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原料药生产中的深冷机组简介
作者:北京天利深冷设备股份有限公司
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冷冻机/热交换设备展厅
冷却塔, 冷凝器, 冷却器, 蒸发器, 集热器, ...
在原料药、中间体生产过程中某些合成反应会放出大量的热量或者一些合成反应需要在低温下进行,使用温度在-40℃~-80℃之间。制药厂常规使用的冷水机组达不到该温度范围,故药厂多采用液氮制冷方式。

液氮制冷与深冷机组之间的比较

液氮制冷是采用液态氮气化成氮气制造低温环境,但是液氮制冷过程非可逆,不能循环使用,用户长期使用,费用昂贵。国外先进的技术是使用压缩机式深冷机组来代替液氮制冷,深冷机组使用制冷剂循环工作,日常消耗非常低廉,虽然深冷机组的一次性采购成本比较高,但长期使用还是非常经济合算的。

在恒温阶段,液氮很难做到稳定地控制温度。而深冷机组的精准控制能完全满足要求,保证了产品质量的稳定性,并提高了生产效率。经过用户的比较使用,在某一产品生产中,液氮使用费用超过深冷机组使用费用的5倍。

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深冷机组的工作原理

深冷机组的工作方式是使用制冷剂在蒸发器中制冷载冷剂(二氯甲烷、乙二醇等),再使用泵将载冷剂循环到反应罐工作区。北京天利公司的深冷机组根据运行温度的不同,分为双级、复叠和三级复叠制冷机组,分别是:

■双级制冷机组:运行温度-40℃~ -60℃
■复叠式制冷机组:运行温度-65℃~ -85℃
■三级复叠制冷机组:运行温度-90℃~ -125℃

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双级式制冷机组

双级制冷机组是使用双级压缩机,它的压缩过程分两个阶段进行,从蒸发器出来的制冷剂蒸汽先进入低压缸,压缩到中间压力,经中间冷却以后再进入高压缸被压缩到冷凝压力,排入冷凝器中。制冷剂R22最低蒸发温度为-60℃,制冷剂R404A或R507最低蒸发温度为 -70℃。

在双级压缩制冷循环中,常规制冷剂在蒸发温度较低(<-65℃)的工况下,饱和蒸汽压力和制冷效率很低,并使得制冷系统在负压工况下运行。因此在使用温度低于-60℃的场合,通常采用复叠式制冷系统。

复叠式制冷机组

复叠式制冷机组是由两种不同的制冷剂、由两个单级或双级制冷系统组合而成的制冷循环。

复叠式制冷系统由高温级和低温级两部分组成,并由冷凝蒸发器将两部分联系在一起,高温级制冷剂蒸汽在高温级冷凝器中放出热量凝结成液体,经过膨胀阀进入冷凝蒸发器,在冷凝蒸发器中吸收低温级制冷剂蒸汽的热量形成饱和蒸汽,回到高温级压缩机进行再次压缩。而低温级制冷剂在冷凝蒸发器中放出热量冷凝成为液体后,经过低温级膨胀阀进入蒸发器吸收载冷剂的热量,形成饱和蒸汽后回到低温级压缩机再次进行压缩。

主要组成部件

深冷机组主要的组成部分:压缩机、压缩机驱动电机、油分离器、水冷冷凝器、储液器、油冷却器、中间冷却器和板式热交换器。

压缩机的选用

深冷机组在使用过程中,经常是24h连续开机,对机组的稳定性提出了很高的要求,所以压缩机的选用非常关键。以前压缩机多使用活塞式压缩机,活塞机价格较低廉,但是由于是活塞往复式运动,工作震动和噪音过大,而且活塞机易损零件过多,需要经常更换。活塞式深冷机组在日常使用中需要经常维护,这给用户的使用带来了诸多不便。

现在多采用螺杆式压缩机,螺杆式压缩机利用一个阳螺杆和一个阴螺杆相互啮合所组成的一对转子,完成吸气、压缩和排气的过程。螺杆机易损零件少,运行周期长,维修次数少。压缩机没有吸、排气阀,同时采用了高效转子型线和齿数比,效率大为提高。

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油分离器

由压缩机排气排出的高温高压制冷剂蒸汽中带有大量润滑油,如果润滑油进入到系统中会严重影响制冷量,因此必须在油分离器中将油分离出去。高温高压制冷剂蒸汽在油分离器中经过多次过滤分离,最后将纯净的制冷剂送到冷凝器中成常温高压的制冷剂液体。被分离出来的润滑油经过油泵再次被送到压缩机需要润滑和密封的部位循环使用。

中间冷却器

中间冷却器的作用是冷却压缩机排出的蒸汽,使高压级的吸气温度保持在比较低的状况,从而不会使高压排气和第二级的排气温度过高;同时中间冷却器还将常温高压制冷剂液体降温成温度较低的液体,以获得较大冷量。

冷凝器

冷凝器是将高温高压的制冷剂蒸汽用水冷凝成为常温高压的制冷剂液体。

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储液器

储液器是将冷凝器中被冷凝的制冷剂存放的容器,以做为增补盈亏之用;同时也是为将全部制冷剂收回的储存容器。

油冷却器

油冷却器与冷凝器的结构与工作原理相同,用来冷却润滑油。

板式热交换器

板式热交换器是制冷剂与载冷剂直接交换热量的换热器,一端管程内是制冷剂,另一端管程内是载冷剂。

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控制系统

深冷机组的控制系统由CPU+PLC+显示屏组成。CPU是系统的控制核心,包括数字量输入输出模块和模拟量输入模块。它接受现场的开关量(如压缩机运行)及模拟量(如冷却水温度)输入信号,经过PLC程序处理后,输出开关量控制信号至现场。

显示屏是系统的操作人机界面(HMI),用户通过简易的按键式操作,完成运行状态监控、参数设定、手动及自动运行、报警及趋势查询、运行统计查询等操作。控制系统可以提供的性能指标包括:机组运行状态;排气温度、吸气温度、冷媒进出口温度等系统测温点的温度;压缩机用于能量调节的滑阀的实际位置;测量参数的实时趋势跟踪;故障报警原因;所有电机的本次运行时间。控制系统提供自动及手动两种运行操作模式,可以根据载冷剂温度自动调节负荷,压缩机有反转保护功能。

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国内深冷机组的情况

国内深冷机组的使用时间并不算短,但只是集中在哈药、华药、石药和鲁抗等大型企业,其他大多数原料药生产企业还都是在使用传统的液氮制冷。

北京天利深冷设备股份有限公司在国内率先开发研制了-75℃深冷机组,并获得国家经贸委颁发的《2000年度国家级新产品奖》,在该技术领域一直保持国内领先地位。天利深冷机组成功运用在哈药、华药、鲁抗和石药等企业,给这些企业带来了可观的经济效益。天利公司开发出了全系列规格深冷机组,运行温度从-30℃~-125℃,制冷量从17~280kw。

小结

深冷机组与传统液氮制冷相比,从产品收率、溶媒消耗、工艺控制和产品质量以及投资、动力费用等方面都有明显优势,降低了产品成本,提高了市场竞争力。深冷机组制冷是构建大规模深冷环境的首选方法。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (10/16/2010)
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