超低溫冷(leng)凍機組 復(fu)疊式深(shen)冷(leng)機組制冷(leng)工藝及應(ying)用詳解
半(ban)合(he)成***是用化(hua)學或(huo)生物化(hua)學方(fang)法改變已知天然***的(de)(de)化(hua)學結構,或(huo)引入(ru)特定的(de)(de)功能基(ji)團而獲得的(de)(de)具(ju)有廣譜高效、抗(kang)耐藥(yao)、毒副(fu)作用小、使用方(fang)便等(deng)各種(zhong)優(you)越性(xing)能的(de)(de)***衍生物。隨著人(ren)們醫療用藥(yao)水平的(de)(de)提高,半(ban)合(he)成***的(de)(de)應(ying)(ying)用愈加廣泛,也促進(jin)了半(ban)合(he)抗(kang)工業(ye)的(de)(de)發(fa)展,成為制藥(yao)行業(ye)主要發(fa)展方(fang)向(xiang)之一。在(zai)半(ban)合(he)成***生產(chan)過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong),一些工藝反(fan)應(ying)(ying)要求在(zai)一50℃以(yi)下深(shen)冷(leng)(leng)環境中(zhong)進(jin)行.為保證反(fan)應(ying)(ying)條件,常將反(fan)應(ying)(ying)體(ti)系降溫到-60℃甚至更(geng)低,必須采(cai)取相應(ying)(ying)的(de)(de)制冷(leng)(leng)降溫措(cuo)施(shi)。目前常用的(de)(de)深(shen)度低溫制冷(leng)(leng)方(fang)式有:液(ye)氮蒸發(fa)制冷(leng)(leng)和深(shen)冷(leng)(leng)機組制冷(leng)(leng)。經(jing)過(guo)對(dui)兩種(zhong)制冷(leng)(leng)方(fang)式的(de)(de)比較,復疊式深(shen)冷(leng)(leng)機組在(zai)半(ban)合(he)成***類藥(yao)品生產(chan)過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)更(geng)具(ju)有其優(you)越性(xing)。
1兩種制(zhi)冷方式的原理
1.1超(chao)低溫冷凍(dong)機(ji)組(zu) 復疊式深冷機(ji)的制冷原理
制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)機組(zu)按(an)照制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)循環級數(shu)分為單級制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)和復疊式(shi)制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)等形式(shi)。單級制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)系(xi)統一股采(cai)用中溫(wen)(wen)制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)劑(ji)。運行(xing)中制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)劑(ji)的蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)溫(wen)(wen)度(du)低于-70℃時(shi),制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)劑(ji)蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)壓力很低,蒸(zheng)(zheng)汽比容增大(da),輸氣(qi)系(xi)數(shu)降(jiang)低,壓縮(suo)機吸(xi)氣(qi)困(kun)難,機組(zu)工作效率大(da)大(da)降(jiang)低,因此用單級制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)系(xi)統提供(gong)蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)溫(wen)(wen)度(du)低于-70℃深冷(leng)(leng)時(shi),其規(gui)模難以做大(da),經(jing)濟性(xing)很低。
超低溫(wen)(wen)(wen)冷(leng)(leng)凍機組(zu) 復(fu)疊式(shi)制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)系統由高溫(wen)(wen)(wen)部(bu)(bu)分和(he)低溫(wen)(wen)(wen)部(bu)(bu)分組(zu)成(cheng).其(qi)低溫(wen)(wen)(wen)部(bu)(bu)分提供所需(xu)的(de)深冷(leng)(leng)能力,采(cai)用(yong)(yong)R13、R23等低溫(wen)(wen)(wen)制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)劑,但這類制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)劑的(de)冷(leng)(leng)凝溫(wen)(wen)(wen)度要求很低,同等壓力下用(yong)(yong)冷(leng)(leng)卻(que)水難以將其(qi)冷(leng)(leng)凝。高溫(wen)(wen)(wen)部(bu)(bu)分使用(yong)(yong)中溫(wen)(wen)(wen)制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)劑循環,其(qi)作(zuo)用(yong)(yong)是(shi)用(yong)(yong)于冷(leng)(leng)凝低溫(wen)(wen)(wen)制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)劑,高溫(wen)(wen)(wen)部(bu)(bu)分和(he)低溫(wen)(wen)(wen)部(bu)(bu)分共(gong)用(yong)(yong)一個蒸(zheng)發冷(leng)(leng)凝器而“復(fu)疊”,從而組(zu)成(cheng)應用(yong)(yong)兩種制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)劑的(de)復(fu)疊式(shi)制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)循環。
生(sheng)產工藝要(yao)求反(fan)應溫(wen)度為(wei)-50℃,因此(ci)深冷(leng)機組(zu)完全能滿足工藝要(yao)求的大規模降溫(wen)要(yao)求。
1.2液氮蒸發制冷
向(xiang)反(fan)應溶(rong)液中直接通入液氮也能達到(dao)降(jiang)溫(wen)(wen)的(de)目的(de).但(dan)液氮降(jiang)溫(wen)(wen)過(guo)程中存(cun)在以(yi)下缺陷:
1.2.1在降溫(wen)過(guo)程(cheng)中液氮與物(wu)料直接接觸,因液氮在常(chang)壓下的沸點為-196℃,當液氮目(mu)分布器噴(pen)出后瞬間溫(wen)差高(gao)達160℃~-200℃,反應(ying)物(wu)料局(ju)部遠遠偏離工(gong)藝(yi)控制溫(wen)度,造成強烈過(guo)冷(leng)區。局(ju)部工(gong)藝(yi)控制點的偏離必定(ding)造成反應(ying)過(guo)程(cheng)不(bu)均衡,*終造成產品質(zhi)量的下降:
1.2.2液氮在(zai)使用過程(cheng)中吸熱汽化.以氣態的(de)形式排入大氣,在(zai)激烈的(de)排放(fang)過程(cheng)中會攜帶部分物料(liao),因此造成(cheng)產品收(shou)率的(de)下(xia)降及溶媒消耗量(liang)的(de)增加(jia):
1.2.3液氮降溫(wen)(wen)與(yu)其它物(wu)料加(jia)入不易同(tong)時進行。因為在使用液氮降溫(wen)(wen)過程(cheng)中.由于液氮汽化膨脹,反應(ying)容(rong)器(qi)內(nei)為正壓且壓力難以控(kong)(kong)制,此時要投加(jia)其它物(wu)料參與(yu)反應(ying),必(bi)須(xu)先停止(zhi)液氮降溫(wen)(wen),這樣會造成反應(ying)溫(wen)(wen)度控(kong)(kong)制中斷,工藝控(kong)(kong)制出現偏差;
1.2.4液(ye)氮(dan)使(shi)用后不可回收,造成生產費用的增加(jia);
1.2.5降(jiang)溫(wen)過程不(bu)穩定(ding),可控性(xing)差.操作要求高(gao)。液氮的膨(peng)脹比高(gao)達(da)600,蒸發(fa)溫(wen)度低,在使用過程中(zhong)容易發(fa)生因操作不(bu)當而引發(fa)爆炸、跑(pao)料(liao)、物料(liao)凝(ning)固堵塞管道甚至人身事故。
2超低(di)溫冷凍機組與(yu)液(ye)氮降溫的比(bi)較
復疊式深冷機組在半合抗生產過程中的用途主要是降低和控制物料體系溫度,保證在不同反應階段整個體系溫度有效維持在要求的范圍之內,使**合成過程滿足工藝反應溫度要求。
工作時,由復疊式制冷機組制取低溫冷媒,冷媒與反應溶液之間不直接接觸,而通過間接換熱來影響反應過程,這樣可以避免冷媒對物料造成污染。某實際生產過程中制冷系統,該機組高、低溫級分別為采R22、R23為制冷劑的螺桿型壓縮機,機組的蒸發溫度可達-80℃以下,輸出-70%~-75℃深冷能力達4萬大卡/小時以上。
通(tong)過對規模為半合抗(kang)產(chan)量達1200噸/年實際生產(chan)過程的統(tong)計(ji)分(fen)析,深冷機組與液氮降溫相比:
2.1在產品收率和(he)消(xiao)耗方(fang)面,收率提高(gao)l.88%,生(sheng)產溶媒消(xiao)耗降低36.1%:
2.2質量(liang)上,產(chan)品(pin)含(han)量(liang)提高0.43%,在(zai)產(chan)品(pin)穩(wen)定性和其他(ta)雜(za)質等指標方面也都(dou)好(hao)于(yu)液氮降溫:
2.3在投資(zi)及動力運行成本方面,盡管深冷(leng)機(ji)組(zu)及配套(tao)冷(leng)卻水裝置(zhi)等一次性投資(zi)相(xiang)對較(jiao)大.折舊也是(shi)(shi)不容忽視的因素,但外(wai)購液(ye)(ye)氮的費用(yong)卻是(shi)(shi)數(shu)倍于深冷(leng)機(ji)組(zu)降(jiang)溫方式(shi).兩者(zhe)相(xiang)比,液(ye)(ye)氮降(jiang)溫的費用(yong)是(shi)(shi)深冷(leng)機(ji)降(jiang)溫的5.13倍。
通(tong)過以(yi)上對比分析表明.在實際生產過程中(zhong),深(shen)冷機組(zu)與(yu)傳統(tong)液氮(dan)降溫(wen)相比.從產品(pin)(pin)收率、溶媒消(xiao)耗、工(gong)藝控制(zhi)(zhi)和產品(pin)(pin)質量以(yi)及投(tou)資、動力費(fei)用等方面(mian)都有明顯優(you)勢(shi),其(qi)降低(di)了(le)產品(pin)(pin)成本,提高了(le)市場競爭力。深(shen)冷機組(zu)制(zhi)(zhi)冷是構建大(da)規模(mo)深(shen)冷環(huan)境的優(you)選方法。
深冷機(ji)組(zu)(zu)的(de)應用也要考慮(lv)到其他因素。比如制冷機(ji)組(zu)(zu)屬于轉動(dong)設備(bei),其結構較為(wei)復雜(za),因此,設備(bei)運(yun)行維護(hu)要求(qiu)較高,為(wei)保(bao)證(zheng)在生(sheng)產中充分發揮機(ji)組(zu)(zu)的(de)優勢,必須(xu)對機(ji)組(zu)(zu)正確選型和科學地維護(hu)保(bao)養。另外.設備(bei)等硬件的(de)一次性(xing)投資相應增大。
3復疊式深冷機組的選型及維(wei)護(hu)保養(yang)
3.1機(ji)組選型
深(shen)度制(zhi)冷壓縮(suo)機(ji)一般有:活塞、螺桿等型(xing)式(shi),深(shen)冷機(ji)組(zu)應優選螺桿式(shi)制(zhi)冷機(ji)組(zu),主要原因:
(1)運(yun)動(dong)部(bu)件(jian)少,使(shi)用**可(ke)靠(kao)。由(you)于螺(luo)桿壓縮機(ji)沒(mei)有閥片、活塞環、曲軸連桿等易損部(bu)件(jian),結構相對簡(jian)單,它的(de)主要運(yun)動(dong)部(bu)件(jian)——螺(luo)桿轉子運(yun)行方式(shi)平(ping)穩,無故(gu)障(zhang)運(yun)行時間可(ke)達80000小時以上,故(gu)使(shi)用比(bi)較可(ke)靠(kao),更能符合***合成生產中反應溫(wen)度(du)控制苛刻的(de)要求。
(2)能量(liang)可實(shi)現無(wu)級(ji)調(diao)(diao)(diao)節(jie)(jie)。由于(yu)在(zai)(zai)生產過程中對(dui)冷(leng)量(liang)的需**動(dong)(dong)態的.因此要求(qiu)制冷(leng)機(ji)(ji)組(zu)能夠(gou)有效(xiao)地(di)進行能量(liang)調(diao)(diao)(diao)節(jie)(jie)。一般活塞式壓縮(suo)機(ji)(ji)是梯度調(diao)(diao)(diao)節(jie)(jie),也(ye)就是采(cai)用(yong)通過機(ji)(ji)組(zu)開、停車方式來實(shi)現冷(leng)量(liang)供應的調(diao)(diao)(diao)節(jie)(jie),機(ji)(ji)組(zu)的頻繁啟(qi)動(dong)(dong)很(hen)容易(yi)造(zao)成電(dian)氣、機(ji)(ji)械等(deng)部件的損壞,同時因電(dian)機(ji)(ji)功(gong)率較大,電(dian)機(ji)(ji)的頻繁啟(qi)動(dong)(dong)易(yi)對(dui)電(dian)網的**運(yun)行造(zao)成沖擊:螺(luo)桿式壓縮(suo)機(ji)(ji)采(cai)用(yong)滑(hua)閥(fa)調(diao)(diao)(diao)節(jie)(jie)其能級(ji),可實(shi)現10%~100%之間無(wu)級(ji)調(diao)(diao)(diao)節(jie)(jie),因此在(zai)(zai)機(ji)(ji)組(zu)運(yun)行能耗及穩定性上優于(yu)其它形式機(ji)(ji)組(zu)。
(3)復疊式深冷(leng)機組在(zai)運行(xing)時,高溫(wen)(wen)(wen)部(bu)分蒸發溫(wen)(wen)(wen)度在(zai)-30℃左(zuo)右,低溫(wen)(wen)(wen)部(bu)分蒸發溫(wen)(wen)(wen)度在(zai)-80℃左(zuo)右,運行(xing)過程(cheng)中(zhong)可能(neng)存在(zai)一部(bu)分未(wei)蒸發的液體制冷(leng)劑,對(dui)于(yu)(yu)活塞式壓(ya)縮機很(hen)容易產生液擊,嚴重時造成壓(ya)縮機的報廢,而螺(luo)桿(gan)式壓(ya)縮機對(dui)于(yu)(yu)少量(liang)進液不敏感
3.2制冷劑(ji)、載冷劑(ji)
復疊式制冷機組的制冷劑、載冷劑在設備選型過程中同樣重要,制冷劑、載冷劑選型介紹如下。
制冷劑選(xuan)型考慮因素:
(1)**性。應選用無毒、不可燃(ran)的制(zhi)冷劑;
(2)經濟性(xing)。在(zai)同(tong)樣工作循(xun)環中COP值要高(gao),設(she)備(bei)(bei)運(yun)行壓力不能過高(gao),否則(ze)將增(zeng)加設(she)備(bei)(bei)的電耗等運(yun)行費(fei)用;
(3)環保(bao)性(xing)。使用的(de)(de)制冷劑(ji)應(ying)滿足《蒙特利(li)爾議定書》及其修(xiu)正(zheng)案的(de)(de)承(cheng)諾,不(bu)應(ying)選(xuan)用被列為淘汰之列的(de)(de)制冷劑(ji),優(you)先選(xuan)用環保(bao)性(xing)能好的(de)(de)制冷劑(ji)。
3.2.1在復(fu)疊式深冷機組中高溫級制(zhi)冷劑一般選用中溫制(zhi)冷劑(R22、R407C、R410A、R404A)
通過以上各種(zhong)制冷(leng)劑性質的比較,R22除(chu)ODP值比其它制冷(leng)劑略高之外(wai),它的經濟性、循環穩定(ding)性都具有(you)一定(ding)的優越性,是一種(zhong)優良的過度型制冷(leng)劑。到目(mu)前為止,國家在執行《議(yi)定(ding)書》倫敦修止案過程中(zhong),允許使用HCFC類制冷(leng)劑至2030年,因(yin)此R22應作(zuo)為優先選(xuan)用之列。同時要隨著制冷(leng)劑技術的發展,密(mi)切注意新型環保、高效制冷(leng)劑的開發情況。
3.2.2在復疊(die)式(shi)深冷(leng)(leng)機組(zu)中低溫(wen)級制(zhi)冷(leng)(leng)劑一(yi)般(ban)選(xuan)用R13、R23,由于R13的環保性能(neng)比較差:ODP值為(wei)1.0,屬于《國(guo)(guo)家(jia)逐步(bu)淘汰(tai)ODS國(guo)(guo)家(jia)方案(an)》中10種受控物質(zhi)之(zhi)列,按照(zhao)國(guo)(guo)家(jia)淘汰(tai)計劃,20l0年1月1日全部淘汰(tai)R13.因(yin)此在選(xuan)用低溫(wen)制(zhi)冷(leng)(leng)劑應優先選(xuan)用可長(chang)期(qi)使用的環保制(zhi)冷(leng)(leng)劑R23。
3.2.3深冷機組(zu)由于(yu)其蒸(zheng)發(fa)溫(wen)度(du)在(zai)-80℃以下(xia),因此選用的載冷劑凝(ning)固點(dian)(dian)必(bi)須低于(yu)-80℃,常用的載冷劑有R11(CFCL3凝(ning)固點(dian)(dian)為-111.O℃)、R30(CH2CL2凝(ning)固點(dian)(dian)為-97.0℃)。在(zai)選用時應考慮(lv):R11環(huan)保性能差,屬于(yu)《國家逐步淘汰(tai)ODS國家方案》中10種受控物質(zhi)之列,但(dan)是(shi)凝(ning)固點(dian)(dian)低,系統運行更(geng)可靠(kao);R30環(huan)保性能好,但(dan)是(shi)凝(ning)固點(dian)(dian)高,因此對機組(zu)蒸(zheng)發(fa)溫(wen)度(du)控制(zhi)要求高,必(bi)須保證蒸(zheng)發(fa)溫(wen)度(du)高于(yu)R30的凝(ning)固點(dian)(dian)。
3.3深(shen)冷機組維(wei)護保養
深(shen)冷機組的維(wei)護(hu)保(bao)養(yang)對(dui)于設(she)備的穩定運行起著關鍵作用,因此必須建(jian)立完善的維(wei)護(hu)保(bao)養(yang)制度(du),對(dui)于此方面(mian)介紹如下幾點:
(1)維護保(bao)養人員必須經過專業培訓,要對(dui)設備原理、性能(neng)等(deng)**掌(zhang)握;
(2)應嚴格(ge)按照規定周期對設備進行檢修(xiu)、維(wei)護保養,操(cao)作和維(wei)修(xiu)人員應相對固定;
(3)設備的(de)控制元(yuan)件(jian)及傳感元(yuan)件(jian)必須(xu)定期校(xiao)驗,以對(dui)機(ji)組起(qi)到有效的(de)**保護及獲取(qu)客觀的(de)運行原(yuan)始數據;
(4)設備所需的制(zhi)冷(leng)(leng)劑、冷(leng)(leng)凍油等應按(an)照操作手冊(ce)規定(ding)牌(pai)號、數量填充(chong),不得(de)隨意更(geng)換制(zhi)冷(leng)(leng)劑、冷(leng)(leng)凍油的牌(pai)號,對于低(di)溫(wen)制(zhi)冷(leng)(leng)劑的填充(chong)量更(geng)要嚴(yan)格控制(zhi),一般應以0.lkg為計量單位,不得(de)超(chao)量填充(chong)。
4 kassel螺桿(gan)式復疊(die)深冷機組實際應用
由于深冷機組的熱力循環過程對設備、控制等部件的技術要求較高,以前用于***生產的深冷機組主要依賴國外進口,隨著國內制冷裝備技術水平的不斷提高,特別是對深冷機組的開發有了跨越式發展,國內主要生產廠家設計生產的螺桿式深冷機組以其運行穩定、性價比高等優勢贏得了市場競爭優勢,目前這種設備在***合成生產過程得到了廣泛應用。
4.1可靠(kao)性(xing)、制冷效率及設備(bei)經濟性(xing)
kassel螺桿(gan)式復疊深冷機(ji)組(zu)(zu)的(de)(de)壓縮機(ji)、熱變(bian)換器(qi)、膨脹閥、測控部件(jian)及控制(zhi)(zhi)系統均采(cai)用國際知名品(pin)(pin)牌(pai)產品(pin)(pin),高標準的(de)(de)軟(ruan)、硬件(jian)為(wei)機(ji)組(zu)(zu)穩定(ding)運(yun)行(xing)提供了可靠的(de)(de)基礎保障,設(she)(she)備(bei)的(de)(de)整體性能(neng)(neng)與進(jin)(jin)口設(she)(she)備(bei)性能(neng)(neng)相當。實際運(yun)行(xing)情況(kuang)表(biao)明(ming),在(zai)相同熱負荷下,國產機(ji)組(zu)(zu)的(de)(de)降溫(wen)能(neng)(neng)力能(neng)(neng)夠運(yun)到進(jin)(jin)口機(ji)組(zu)(zu)的(de)(de)水(shui)平,滿足生產的(de)(de)需求(qiu);在(zai)設(she)(she)備(bei)投資(zi)的(de)(de)經濟性方面,純進(jin)(jin)口機(ji)組(zu)(zu)和kassel深冷機(ji)組(zu)(zu)雖(sui)然在(zai)硬件(jian)水(shui)平上(shang)(shang)基本相同,但(dan)購置價格卻有很大(da)差(cha)異(yi),一般相同制(zhi)(zhi)冷量、相同類型的(de)(de)機(ji)組(zu)(zu),純進(jin)(jin)口設(she)(she)備(bei)的(de)(de)投資(zi)是kassel設(she)(she)備(bei)的(de)(de)2.5倍(bei)以(yi)上(shang)(shang)。因(yin)此,采(cai)用kassel深冷機(ji)組(zu)(zu)能(neng)(neng)夠大(da)大(da)降低(di)設(she)(she)備(bei)的(de)(de)前期投資(zi),同時也(ye)能(neng)(neng)使設(she)(she)備(bei)折舊費用下降、配件(jian)便宜而降低(di)運(yun)行(xing)成本。
4.2售后(hou)服務(wu)
售后(hou)服(fu)務方面,kassel深冷組比(bi)純(chun)進(jin)口設(she)備(bei)(bei)更具有(you)明顯的優勢,無論(lun)設(she)備(bei)(bei)故障(zhang)處理(li)還(huan)是備(bei)(bei)件供(gong)(gong)應(ying),其(qi)效率更高。而純(chun)進(jin)口設(she)備(bei)(bei)的故障(zhang)處理(li)和技術支持(chi)比(bi)較滯后(hou),再有(you)備(bei)(bei)件的采(cai)購周期比(bi)較長,應(ying)對突發(fa)故障(zhang)的備(bei)(bei)件難(nan)以得到及時供(gong)(gong)應(ying)。
在(zai)當(dang)今***市場(chang)競爭激烈,產(chan)(chan)品(pin)利潤微薄的形(xing)勢下,保證(zheng)產(chan)(chan)品(pin)質(zhi)量(liang)、降低制造(zao)成(cheng)(cheng)本(ben)是占有(you)市場(chang)的先決條件。在(zai)半合(he)成(cheng)(cheng)抗生(sheng)索生(sheng)產(chan)(chan)過程(cheng)中(zhong),深(shen)冷機(ji)(ji)組(zu)只要(yao)正確(que)選型(xing),采(cai)用科(ke)學的維護保養方法(fa),無(wu)論(lun)在(zai)生(sheng)產(chan)(chan)成(cheng)(cheng)本(ben)、工(gong)藝(yi)控制、產(chan)(chan)品(pin)收率、產(chan)(chan)品(pin)質(zhi)量(liang)等方面均(jun)優于傳統液氮降溫等方式:kassel深(shen)冷機(ji)(ji)組(zu)與進口機(ji)(ji)組(zu)相比具(ju)有(you)一(yi)定(ding)的優越性,尤(you)其在(zai)經(jing)濟性方面更為(wei)突出。因此,kassel深(shen)冷機(ji)(ji)組(zu)在(zai)***臺成(cheng)(cheng)生(sheng)產(chan)(chan)制冷工(gong)藝(yi)中(zhong)具(ju)有(you)較高(gao)的推廣價值。