復疊式制冷與液氮降溫的比較

復疊式制冷與液氮降溫的比較
       隨著實驗要求不斷的提高，一些工藝反應要求在一50℃以下超低溫環境中進行．為保證反應條件，常將反應體系降溫到-70℃甚至更低，必須采取相應的制冷降溫措施。目前常用的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比較，復疊式超低溫機組在實驗過程中更具有其優越性。
 
制冷機組按照制冷循環級數分為單級制冷和復疊式制冷等形式。單級制冷系統一股采用中溫制冷劑。運行中制冷劑的蒸發溫度低于-70℃時，制冷劑蒸發壓力很低，蒸汽比容增大．輸氣系數降低，壓縮機吸氣困難，機組工作效率大大降低，因此用單級制冷系統提供蒸發溫度低于-70℃超低溫時，其規模難以做大，經濟性很低。
 
復疊式制冷系統由高溫部分和低溫部分組成．其低溫部分提供所需的超低溫能力，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，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蒸發冷凝器而“復疊”，從而組成應用兩種制冷劑的復疊式制冷循環。超低溫機組完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能達到降溫的目的．但液氮降溫過程中存在以下缺陷：
1.1.1 在降溫過程中液氮與物料直接接觸，因液氮在常壓下的沸點為-196℃，當液氮目分布器噴出后瞬間溫差高達160℃～-200℃，反應物料局部遠遠偏離工藝控制溫度，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，造成產品質量的下降：
1.1.2 液氮在使用過程中吸熱汽化．以氣態的形式排入大氣，在激烈的排放過程中會攜帶部分物料，因此造成產品收率的下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進行。因為在使用液氮降溫過程中．由于液氮汽化膨脹，反應容器內為正壓且壓力難以控制，此時要投加其它物料參與反應，必須先停止液氮降溫，這樣會造成反應溫度控制中斷，工藝控制出現偏差；
1.1.4 液氮使用后不可回收，造成生產費用的增加；
1.1.5 降溫過程不穩定，可控性差．操作要求高。液氮的膨脹比高達600，蒸發溫度低，在使用過程中容易發生因操作不當而引發爆炸、跑料、物料凝固堵塞管道甚至人身事故。
 
2 超低溫機組與液氮降溫的比較
復疊式超低溫機組在實驗過程中的用途主要是降低和控制物料體系溫度，保證在不同反應階段整個體系溫度有效維持在要求的范圍之內，使實驗過程滿足工藝反應溫度要求。工作時，由復疊式制冷機組制取低溫冷媒，冷媒與反應溶液之間不直接接觸，而通過間接換熱來影響反應過程，這樣可以避免冷媒對物料造成污染。某實際生產過程中制冷系統，該機組高、低溫級分別為采R22、R23為制冷劑的螺桿型壓縮機，機組的蒸發溫度可達-80℃以下，輸出-70％～-75℃超低溫能力達4萬大卡／小時以上。
  
通過對規模實驗過程的統計分析，超低溫機組與液氮降溫相比：
2.1 在產品收率和消耗方面，收率提高l.88％，生產溶媒消耗降低36.1％：
2.2 質量上，產品含量提高0.43％，在產品穩定性和其他雜質等指標方面也都好于液氮降溫：
2.3 在投資及動力運行成本方面，盡管超低溫機組及配套冷卻水裝置等一次性投資相對較大．折舊也是不容忽視的因素，但外購液氮的費用卻是數倍于超低溫機組降溫方式．兩者相比，液氮降溫的費用是超低溫機降溫的5.13倍。
 
通過以上對比分析表明．在實際生產過程中，超低溫機組與傳統液氮降溫相比．從產品收率、溶媒消耗、工藝控制和產品質量以及投資、動力費用等方面都有明顯優勢，其降低了產品成本，提高了市場競爭力。超低溫機組制冷是構建大規模超低溫環境的方法。
 
超低溫機組的應用也要考慮到其他因素。比如制冷機組屬于轉動設備，其結構較為復雜，因此，設備運行維護要求較高，為保證在生產中充分發揮機組的優勢，必須對機組正確選型和科學地維護保養。另外．設備等硬件的一次性投資相應增大。