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復(fù)疊式制冷與液氮降溫的比較
復(fù)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(yīng)要求在一50℃以下超低溫環(huán)境中進(jìn)行．為保證反應(yīng)條件，常將反應(yīng)體系降溫到-70℃甚至更低，必須采取相應(yīng)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(fā)制冷和超低溫機(jī)組制冷。經(jīng)過對兩種制冷方式的比較，復(fù)疊式超低溫機(jī)組在實驗過程中更具有其*性。
制冷機(jī)組按照制冷循環(huán)級數(shù)分為單級制冷和復(fù)疊式制冷等形式。單級制冷系統(tǒng)一股采用中溫制冷劑。運(yùn)行中制冷劑的蒸發(fā)溫度低于-70℃時，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，因此用單級制冷系統(tǒng)提供蒸發(fā)溫度低于-70℃超低溫時，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(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)。超低溫機(jī)組完滿足工藝要求的大規(guī)模降溫要求。
1.1 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(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)烈過冷區(qū)。局部工藝控制點(diǎn)的偏離必定造成反應(yīng)過程不均衡，造成產(chǎn)品質(zhì)量的下降：
1.1.2 液氮在使用過程中吸熱汽化．以氣態(tài)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(chǎn)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(jìn)行。因為在使用液氮降溫過程中．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，此時要投加其它物料參與反應(yīng)，必須先停止液氮降溫，這樣會造成反應(yīng)溫度控制中斷，工藝控制出現(xiàn)偏差；
1.1.4 液氮使用后不可回收，造成生產(chǎn)費(fèi)用的增加；
1.1.5 降溫過程不穩(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。
2 超低溫機(jī)組與液氮降溫的比較
復(fù)疊式超低溫機(jī)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(yīng)階段整個體系溫度有效維持在要求的范圍之內(nèi)，使實驗過程滿足工藝反應(yīng)溫度要求。工作時，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，而通過間接換熱來影響反應(yīng)過程，這樣可以避免冷媒對物料造成污染。某實際生產(chǎn)過程中制冷系統(tǒng)，該機(jī)組高、低溫級分別為采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℃超低溫能力達(dá)4萬大卡／小時以上。
通過對規(guī)模實驗過程的統(tǒng)計分析，超低溫機(jī)組與液氮降溫相比：
2.1 在產(chǎn)品收率和消耗方面，收率提高l.88％，生產(chǎn)溶媒消耗降低36.1％：
2.2 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：
2.3 在投資及動力運(yùn)行成本方面，盡管超低溫機(jī)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(fèi)用卻是數(shù)倍于超低溫機(jī)組降溫方式．兩者相比，液氮降溫的費(fèi)用是超低溫機(jī)降溫的5.13倍。
通過以上對比分析表明．在實際生產(chǎn)過程中，超低溫機(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、動力費(fèi)用等方面都有明顯優(yōu)勢，其降低了產(chǎn)品成本，提高了市場競爭力。超低溫機(jī)組制冷是構(gòu)建大規(guī)模超低溫環(huán)境的方法。
超低溫機(jī)組的應(yīng)用也要考慮到其他因素。比如制冷機(jī)組屬于轉(zhuǎn)動設(shè)備，其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，因此，設(shè)備運(yùn)行維護(hù)要求較高，為保證在生產(chǎn)中充分發(fā)揮機(jī)組的優(yōu)勢，必須對機(jī)組正確選型和科學(xué)地維護(hù)保養(yǎng)。另外．設(shè)備等硬件的一次性投資相應(yīng)增大。