复叠机组 深冷机组在化工医药反应中的应用（一）

半合成抗生素是用化学或生物化学方法改变已知天然抗生素的化学结构，或引入特定的功能基团而获得的具有广谱高效、抗耐药、毒副作用小、使用方便等各种优越性能的抗生素衍生物。随着人们医疗用药水平的提高，半合成抗生素的应用愈加广泛，也促进了半合抗工业的发展，成为制药行业主要发展方向之一。在半合成抗生素生产过程中，一些工艺反应要求在一50℃以下深冷环境中进行．为保证反应条件，常将反应体系降温到-60℃甚至更低，必须采取相应的制冷降温措施。目前常用的深度低温制冷方式有：液氮蒸发制冷和深冷机组制冷。经过对两种制冷方式的比较，复叠式深冷机组在半合成抗生素类药品生产过程中更具有其优越性。

1 两种制冷方式的原理

1.1 复叠式深冷机的制冷原理

制冷机组按照制冷循环级数分为单级制冷和复叠式制冷等形式。单级制冷系统一股采用中温制冷剂。运行中制冷剂的蒸发温度低于-70℃时，制冷剂蒸发压力很低，蒸汽比容增大，输气系数降低，压缩机吸气困难，机组工作效率大大降低，因此用单级制冷系统提供蒸发温度低于-70℃深冷时，其规模难以做大，经济性很低。

复叠式制冷系统由高温部分和低温部分组成．其低温部分提供所需的深冷能力，采用R13、R23等低温制冷剂，但这类制冷剂的冷凝温度要求很低，同等压力下用冷却水难以将其冷凝。高温部分使用中温制冷剂循环，其作用是用于冷凝低温制冷剂，高温部分和低温部分共用一个蒸发冷凝器而“复叠”，从而组成应用两种制冷剂的复叠式制冷循环。

生产工艺要求反应温度为-50℃，因此深冷机组完全能满足工艺要求的大规模降温要求。

1.2 液氮蒸发制冷

向反应溶液中直接通入液氮也能达到降温的目的．但液氮降温过程中存在以下缺陷：

1.2.1 在降温过程中液氮与物料直接接触，因液氮在常压下的沸点为-196℃，当液氮目分布器喷出后瞬间温差高达160℃～-200℃，反应物料局部远远偏离工艺控制温度，造成强烈过冷区。局部工艺控制点的偏离必定造成反应过程不均衡，最终造成产品质量的下降：
1.2.2 液氮在使用过程中吸热汽化．以气态的形式排入大气，在激烈的排放过程中会携带部分物料，因此造成产品收率的下降及溶媒消耗量的增加：
1.2.3 液氮降温与其它物料加入不易同时进行。因为在使用液氮降温过程中．由于液氮汽化膨胀，反应容器内为正压且压力难以控制，此时要投加其它物料参与反应，必须先停止液氮降温，这样会造成反应温度控制中断，工艺控制出现偏差；
1.2.4 液氮使用后不可回收，造成生产费用的增加；
1.2.5 降温过程不稳定，可控性差．操作要求高。液氮的膨胀比高达600，蒸发温度低，在使用过程中容易发生因操作不当而引发爆炸、跑料、物料凝固堵塞管道甚至人身事故。

2 深冷机电与液氮降温的比较

复叠式深冷机组在半合抗生产过程中的用途主要是降低和控制物料体系温度，保证在不同反应阶段整个体系温度有效维持在要求的范围之内，使药物合成过程满足工艺反应温度要求。工作时，由复叠式制冷机组制取低温冷媒，冷媒与反应溶液之间不直接接触，而通过间接换热来影响反应过程，这样可以避免冷媒对物料造成污染。某实际生产过程中制冷系统，该机组高、低温级分别为采R22、R23为制冷剂的螺杆型压缩机，机组的蒸发温度可达-80℃以下，输出-70％～-75℃深冷能力达4万大卡／小时以上。

通过对规模为半合抗产量达1200吨／年实际生产过程的统计分析，深冷机组与液氮降温相比：

2.1 在产品收率和消耗方面，收率提高l.88％，生产溶媒消耗降低36.1％：

2.2 质量上，产品含量提高0.43％，在产品稳定性和其他杂质等指标方面也都好于液氮降温：

2.3 在投资及动力运行成本方面，尽管深冷机组及配套冷却水装置等一次性投资相对较大．折旧也是不容忽视的因素，但外购液氮的费用却是数倍于深冷机组降温方式．两者相比，液氮降温的费用是深冷机降温的5.13倍。

通过以上对比分析表明．在实际生产过程中，深冷机组与传统液氮降温相比．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，其降低了产品成本，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。

深冷机组的应用也要考虑到其他因素。比如制冷机组属于转动设备，其结构较为复杂，因此，设备运行维护要求较高，为保证在生产中充分发挥机组的优势，必须对机组正确选型和科学地维护保养。另外．设备等硬件的一次性投资相应增大。