相應(yīng)的為了讓這些汽化了的蒸汽重又凝成液體的“冷凝器”和“冷卻器”。所以，從濃縮工藝通過(guò)加熱蒸發(fā)完成的結(jié)果上來(lái)分析，溶液從“液相”變成了“汽相”之后，還需從“汽相”返回“液相”，此結(jié)果使能源大量消耗。蒸發(fā)，使其從液相變?yōu)槠?，要消耗大量的汽化熱；而冷凝，則又要把汽化熱重又凝成液體。而為了使其冷凝又不得不耗用大量的冷卻水（另一種大量消耗能源的形式）。這是一種典型的通常所見(jiàn)的所謂“單效蒸發(fā)”。
　　
　　上述看來(lái)，其實(shí)這種能源的消耗是非常“冤枉”的。很明顯，蒸發(fā)過(guò)程其實(shí)是物質(zhì)的遷移過(guò)程，并沒(méi)有發(fā)生化學(xué)變化和化學(xué)反應(yīng)，而從實(shí)際結(jié)果來(lái)看，并沒(méi)有發(fā)生“相變”。因?yàn)樵瓉?lái)原料中的液體的一部分，所謂蒸發(fā)出去的那部分只是換了個(gè)地方，僅僅不回到原來(lái)的溶液中而已，但結(jié)果還是變成了液體。
　　
　　為了盡量利用已經(jīng)蒸發(fā)的溶媒蒸汽中所含有的熱能（汽化熱），人們想到用它作為熱源繼續(xù)來(lái)加熱尚未蒸發(fā)的溶液。為了區(qū)別溶媒蒸汽與初始作為熱源蒸汽的區(qū)別，我們把它叫做二次蒸汽，而鍋爐所供加熱的蒸汽則稱為“生蒸汽”或“一次蒸汽”。這時(shí)，二次蒸汽就不用消耗冷卻水來(lái)“剝奪”其所具有的汽化熱，而使這部分能量作為熱源來(lái)加熱尚未蒸發(fā)的溶液，這樣一來(lái)溶液的蒸發(fā)量就增加了。而且，二次蒸汽在加熱溶液的同時(shí)其自身又被冷卻下來(lái)，被還原成了原本要用冷卻水來(lái)冷卻所得到的液相，又大大節(jié)省了冷卻水的消耗。使得原本要用冷卻水來(lái)“解決”問(wèn)題的對(duì)象——溶液的蒸汽變成了能再加熱的能源，此方法一舉兩得，的確相當(dāng)節(jié)能。我們稱之為“雙效蒸發(fā)”，其設(shè)備則是雙效蒸發(fā)器。雙效濃縮器的節(jié)能效果相當(dāng)?shù)拿黠@。一般來(lái)說(shuō)，采用單效濃縮器蒸發(fā)1000kg水，需要約1100kg從鍋爐產(chǎn)生的生蒸汽；而采用雙效濃縮器蒸發(fā)同樣多的水，則僅需約570kg的生蒸汽[1]，節(jié)約生蒸汽為530kg，節(jié)約了48%，近一半的能耗。節(jié)能效果相當(dāng)可觀。所以在制藥企業(yè)中采用雙效濃縮器取代單效蒸發(fā)是一種效果很好的節(jié)能方法，值得大力推廣[2]、[3]。
　　
　　既然采用雙效濃縮器如此節(jié)能，那么采用三效或者多效是不是更能節(jié)約能耗嗎？誠(chéng)然，效數(shù)越多，熱能利用的循環(huán)次數(shù)也就越多，從理論上來(lái)講也就越節(jié)能。多效蒸餾水機(jī)往往效數(shù)較多，就是利用這種原理，它取代了過(guò)去老式被淘汰了的重蒸餾水機(jī)。但是在制藥的蒸發(fā)工藝中，效數(shù)過(guò)多并不一定就越好，特別是在中藥濃縮工藝上。理由有3：（1）多效蒸發(fā)往往是采用減壓蒸發(fā)，各效中存在一個(gè)真空梯度。而真空度zui高的是在末效，這是因?yàn)槟┬ui接近真空源的緣故。*效用的是“原始”蒸汽，即來(lái)自鍋爐的生蒸汽，它的蒸發(fā)量是zui大的，所以這一效是設(shè)備的“主力軍”。而由于其真空度比其他效都低，所以這一效設(shè)備的蒸發(fā)溫度zui高。這是由于一定的真空度是與溶液的沸點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的，真空度越高，沸點(diǎn)就越低，真空度越低，沸點(diǎn)就越高。舉個(gè)例子，水在常壓下（760mmHg，這時(shí)真空度為0。真空度是相對(duì)大氣的壓力而言的，真空度=大氣壓力-壓力）沸點(diǎn)是100℃。而在減壓真空情況下，它的沸點(diǎn)就會(huì)降低，在355mmHg時(shí)，沸點(diǎn)為80℃。這就是說(shuō)，在此真空條件下，水80℃就沸騰了。如果繼續(xù)減壓（降低壓力）到188mmHg，沸點(diǎn)就降低到65℃。我們通常所說(shuō)的常壓，常常理解為壓力為零，即壓力表上的指示壓力，說(shuō)的是“相對(duì)壓力”，是相對(duì)大氣壓而言的，故有表壓力=相對(duì)壓力=壓力-大氣壓力。所以，在表上所顯示的真空數(shù)值往往低于大氣壓的差值。在一般的單效蒸發(fā)中，在壓力是188mmHg條件下（相當(dāng)于真空度為0.75），蒸發(fā)的溫度為65℃，而在雙效蒸發(fā)中，相當(dāng)于在第二效的溫度和壓力是一樣的條件，這時(shí)在*效中的真空度由于“真空梯度”的原因而小于這個(gè)數(shù)值，所以*效的蒸發(fā)溫度就高了。而蒸發(fā)時(shí)的真空度越高也就是壓力越低的話，對(duì)蒸發(fā)越有利，但此時(shí)恰恰相反；另一方面，溫度變高了，使得溶液中的熱敏性的成分遭受破壞的程度加重，而這也是它的負(fù)面作用。所以效數(shù)越多，負(fù)面作用就越大。這是效數(shù)不宜過(guò)多的*個(gè)原因；（2）效數(shù)越多，設(shè)備就越復(fù)雜，不僅投資增大，而且增加了操作維修保養(yǎng)的工作量和難度；（3）中藥提取液濃縮到zui后，一般來(lái)說(shuō)比較粘稠同時(shí)價(jià)值也變高了，如果設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，必然導(dǎo)致粘著在設(shè)備上的物料變多，不但給清洗設(shè)備帶來(lái)麻煩，更加大了zui終物料的經(jīng)濟(jì)損失。綜上所述，筆者認(rèn)為采用雙效濃縮器比較妥當(dāng)，其既能節(jié)能降耗又可避免物料的損失，設(shè)備投資費(fèi)用也較為適中。
　　
　　對(duì)濃縮工藝的過(guò)程，其實(shí)質(zhì)從能量傳遞的視角對(duì)多效蒸發(fā)的節(jié)能形式作出了評(píng)價(jià)。但是，無(wú)論怎樣，通過(guò)蒸發(fā)濃縮器蒸發(fā)的方式來(lái)達(dá)到濃縮的效果就必須消耗大量的“汽化熱”才能做到，盡管這種“汽化熱”在各“效”中可以以“接力”的形式進(jìn)行“傳遞”從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的，但是初始加熱的蒸汽的能量和zui終的第n效的冷卻水的消耗是節(jié)約不了的，這是不得不經(jīng)過(guò)的“一個(gè)坎”——加熱又冷卻的能耗過(guò)程，恰恰就是高耗能的關(guān)鍵過(guò)程。
　　
　　能否突破這樣一個(gè)“坎”，不經(jīng)過(guò)既加熱隨即又冷卻，亦即不使物料產(chǎn)生“相變”而達(dá)到溶液濃縮的目的，也就是無(wú)須一定要用加熱汽化而后又冷凝的方式，則應(yīng)該說(shuō)是大大地節(jié)約了蒸汽和冷卻水的消耗，也就大大地節(jié)約了能源。這種辦法有沒(méi)有，能否行得通呢？回答是肯定的。而這種方式應(yīng)該說(shuō)對(duì)工藝是一種革命性的突破。那么，是什么方式呢？
　　
　　我們知道，按現(xiàn)在科技發(fā)展的水平，濃縮不一定非得用蒸發(fā)的方式。況且，在蒸發(fā)的工藝中由于需要加熱，不僅能耗大且對(duì)于熱敏性的物料來(lái)說(shuō)，損失也是相當(dāng)嚴(yán)重的。因此尋求更合理的途徑勢(shì)在必行，如用“過(guò)濾”的方法也可達(dá)到濃縮的目的，當(dāng)然這種過(guò)濾不是普通的過(guò)濾，而是“膜過(guò)濾”，或曰“膜濃縮”或“膜分離”的膜技術(shù)方法。
　　
　　膜技術(shù)現(xiàn)階段發(fā)展很快，不僅已使用在液體的分離、濃縮、純化等方面，而且可用于分離氣體。由于這種技術(shù)不是通過(guò)傳熱使之蒸發(fā)而完成濃縮工藝的，所以沒(méi)有“相變”產(chǎn)生，這樣消耗的能量與蒸發(fā)濃縮相比就少了很多。如果說(shuō)我們把蒸發(fā)濃縮的過(guò)程比喻為被蒸發(fā)的物質(zhì)“從一樓坐電梯到頂層（蒸發(fā)出去）又回到下面（冷凝下來(lái)），只是換了個(gè)房間（收集凝液的容器）”而已；同樣我們也可以將膜過(guò)濾濃縮比喻為“不需要坐電梯，只要在同一個(gè)樓層從走廊里過(guò)一道檢查門”（膜，它只能使具有某種特性如分子直徑在一定大小范圍內(nèi)的物質(zhì)通過(guò)），進(jìn)到另一個(gè)房間也同樣達(dá)到了“換到了另一個(gè)房間”的效果，這樣省去了很多的中間環(huán)節(jié)，可以大大節(jié)約能耗。運(yùn)用膜技術(shù)的能耗只是蒸發(fā)濃縮的幾分之一或十幾分之一甚至更多，這就是膜技術(shù)能大大節(jié)能的關(guān)鍵之所在。
　　
　　膜分離技術(shù)目前在制藥工業(yè)中已經(jīng)得到應(yīng)用并顯示出其*的優(yōu)勢(shì)：節(jié)能、環(huán)保，且在提高產(chǎn)品的質(zhì)量方面也具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。當(dāng)然，在膜技術(shù)的應(yīng)用上還有許多工作需要我們?nèi)ド钊胩剿骱脱芯?，但此?xiàng)技術(shù)在制藥行業(yè)中的運(yùn)用確實(shí)具有很大的潛力和價(jià)值，其前景是不容置疑和令人樂(lè)觀的，也是值得相關(guān)人士關(guān)注和重視的。