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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(shí)驗(yàn)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(duì)兩種制冷方式的比較,，復(fù)疊式超低溫機(jī)組在實(shí)驗(yàn)過程中更具有其*性。
制冷機(jī)組按照制冷循環(huán)級(jí)數(shù)分為單級(jí)制冷和復(fù)疊式制冷等形式。單級(jí)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(shí),，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(jí)制冷系統(tǒng)提供蒸發(fā)溫度低于-70℃超低溫時(shí),，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(gè)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(huì)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(shí)進(jìn)行,。因?yàn)樵谑褂靡旱禍剡^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(shí)要投加其它物料參與反應(yīng),，必須先停止液氮降溫，這樣會(huì)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(shí)驗(yàn)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(gè)體系溫度有效維持在要求的范圍之內(nèi)，使實(shí)驗(yàn)過程滿足工藝反應(yīng)溫度要求,。工作時(shí),，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(duì)物料造成污染。某實(shí)際生產(chǎn)過程中制冷系統(tǒng),，該機(jī)組高,、低溫級(jí)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(shí)以上。
通過對(duì)規(guī)模實(shí)驗(yàn)過程的統(tǒng)計(jì)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(dòng)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(duì)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(duì)比分析表明．在實(shí)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(dòng)力費(fèi)用等方面都有明顯優(yōu)勢(shì),，其降低了產(chǎn)品成本，提高了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(dòng)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(shì),，必須對(duì)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。