随着人們醫療用藥水平的提高，半合成抗生(shēng)素的應用愈加廣泛，也促進了半合抗工(gōng)業的發展，成爲制藥行業主要發展方向之一(yī)。在半台抗生(shēng)産過程中(zhōng)，一(yī)些工(gōng)藝反應要求在一(yī)50℃以下(xià)超低溫環境中(zhōng)進行．爲保證反應條件，常将反應體(tǐ)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，複疊式超低溫機組在半台成抗生(shēng)素類藥品生(shēng)産過程中(zhōng)更具有其優越性。
      制冷機組按照制冷循環級數分(fēn)爲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(zhōng)溫制冷劑。運行中(zhōng)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(dà)．輸氣系數降低，壓縮機吸氣困難，機組工(gōng)作效率大(dà)大(dà)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(dà)，經濟性很低。
      複疊式制冷系統由高溫部分(fēn)和低溫部分(fēn)組成．其低溫部分(fēn)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(xià)用冷卻水難以将其冷凝。高溫部分(fēn)使用中(zhōng)溫制冷劑循環，其作用是用于冷凝低溫制冷劑，高溫部分(fēn)和低溫部分(fēn)共用一(yī)個蒸發冷凝器而“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(gōng)藝要求反應溫度爲-50℃，因此超低溫機組完全能滿足工(gōng)藝要求的大(dà)規模降溫要求。
    1.1液氮蒸發制冷
      向反應溶液中(zhōng)直接通入液氮也能達到降溫的目的．但液氮降溫過程中(zhōng)存在以下(xià)缺陷：
      1.1.1在降溫過程中(zhōng)液氮與物(wù)料直接接觸，因液氮在常壓下(xià)的沸點爲-196℃，當液氮目分(fēn)布器噴出後瞬間溫差高達160℃～-200℃，反應物(wù)料局部遠遠偏離(lí)工(gōng)藝控制溫度，造成強烈過冷區。局部工(gōng)藝控制點的偏離(lí)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(zhōng)吸熱汽化．以氣态的形式排入大(dà)氣，在激烈的排放(fàng)過程中(zhōng)會攜帶部分(fēn)物(wù)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(wù)料加入不易同時進行。因爲在使用液氮降溫過程中(zhōng)．由于液氮汽化膨脹，反應容器内爲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，這樣會造成反應溫度控制中(zhōng)斷，工(gōng)藝控制出現偏差；
     1.1.4液氮使用後不可回收，造成生(shēng)産費(fèi)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(zhōng)容易發生(shēng)因操作不當而引發爆炸、跑料、物(wù)料凝固堵塞管道甚至人身事故。
    2超低溫機電(diàn)與液氮降溫的比較
      複疊式超低溫機組在半合抗生(shēng)産過程中(zhōng)的用途主要是降低和控制物(wù)料體(tǐ)系溫度，保證在不同反應階段整個體(tǐ)系溫度有效維持在要求的範圍之内，使藥物(wù)合成過程滿足工(gōng)藝反應溫度要求。工(gōng)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(wù)料造成污染。
某實際生(shēng)産過程中(zhōng)制冷系統，該機組高、低溫級分(fēn)别爲采R22、R23爲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℃超低溫能力達4萬大(dà)卡／小(xiǎo)時以上。 
      通過對規模爲半合抗産量達1200噸／年實際生(shēng)産過程的統計分(fēn)析，超低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36.1％：
      2.2質量上，産品含量提高0.43％，在産品穩定性和其他雜(zá)質等指标方面也都好于液氮降溫：
      2.3在投資(zī)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(yī)次性投資(zī)相對較大(dà)．折舊(jiù)也是不容忽視的因素，但外(wài)購液氮的費(fèi)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(fèi)用是超低溫機降溫的5.13倍。
      通過以上對比分(fēn)析表明．在實際生(shēng)産過程中(zhōng)，超低溫機組與傳統液氮降溫相比．從産品收率、溶媒消耗、工(gōng)藝控制和産品質量以及投資(zī)、動力費(fèi)用等方面都有明顯優勢，其降低了産品成本，提高了市場競争力。超低溫機組制冷是構建大(dà)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，其結構較爲複雜(zá)，因此，設備運行維護要求較高，爲保證在生(shēng)産中(zhōng)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(wài)．設備等硬件的一(yī)次性投資(zī)相應增大(dà)。
    3複疊式超低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——螺杆轉子運行方式平穩，無故障運行時間可達80000小(xiǎo)時以上，故使用比較可靠，更能符合抗生(shēng)素合成生(shēng)産中(zhōng)反應溫度控制苛刻的要求。
      （2）能量可實現無級調節。由于在生(shēng)産過程中(zhōng)對冷量的需求是動态的．因此要求制冷機組能夠有效地進行能量調節。一(yī)般活塞式壓縮機是梯度調節，也就是采用通過機組開(kāi)、停車(chē)方式來實現冷量供應的調節，機組的頻(pín)繁啓動很容易造成電(diàn)氣、機械等部件的損壞，同時因電(diàn)機功率較大(dà)，電(diàn)機的頻(pín)繁啓動易對電(diàn)網的安全運行造成沖擊：螺杆式壓縮機采用滑閥調節其能級，可實現10％~100％之間無級調節，因此在機組運行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運行時，高溫部分(fēn)蒸發溫度在-30℃左右，低溫部分(fēn)蒸發溫度在-80℃左右，運行過程中(zhōng)可能存在一(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，嚴重時造成壓縮機的報廢，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(zhōng)同樣重要，制冷劑、載冷劑選型介紹如下(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(gōng)作循環中(zhōng)COP值要高，設備運行壓力不能過高，否則将增加設備的電(diàn)耗等運行費(fèi)用；
     （3）環保性。使用的制冷劑應滿足《蒙特利爾議定書(shū)》及其修正案的承諾，不應選用被列爲淘汰之列的制冷劑，優先選用環保性能好的制冷劑。
    3.2.1在複疊式超低溫機組中(zhōng)高溫級制冷劑一(yī)般選用中(zhōng)溫制冷劑（R22、R407C、R410A、R404A）
      通過以上各種制冷劑性質的比較，R22除ODP值比其它制冷劑略高之外(wài)，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。到目前爲止，國家在執行《議定書(shū)》倫敦修止案過程中(zhōng)，允許使用HCFC類制冷劑至2030年，因此R22應作爲優先選用之列。同時要随着制冷劑技術的發展，密切注意新型環保、高效制冷劑的開(kāi)發情況。
      3.2.2在複疊式超低溫機組中(zhōng)低溫級制冷劑一(yī)般選用R13、R23，由于R13的環保性能比較差：ODP值爲1.0，屬于《國家逐步淘汰ODS國家方案》中(zhōng)10種受控物(wù)質之列，按照國家淘汰計劃，20l0年1月1日全部淘汰R13．因此在選用低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于-80℃，常用的載冷劑有R11（CFCL3凝固點爲-111.O℃）、R30（CH2CL2凝固點爲-97.0℃）。在選用時應考慮：R11環保性能差，屬于《國家逐步淘汰ODS國家方案》中(zhōng)10種受控物(wù)質之列，但是凝固點低，系統運行更可靠；R30環保性能好，但是凝固點高，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超低溫機組維護保養
      超低溫機組的維護保養對于設備的穩定運行起着關鍵作用，因此必須建立完善的維護保養制度，對于此方面介紹如下(xià)幾點：
     （1）維護保養人員(yuán)必須經過專業培訓，要對設備原理、性能等全面掌握；
     （2）應嚴格按照規定周期對設備進行檢修、維護保養，操作和維修人員(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，對于低溫制冷劑的填充量更要嚴格控制，一(yī)般應以0.lkg爲計量單位，不得超量填充。
    4國産螺杆式複疊超低溫機組實際應用
      由于超低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)産的超低溫機組主要依賴國外(wài)進口，随着國内制冷裝備技術水平的不斷提高，特别是對超低溫機組的開(kāi)發有了跨越式發展，其中(zhōng)北(běi)京天利超低溫設備股份有限公司等國内主要生(shēng)産廠家設計生(shēng)産的螺杆式超低溫機組以其運行穩定、性價比高等優勢赢得了市場競争優勢，目前這種設備在抗生(shēng)素合成生(shēng)産過程得到了廣泛應用。

4.1可靠性、制冷效率及設備經濟性
      國産螺杆式複疊超低溫機組的壓縮機、熱變換器、膨脹閥、測控部件及控制系統均采用國際知(zhī)名品牌産品，高标準的軟、硬件爲機組穩定運行提供了可靠的基礎保障，設備的整體(tǐ)性能與進口設備性能相當。實際運行情況表明，在相同熱負荷下(xià)，國産機組的降溫能力能夠運到進口機組的水平，滿足生(shēng)産的需求；在設備投資(zī)的經濟性方面，進口機組和國産機組雖然在硬件水平上基本相同，但購置價格卻有很大(dà)差異，一(yī)般相同制冷量、相同類型的機組，進口設備的投資(zī)是國産設備的2.5倍以上。因此，采用國産機組能夠人大(dà)降低設備的前期投資(zī)，同時也能園設備折舊(jiù)費(fèi)用下(xià)降、配件便宜而降低運行成本。
    4.2售後服務
      售後服務方面，國産機組比進口設備更具有明顯的優勢，無論設備故障處理還是備件供應，其效率更高。而進口設備的故障處理和技術支持比較滞後，再有備件的采購周期比較長，應對突發故障的備件難以得到及時供應。
      在當今抗生(shēng)素市場競争激烈，産品利潤微薄的形勢下(xià)，保證産品質量、降低制造成本是占有市場的先決條件。在半合成抗生(shēng)索生(shēng)産過程中(zhōng)，超低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(gōng)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(yī)定的優越性，尤其在經濟性方面更爲突出。因此，國産超低溫機組在抗生(shēng)素台成生(shēng)産制冷工(gōng)藝中(zhōng)具有較高的推廣價值。