随着人(rén)們醫(yī)療用藥水平的提高，半合成抗生(shēng)素的應用愈加廣泛，也(yě)促進了(le)半合抗工業的發展，成為(wèi)制藥行業主要發展方向之一(yī)。在半台抗生(shēng)産過程中，一(yī)些(xiē)工藝反應要求在一(yī)50℃以下(xià)超低(dī)溫環境中進行．為(wèi)保證反應條件，常将反應體(tǐ)系降溫到-70℃甚至更低(dī)，必須采取相應的制冷降溫措施。目前常用的深度低(dī)溫制冷方式有：液氮蒸發制冷和超低(dī)溫機組制冷。經過對兩種制冷方式的比較，複疊式超低(dī)溫機組在半台成抗生(shēng)素類藥品生(shēng)産過程中更具有其優越性。
制冷機組按照制冷循環級數分(fēn)為(wèi)單級制冷和複疊式制冷等形式。單級制冷系統一(yī)股采用中溫制冷劑。運行中制冷劑的蒸發溫度低(dī)于-70℃時(shí)，制冷劑蒸發壓力很低(dī)，蒸汽比容增大．輸氣系數降低(dī)，壓縮機吸氣困難，機組工作(zuò)效率大大降低(dī)，因此用單級制冷系統提供蒸發溫度低(dī)于-70℃超低(dī)溫時(shí)，其規模難以做大，經濟性很低(dī)。
複疊式制冷系統由高溫部分(fēn)和低(dī)溫部分(fēn)組成．其低(dī)溫部分(fēn)提供所需的超低(dī)溫能(néng)力，采用R13、R23等低(dī)溫制冷劑，但(dàn)這(zhè)類制冷劑的冷凝溫度要求很低(dī)，同等壓力下(xià)用冷卻水難以将其冷凝。高溫部分(fēn)使用中溫制冷劑循環，其作(zuò)用是用于冷凝低(dī)溫制冷劑，高溫部分(fēn)和低(dī)溫部分(fēn)共用一(yī)個(gè)蒸發冷凝器(qì)而“複疊”，從而組成應用兩種制冷劑的複疊式制冷循環。生(shēng)産工藝要求反應溫度為(wèi)-50℃，因此超低(dī)溫機組完全能(néng)滿足工藝要求的大規模降溫要求。
1.1液氮蒸發制冷
向反應溶液中直接通入液氮也(yě)能(néng)達到降溫的目的．但(dàn)液氮降溫過程中存在以下(xià)缺陷：
1.1.1在降溫過程中液氮與物料直接接觸，因液氮在常壓下(xià)的沸點為(wèi)-196℃，當液氮目分(fēn)布器(qì)噴出後瞬間(jiān)溫差高達160℃～-200℃，反應物料局部遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離工藝控制溫度，造成強烈過冷區。局部工藝控制點的偏離必定造成反應過程不均衡，最終造成産品質量的下(xià)降：
1.1.2液氮在使用過程中吸熱汽化(huà)．以氣态的形式排入大氣，在激烈的排放(fàng)過程中會攜帶部分(fēn)物料，因此造成産品收率的下(xià)降及溶媒消耗量的增加：
1.1.3液氮降溫與其它物料加入不易同時(shí)進行。因為(wèi)在使用液氮降溫過程中．由于液氮汽化(huà)膨脹，反應容器(qì)内為(wèi)正壓且壓力難以控制，此時(shí)要投加其它物料參與反應，必須先停止液氮降溫，這(zhè)樣會造成反應溫度控制中斷，工藝控制出現(xiàn)偏差；
1.1.4液氮使用後不可回收，造成生(shēng)産費用的增加；
1.1.5降溫過程不穩定，可控性差．操作(zuò)要求高。液氮的膨脹比高達600，蒸發溫度低(dī)，在使用過程中容易發生(shēng)因操作(zuò)不當而引發爆炸、跑料、物料凝固堵塞管道甚至人(rén)身(shēn)事(shì)故。
2超低(dī)溫機電與液氮降溫的比較
複疊式超低(dī)溫機組在半合抗生(shēng)産過程中的用途主要是降低(dī)和控制物料體(tǐ)系溫度，保證在不同反應階段整個(gè)體(tǐ)系溫度有效維持在要求的範圍之内，使藥物合成過程滿足工藝反應溫度要求。工作(zuò)時(shí)，由複疊式制冷機組制取低(dī)溫冷媒，冷媒與反應溶液之間(jiān)不直接接觸，而通過間(jiān)接換熱來(lái)影響反應過程，這(zhè)樣可以避免冷媒對物料造成污染。
某實際生(shēng)産過程中制冷系統，該機組高、低(dī)溫級分(fēn)别為(wèi)采R22、R23為(wèi)制冷劑的螺杆型壓縮機，機組的蒸發溫度可達-80℃以下(xià)，輸出-70％～-75℃超低(dī)溫能(néng)力達4萬大卡／小時(shí)以上(shàng)。
通過對規模為(wèi)半合抗産量達1200噸／年實際生(shēng)産過程的統計分(fēn)析，超低(dī)溫機組與液氮降溫相比：
2.1在産品收率和消耗方面，收率提高l.88％，生(shēng)産溶媒消耗降低(dī)36.1％：
2.2質量上(shàng)，産品含量提高0.43％，在産品穩定性和其他雜質等指标方面也(yě)都好(hǎo)(hǎo)于液氮降溫：
2.3在投資及動力運行成本方面，盡管超低(dī)溫機組及配套冷卻水裝置等一(yī)次性投資相對較大．折舊也(yě)是不容忽視(shì)的因素，但(dàn)外購(gòu)液氮的費用卻是數倍于超低(dī)溫機組降溫方式．兩者相比，液氮降溫的費用是超低(dī)溫機降溫的5.13倍。
通過以上(shàng)對比分(fēn)析表明．在實際生(shēng)産過程中，超低(dī)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、動力費用等方面都有明顯優勢，其降低(dī)了(le)産品成本，提高了(le)市(shì)場(chǎng)競争力。超低(dī)溫機組制冷是構建大規模超低(dī)溫環境的******方法。
超低(dī)溫機組的應用也(yě)要考慮到其他因素。比如(rú)制冷機組屬于轉動設備，其結構較為(wèi)複雜，因此，設備運行維護要求較高，為(wèi)保證在生(shēng)産中充分(fēn)發揮機組的優勢，必須對機組正确選型和科學地維護保養。另外．設備等硬件的一(yī)次性投資相應增大。
3複疊式超低(dī)溫機組的選型及維護保養
3.1機組選型
深度制冷壓縮機一(yī)般有：活塞、螺杆等型式，超低(dī)溫機組應******螺杆式制冷機組，主要原因：
（1）運動部件少，使用安全可靠。由于螺杆壓縮機沒有閥片、活塞環、曲軸連杆等易損部件，結構相對簡單，它的主要運動部件——螺杆轉子(zǐ)運行方式平穩，無故障運行時(shí)間(jiān)可達80000小時(shí)以上(shàng)，故使用比較可靠，更能(néng)符合抗生(shēng)素合成生(shēng)産中反應溫度控制苛刻的要求。
（2）能(néng)量可實現(xiàn)無級調節。由于在生(shēng)産過程中對冷量的需求是動态的．因此要求制冷機組能(néng)夠有效地進行能(néng)量調節。一(yī)般活塞式壓縮機是梯度調節，也(yě)就(jiù)是采用通過機組開、停車方式來(lái)實現(xiàn)冷量供應的調節，機組的頻繁啓動很容易造成電氣、機械等部件的損壞，同時(shí)因電機功率較大，電機的頻繁啓動易對電網的安全運行造成沖擊：螺杆式壓縮機采用滑閥調節其能(néng)級，可實現(xiàn)10％~100％之間(jiān)無級調節，因此在機組運行能(néng)耗及穩定性上(shàng)優于其它形式機組。
（3）複疊式超低(dī)溫機組在運行時(shí)，高溫部分(fēn)蒸發溫度在-30℃左右，低(dī)溫部分(fēn)蒸發溫度在-80℃左右，運行過程中可能(néng)存在一(yī)部分(fēn)未蒸發的液體(tǐ)制冷劑，對于活塞式壓縮機很容易産生(shēng)液擊，嚴重時(shí)造成壓縮機的報(bào)廢，而螺杆式壓縮機對于少量進液不敏感
3.2制冷劑、載冷劑
複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(rú)下(xià)。
制冷劑選型考慮因素：
（1）安全性。
應選用無毒、不可燃的制冷劑；
（2）經濟性。在同樣工作(zuò)循環中COP值要高，設備運行壓力不能(néng)過高，否則将增加設備的電耗等運行費用；
（3）環保性。使用的制冷劑應滿足《蒙特利爾議(yì)定書》及其修正案的承諾，不應選用被列為(wèi)淘汰之列的制冷劑，優先選用環保性能(néng)好(hǎo)(hǎo)的制冷劑。
3.2.1在複疊式超低(dī)溫機組中高溫級制冷劑一(yī)般選用中溫制冷劑（R22、R407C、R410A、R404A）
通過以上(shàng)各種制冷劑性質的比較，R22除ODP值比其它制冷劑略高之外，它的經濟性、循環穩定性都具有一(yī)定的優越性，是一(yī)種優良的過度型制冷劑。到目前為(wèi)止，國家在執行《議(yì)定書》倫敦修止案過程中，允許使用HCFC類制冷劑至2030年，因此R22應作(zuò)為(wèi)優先選用之列。同時(shí)要随着制冷劑技術的發展，密切注意新(xīn)型環保、高效制冷劑的開發情況。
3.2.2在複疊式超低(dī)溫機組中低(dī)溫級制冷劑一(yī)般選用R13、R23，由于R13的環保性能(néng)比較差：ODP值為(wèi)1.0，屬于《國家逐步淘汰ODS國家方案》中10種受控物質之列，按照國家淘汰計劃，20l0年1月(yuè)(yuè)1日全部淘汰R13．因此在選用低(dī)溫制冷劑應優先選用可長期使用的環保制冷劑R23。
3.2.3超低(dī)溫機組由于其蒸發溫度在-80℃以下(xià)，因此選用的載冷劑凝固點必須低(dī)于-80℃，常用的載冷劑有R11（CFCL3凝固點為(wèi)-111.O℃）、R30（CH2CL2凝固點為(wèi)-97.0℃）。在選用時(shí)應考慮：R11環保性能(néng)差，屬于《國家逐步淘汰ODS國家方案》中10種受控物質之列，但(dàn)是凝固點低(dī)，系統運行更可靠；R30環保性能(néng)好(hǎo)(hǎo)，但(dàn)是凝固點高，因此對機組蒸發溫度控制要求高，必須保證蒸發溫度高于R30的凝固點。
3.3超低(dī)溫機組維護保養
超低(dī)溫機組的維護保養對于設備的穩定運行起着關(guān)鍵作(zuò)用，因此必須建立完善的維護保養制度，對于此方面介紹如(rú)下(xià)幾點：
（1）維護保養人(rén)員(yuán)必須經過專業培訓，要對設備原理(lǐ)、性能(néng)等全面掌握；
（2）應嚴格按照規定周期對設備進行檢修、維護保養，操作(zuò)和維修人(rén)員(yuán)應相對固定；
（3）設備的控制元件及傳感元件必須定期校(xiào)驗，以對機組起到有效的安全保護及獲取客觀的運行原始數據；
（4）設備所需的制冷劑、冷凍油等應按照操作(zuò)手冊規定牌号、數量填充，不得随意更換制冷劑、冷凍油的牌号，對于低(dī)溫制冷劑的填充量更要嚴格控制，一(yī)般應以0.lkg為(wèi)計量單位，不得超量填充。
4國産螺杆式複疊超低(dī)溫機組實際應用
由于超低(dī)溫機組的熱力循環過程對設備、控制等部件的技術要求較高，以前用于抗生(shēng)素生(shēng)産的超低(dī)溫機組主要依賴國外進口，随着國内制冷裝備技術水平的不斷提高，特别是對超低(dī)溫機組的開發有了(le)跨越式發展，其中北京天利超低(dī)溫設備股份有限公司等國内主要生(shēng)産廠家設計生(shēng)産的螺杆式超低(dī)溫機組以其運行穩定、性價比高等優勢赢得了(le)市(shì)場(chǎng)競争優勢，目前這(zhè)種設備在抗生(shēng)素合成生(shēng)産過程得到了(le)廣泛應用。
4.1可靠性、制冷效率及設備經濟性
國産螺杆式複疊超低(dī)溫機組的壓縮機、熱變換器(qì)、膨脹閥、測控部件及控制系統均采用國際知名品牌産品，高标準的軟、硬件為(wèi)機組穩定運行提供了(le)可靠的基礎保障，設備的整體(tǐ)性能(néng)與進口設備性能(néng)相當。實際運行情況表明，在相同熱負荷下(xià)，國産機組的降溫能(néng)力能(néng)夠運到進口機組的水平，滿足生(shēng)産的需求；在設備投資的經濟性方面，進口機組和國産機組雖然在硬件水平上(shàng)基本相同，但(dàn)購(gòu)置價格卻有很大差異，一(yī)般相同制冷量、相同類型的機組，進口設備的投資是國産設備的2.5倍以上(shàng)。因此，采用國産機組能(néng)夠人(rén)大降低(dī)設備的前期投資，同時(shí)也(yě)能(néng)園設備折舊費用下(xià)降、配件便宜而降低(dī)運行成本。
4.2售後服務(wù)
售後服務(wù)方面，國産機組比進口設備更具有明顯的優勢，無論設備故障處理(lǐ)還是備件供應，其效率更高。而進口設備的故障處理(lǐ)和技術支持比較滞後，再有備件的采購(gòu)周期比較長，應對突發故障的備件難以得到及時(shí)供應。
在當今抗生(shēng)素市(shì)場(chǎng)競争激烈，産品利潤微薄的形勢下(xià)，保證産品質量、降低(dī)制造成本是占有市(shì)場(chǎng)的先決條件。在半合成抗生(shēng)索生(shēng)産過程中，超低(dī)溫機組隻要正确選型，采用科學的維護保養方法，無論在生(shēng)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(dī)溫機組與進口機組相比具有一(yī)定的優越性，尤其在經濟性方面更為(wèi)突出。因此，國産超低(dī)溫機組在抗生(shēng)素台成生(shēng)産制冷工藝中具有較高的推廣價值。
