兩種制冷方式的原理
低溫復(fù)疊制冷的制冷原理
制冷機(jī)組按照制冷循環(huán)級(jí)數(shù)分為單級(jí)制冷和復(fù)疊式制冷等形式；單級(jí)制冷系統(tǒng)一般采用中溫制冷劑。運(yùn)行中制冷的蒸發(fā)溫度低于-70℃，制冷劑蒸發(fā)壓力很低，蒸汽比容增大，輸氣系數(shù)降低，壓縮機(jī)吸氣困難，機(jī)組工作效率大大降低，因此用單級(jí)制冷系統(tǒng)提供蒸發(fā)溫度低于-70℃深冷時(shí)，其規(guī)模難以做大，經(jīng)濟(jì)性很低。
復(fù)疊式制冷系統(tǒng)由高溫部分和低溫部分組成，其低溫部分提供所需的深冷能力，采用R13、R23等低溫制冷劑，但這類制冷劑的冷凝溫度要求很低，同等壓力下用冷卻水難以將其冷凝。高溫部分使用中溫制冷劑循環(huán)，其作用是用于冷凝低溫制冷劑，高溫部分和低溫部分共用一個(gè)蒸發(fā)冷凝器而“復(fù)疊”，從而組成應(yīng)用兩種制冷劑的復(fù)疊式制冷循環(huán)。
生產(chǎn)工藝要求反應(yīng)溫度為-50℃，因此深冷機(jī)組完全能滿足工藝要求的大規(guī)模降溫要求。
液氮蒸發(fā)制冷
向反應(yīng)溶液中直接通入液氮也能達(dá)到降溫的目的，但液氮降溫過(guò)程中存在以下缺陷：
在降溫過(guò)程中液氮與物料直接接觸，因液氮在常壓下的沸點(diǎn)為-196℃，當(dāng)液氮目分布器噴出后瞬間溫差高達(dá)160℃~-200℃，反應(yīng)物料局部遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離工藝控制溫度，造成強(qiáng)烈過(guò)冷區(qū)。局部工藝控制點(diǎn)的偏離必定造成反應(yīng)過(guò)程不均衡，造成產(chǎn)品質(zhì)量的下降：
液氮在使用過(guò)程中吸熱汽化。以氣態(tài)的形式排入大氣，在激烈的排放過(guò)程中會(huì)攜帶部分物料，因此造成產(chǎn)品收率的下降及溶媒消耗量的增加
液氮降溫與其它物料加入不易同時(shí)進(jìn)行。因?yàn)樵谑褂靡旱禍剡^(guò)程中，由于液氮汽化膨脹，反應(yīng)容器內(nèi)為正壓且壓力難以控制，此時(shí)要投加其它物料參與反應(yīng)，必須先停止液氮降溫，這樣會(huì)造成反應(yīng)溫度控制中斷，工藝控制出現(xiàn)偏差
液氮使用后不可回收，造成生產(chǎn)費(fèi)用的增加
降溫過(guò)程不穩(wěn)定，可控性差。操作要求高。液氮的膨脹比高達(dá)600，蒸發(fā)溫度低，在使用過(guò)程中容易發(fā)生因操作不當(dāng)而引發(fā)爆炸、跑料、物料凝固堵塞管道甚至人身事故。
深冷機(jī)組與液氮降溫的比較
低溫復(fù)疊機(jī)組在半合抗生產(chǎn)過(guò)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(yīng)階段整個(gè)體系溫度有效維持在要求的范圍之內(nèi)，使藥物合成過(guò)程滿足工藝反應(yīng)溫度要求。工作時(shí)，由復(fù)疊式制冷機(jī)組制取低溫冷媒，冷媒與反應(yīng)溶液之間不直接接觸，而通過(guò)間接換熱來(lái)影響反應(yīng)過(guò)程，這樣可以避免冷媒對(duì)物料造成污染。某實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中制冷系統(tǒng)，該機(jī)組高、低溫級(jí)分別為采R22、R23為制冷劑的螺桿型壓縮機(jī)，機(jī)組的蒸發(fā)溫度可達(dá)-80℃以下，輸出-70℃~-75℃深冷能力達(dá)4萬(wàn)大卡/小時(shí)以上。
通過(guò)對(duì)規(guī)模為半合抗產(chǎn)量達(dá)1200噸/年實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的統(tǒng)計(jì)分析，深冷機(jī)組與液氮降溫相比：
在產(chǎn)品收率和消耗方面，收率提高1.88%，生產(chǎn)溶媒消耗降低36.1%
質(zhì)量上，產(chǎn)品含量提高0.43%，在產(chǎn)品穩(wěn)定性和其他雜質(zhì)等指標(biāo)方面也都好于液氮降溫
在投資及動(dòng)力運(yùn)行成本方面，盡管深冷機(jī)組及配套冷卻水裝置等一次性投資相對(duì)較大，折舊也是不容忽視的因素，但外購(gòu)液氮的費(fèi)用卻是數(shù)倍于深冷機(jī)組降溫方式，。兩者相比，液氮降溫的費(fèi)用是深冷機(jī)降溫的5.13倍。
通過(guò)以上對(duì)比分析表明，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，深冷機(jī)組與傳統(tǒng)液氮降溫相比。從產(chǎn)品收率、溶媒消耗、工藝控制和產(chǎn)品質(zhì)量以及投資、動(dòng)力費(fèi)用等方面都有明顯優(yōu)勢(shì)，其降低了產(chǎn)品成本，提高了市場(chǎng)竟?fàn)幜ΑＩ罾錂C(jī)組制冷是構(gòu)建大規(guī)模深冷環(huán)境的方法。