随著(zhe)人們醫(yī)療用(yòng)藥水(shuǐ)平的(de)提高(gāo)，半合成抗生素的(de)應用(yòng)愈加廣泛，也促進了半合抗工業的(de)發展，成為(wèi)制藥行(xíng)業主要發展方向之一。在(zài)半台抗生産過程中，一些工藝反應要求在(zài)一50℃以下超低溫環境中進行(xíng)．為(wèi)保證反應條件(jiàn)，常将反應體系降溫到-70℃甚至更低，必須采取相應的(de)制冷降溫措施。目前常用(yòng)的(de)深度低溫制冷方式有：液氮蒸發制冷和超低溫機組制冷。經過對兩種制冷方式的(de)比較，複疊式超低溫機組在(zài)半台成抗生素類藥品生産過程中更具有其優越性。
制冷機組按照(zhào)制冷循環級數(shù)分為(wèi)單級制冷和複疊式制冷等形式。單級制冷系統一股采用(yòng)中溫制冷劑。運行(xíng)中制冷劑的(de)蒸發溫度低于-70℃時，制冷劑蒸發壓力很低，蒸汽比容增大．輸氣系數(shù)降低，壓縮機吸氣困難，機組工作效率大大降低，因此用(yòng)單級制冷系統提供蒸發溫度低于-70℃超低溫時，其規模難以做(zuò)大，經濟性很低。
複疊式制冷系統由高(gāo)溫部分和低溫部分組成．其低溫部分提供所需的(de)超低溫能力，采用(yòng)R13、R23等低溫制冷劑，但(dàn)這(zhè)類制冷劑的(de)冷凝溫度要求很低，同等壓力下用(yòng)冷卻水(shuǐ)難以将其冷凝。高(gāo)溫部分使用(yòng)中溫制冷劑循環，其作用(yòng)是用(yòng)于冷凝低溫制冷劑，高(gāo)溫部分和低溫部分共用(yòng)一個(gè)蒸發冷凝器(qì)而“複疊”，從而組成應用(yòng)兩種制冷劑的(de)複疊式制冷循環。生産工藝要求反應溫度為(wèi)-50℃，因此超低溫機組完全能滿足工藝要求的(de)大規模降溫要求。
1.1液氮蒸發制冷
向反應溶液中直接通入液氮也能達到降溫的(de)目的(de)．但(dàn)液氮降溫過程中存在(zài)以下缺陷：
1.1.1在(zài)降溫過程中液氮與物(wù)料直接接觸，因液氮在(zài)常壓下的(de)沸點為(wèi)-196℃，當液氮目分布器(qì)噴出後瞬間溫差高(gāo)達160℃～-200℃，反應物(wù)料局部遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離(lí)工藝控制溫度，造成強烈過冷區(qū)。局部工藝控制點的(de)偏離(lí)必定造成反應過程不(bù)均衡，最終造成産品質量的(de)下降：
1.1.2液氮在(zài)使用(yòng)過程中吸熱汽化(huà)(huà)．以氣态的(de)形式排入大氣，在(zài)激烈的(de)排放過程中會(huì)攜帶部分物(wù)料，因此造成産品收率的(de)下降及溶媒消耗量的(de)增加：
1.1.3液氮降溫與其它物(wù)料加入不(bù)易同時進行(xíng)。因為(wèi)在(zài)使用(yòng)液氮降溫過程中．由于液氮汽化(huà)(huà)膨脹，反應容器(qì)內(nèi)為(wèi)正壓且壓力難以控制，此時要投加其它物(wù)料參與反應，必須先停止液氮降溫，這(zhè)樣會(huì)造成反應溫度控制中斷，工藝控制出現偏差；
1.1.4液氮使用(yòng)後不(bù)可回收，造成生産費用(yòng)的(de)增加；
1.1.5降溫過程不(bù)穩定，可控性差．操作要求高(gāo)。液氮的(de)膨脹比高(gāo)達600，蒸發溫度低，在(zài)使用(yòng)過程中容易發生因操作不(bù)當而引發爆炸、跑料、物(wù)料凝固堵塞管道(dào)甚至人身(shēn)事故。
2超低溫機電與液氮降溫的(de)比較
複疊式超低溫機組在(zài)半合抗生産過程中的(de)用(yòng)途主要是降低和控制物(wù)料體系溫度，保證在(zài)不(bù)同反應階段整個(gè)體系溫度有效維持在(zài)要求的(de)範圍之內(nèi)，使藥物(wù)合成過程滿足工藝反應溫度要求。工作時，由複疊式制冷機組制取低溫冷媒，冷媒與反應溶液之間不(bù)直接接觸，而通過間接換熱來影響反應過程，這(zhè)樣可以避免冷媒對物(wù)料造成污染。
某實際生産過程中制冷系統，該機組高(gāo)、低溫級分别為(wèi)采R22、R23為(wèi)制冷劑的(de)螺杆型壓縮機，機組的(de)蒸發溫度可達-80℃以下，輸出-70％～-75℃超低溫能力達4萬大卡／小時以上。
通過對規模為(wèi)半合抗産量達1200噸／年實際生産過程的(de)統計(jì)分析，超低溫機組與液氮降溫相比：
2.1在(zài)産品收率和消耗方面，收率提高(gāo)l.88％，生産溶媒消耗降低36.1％：
2.2質量上，産品含量提高(gāo)0.43％，在(zài)産品穩定性和其他(tā)雜質等指标方面也都好(hǎo)(hǎo)于液氮降溫：
2.3在(zài)投資(zī)及動力運行(xíng)成本方面，盡管超低溫機組及配套冷卻水(shuǐ)裝置等一次性投資(zī)相對較大．折舊也是不(bù)容忽視(shì)的(de)因素，但(dàn)外購液氮的(de)費用(yòng)卻是數(shù)倍于超低溫機組降溫方式．兩者相比，液氮降溫的(de)費用(yòng)是超低溫機降溫的(de)5.13倍。
通過以上對比分析表明．在(zài)實際生産過程中，超低溫機組與傳統液氮降溫相比．從産品收率、溶媒消耗、工藝控制和産品質量以及投資(zī)、動力費用(yòng)等方面都有明顯優勢，其降低了産品成本，提高(gāo)了市(shì)場競争力。超低溫機組制冷是構建大規模超低溫環境的(de)******方法。
超低溫機組的(de)應用(yòng)也要考慮到其他(tā)因素。比如制冷機組屬于轉動設備，其結構較為(wèi)複雜，因此，設備運行(xíng)維護要求較高(gāo)，為(wèi)保證在(zài)生産中充分發揮機組的(de)優勢，必須對機組正确選型和科(kē)學(xué)地(dì)維護保養。另外．設備等硬件(jiàn)的(de)一次性投資(zī)相應增大。
3複疊式超低溫機組的(de)選型及維護保養
3.1機組選型
深度制冷壓縮機一般有：活塞、螺杆等型式，超低溫機組應******螺杆式制冷機組，主要原因：
（1）運動部件(jiàn)少，使用(yòng)安全可靠。由于螺杆壓縮機沒有閥片、活塞環、曲軸連杆等易損部件(jiàn)，結構相對簡單，它的(de)主要運動部件(jiàn)——螺杆轉子(zi)運行(xíng)方式平穩，無故障運行(xíng)時間可達80000小時以上，故使用(yòng)比較可靠，更能符合抗生素合成生産中反應溫度控制苛刻的(de)要求。
（2）能量可實現無級調節。由于在(zài)生産過程中對冷量的(de)需求是動态的(de)．因此要求制冷機組能夠有效地(dì)進行(xíng)能量調節。一般活塞式壓縮機是梯度調節，也就是采用(yòng)通過機組開、停車方式來實現冷量供應的(de)調節，機組的(de)頻(pín)繁啟動很容易造成電氣、機械等部件(jiàn)的(de)損壞，同時因電機功率較大，電機的(de)頻(pín)繁啟動易對電網的(de)安全運行(xíng)造成沖擊：螺杆式壓縮機采用(yòng)滑閥調節其能級，可實現10％~100％之間無級調節，因此在(zài)機組運行(xíng)能耗及穩定性上優于其它形式機組。
（3）複疊式超低溫機組在(zài)運行(xíng)時，高(gāo)溫部分蒸發溫度在(zài)-30℃左右，低溫部分蒸發溫度在(zài)-80℃左右，運行(xíng)過程中可能存在(zài)一部分未蒸發的(de)液體制冷劑，對于活塞式壓縮機很容易産生液擊，嚴重時造成壓縮機的(de)報(bào)廢，而螺杆式壓縮機對于少量進液不(bù)敏感
3.2制冷劑、載冷劑
複疊式制冷機組的(de)制冷劑、載冷劑在(zài)設備選型過程中同樣重要，制冷劑、載冷劑選型介紹如下。
制冷劑選型考慮因素：
（1）安全性。
應選用(yòng)無毒、不(bù)可燃的(de)制冷劑；
（2）經濟性。在(zài)同樣工作循環中COP值要高(gāo)，設備運行(xíng)壓力不(bù)能過高(gāo)，否則将增加設備的(de)電耗等運行(xíng)費用(yòng)；
（3）環保性。使用(yòng)的(de)制冷劑應滿足《蒙特利爾議(yì)定書(shū)》及其修正案的(de)承諾，不(bù)應選用(yòng)被列為(wèi)淘汰之列的(de)制冷劑，優先選用(yòng)環保性能好(hǎo)(hǎo)的(de)制冷劑。
3.2.1在(zài)複疊式超低溫機組中高(gāo)溫級制冷劑一般選用(yòng)中溫制冷劑（R22、R407C、R410A、R404A）
通過以上各種制冷劑性質的(de)比較，R22除ODP值比其它制冷劑略高(gāo)之外，它的(de)經濟性、循環穩定性都具有一定的(de)優越性，是一種優良的(de)過度型制冷劑。到目前為(wèi)止，國家在(zài)執行(xíng)《議(yì)定書(shū)》倫敦修止案過程中，允許使用(yòng)HCFC類制冷劑至2030年，因此R22應作為(wèi)優先選用(yòng)之列。同時要随著(zhe)制冷劑技術的(de)發展，密切注意新(xīn)型環保、高(gāo)效制冷劑的(de)開發情況。
3.2.2在(zài)複疊式超低溫機組中低溫級制冷劑一般選用(yòng)R13、R23，由于R13的(de)環保性能比較差：ODP值為(wèi)1.0，屬于《國家逐步淘汰ODS國家方案》中10種受控物(wù)質之列，按照(zhào)國家淘汰計(jì)劃，20l0年1月1日全部淘汰R13．因此在(zài)選用(yòng)低溫制冷劑應優先選用(yòng)可長(cháng)期使用(yòng)的(de)環保制冷劑R23。
3.2.3超低溫機組由于其蒸發溫度在(zài)-80℃以下，因此選用(yòng)的(de)載冷劑凝固點必須低于-80℃，常用(yòng)的(de)載冷劑有R11（CFCL3凝固點為(wèi)-111.O℃）、R30（CH2CL2凝固點為(wèi)-97.0℃）。在(zài)選用(yòng)時應考慮：R11環保性能差，屬于《國家逐步淘汰ODS國家方案》中10種受控物(wù)質之列，但(dàn)是凝固點低，系統運行(xíng)更可靠；R30環保性能好(hǎo)(hǎo)，但(dàn)是凝固點高(gāo)，因此對機組蒸發溫度控制要求高(gāo)，必須保證蒸發溫度高(gāo)于R30的(de)凝固點。
3.3超低溫機組維護保養
超低溫機組的(de)維護保養對于設備的(de)穩定運行(xíng)起著(zhe)關鍵作用(yòng)，因此必須建立完善的(de)維護保養制度，對于此方面介紹如下幾點：
（1）維護保養人員必須經過專業培訓，要對設備原理(lǐ)、性能等全面掌握；
（2）應嚴格按照(zhào)規定周期對設備進行(xíng)檢修、維護保養，操作和維修人員應相對固定；
（3）設備的(de)控制元件(jiàn)及傳感元件(jiàn)必須定期校驗，以對機組起到有效的(de)安全保護及獲取客觀的(de)運行(xíng)原始數(shù)據；
（4）設備所需的(de)制冷劑、冷凍油等應按照(zhào)操作手冊規定牌号、數(shù)量填充，不(bù)得随意更換制冷劑、冷凍油的(de)牌号，對于低溫制冷劑的(de)填充量更要嚴格控制，一般應以0.lkg為(wèi)計(jì)量單位，不(bù)得超量填充。
4國産螺杆式複疊超低溫機組實際應用(yòng)
由于超低溫機組的(de)熱力循環過程對設備、控制等部件(jiàn)的(de)技術要求較高(gāo)，以前用(yòng)于抗生素生産的(de)超低溫機組主要依賴國外進口，随著(zhe)國內(nèi)制冷裝備技術水(shuǐ)平的(de)不(bù)斷提高(gāo)，特别是對超低溫機組的(de)開發有了跨越式發展，其中北(běi)京天利超低溫設備股份有限公司(sī)等國內(nèi)主要生産廠家設計(jì)生産的(de)螺杆式超低溫機組以其運行(xíng)穩定、性價比高(gāo)等優勢赢得了市(shì)場競争優勢，目前這(zhè)種設備在(zài)抗生素合成生産過程得到了廣泛應用(yòng)。
4.1可靠性、制冷效率及設備經濟性
國産螺杆式複疊超低溫機組的(de)壓縮機、熱變換器(qì)、膨脹閥、測控部件(jiàn)及控制系統均采用(yòng)國際知名品牌産品，高(gāo)标準的(de)軟、硬件(jiàn)為(wèi)機組穩定運行(xíng)提供了可靠的(de)基礎保障，設備的(de)整體性能與進口設備性能相當。實際運行(xíng)情況表明，在(zài)相同熱負荷下，國産機組的(de)降溫能力能夠運到進口機組的(de)水(shuǐ)平，滿足生産的(de)需求；在(zài)設備投資(zī)的(de)經濟性方面，進口機組和國産機組雖然在(zài)硬件(jiàn)水(shuǐ)平上基本相同，但(dàn)購置價格卻有很大差異，一般相同制冷量、相同類型的(de)機組，進口設備的(de)投資(zī)是國産設備的(de)2.5倍以上。因此，采用(yòng)國産機組能夠人大降低設備的(de)前期投資(zī)，同時也能園設備折舊費用(yòng)下降、配件(jiàn)便宜而降低運行(xíng)成本。
4.2售後服(fú)務(wù)
售後服(fú)務(wù)方面，國産機組比進口設備更具有明顯的(de)優勢，無論設備故障處理(lǐ)還是備件(jiàn)供應，其效率更高(gāo)。而進口設備的(de)故障處理(lǐ)和技術支持比較滞後，再有備件(jiàn)的(de)采購周期比較長(cháng)，應對突發故障的(de)備件(jiàn)難以得到及時供應。
在(zài)當今抗生素市(shì)場競争激烈，産品利潤微薄的(de)形勢下，保證産品質量、降低制造成本是占有市(shì)場的(de)先決條件(jiàn)。在(zài)半合成抗生索生産過程中，超低溫機組隻要正确選型，采用(yòng)科(kē)學(xué)的(de)維護保養方法，無論在(zài)生産成本、工藝控制、産品收率、産品質量等方面均優于傳統液氮降溫等方式：國産超低溫機組與進口機組相比具有一定的(de)優越性，尤其在(zài)經濟性方面更為(wèi)突出。因此，國産超低溫機組在(zài)抗生素台成生産制冷工藝中具有較高(gāo)的(de)推廣價值。
