1?問題的提出

在制藥行業(yè)原料藥車間中,某些單元操作常需要冷媒和熱媒對物料進行冷卻和加熱,例如反應、溶解和結晶等,在常規(guī)設計中,通常都會選擇冷凍鹽水系統(tǒng)和熱水(或蒸汽) 系統(tǒng)作為冷媒和熱媒。其中系統(tǒng)中的冷凍鹽水,在冷熱交替使用過程中,對搪玻璃等鋼設備夾套的年腐蝕達2mm左右,幾年之內(nèi)就會被嚴重腐蝕,影響設備強度。再者,在冷熱交替操作時,常需對冷凍鹽水和熱水進行回收,操作稍有不當,就會發(fā)生跑掉冷、熱介質(zhì)或冷熱介質(zhì)互串的現(xiàn)象,不但造成浪費和增加能耗,并可能嚴重影響生產(chǎn)操作的正常進行,如使冷媒介質(zhì)冰點升高而造成結晶。另外,由于使用不同的冷熱介質(zhì)對物料進行冷卻與加熱,故設備常需要配備二路進出水管路和閘門及一路回收冷熱媒介質(zhì)的壓縮空氣管路與閥門,這不但占用了操作空間,又增添了操作麻煩。因此由上述如何解決冷凍鹽水對設備的腐蝕及不同冷熱介質(zhì)交替使用而產(chǎn)生的不利因素等問題,筆者將對乙二醇溶液制冷制熱系統(tǒng)的開發(fā)、設計與應用作一簡要論述。

2?乙二醇溶液制冷制熱系統(tǒng)的設計與應用

2.1?系統(tǒng)特點

(1)?由于用乙二醇溶液取代冷凍鹽水,而乙二醇溶液不象冷凍鹽水那樣對鋼設備有腐蝕,因而不但保證了設備強度,也延長了設備的使用壽命。

(2)?當乙二醇溶液溫度為-10℃,其凝固點溫度取-20℃時,乙二醇溶液與冷凍鹽水的重度分別為1025kg/cm2和1190kg/cm2,因而可使水泵節(jié)能約15%。

(3)?由于冷熱媒為同一介質(zhì)——乙二醇溶液,因此每個單元設備僅需一路進出水管路與閥門,不但節(jié)約了操作空間,同時又沒有不同冷熱媒介質(zhì)的回收問題,從而簡化了操作,并可避免因操作不當造成能源的浪費及影響產(chǎn)品質(zhì)量。

2.2?系統(tǒng)操作原理

該乙二醇溶液制冷制熱系統(tǒng)的操作原理如圖1 所示：

(1)?乙二醇溶液高位槽：乙二醇溶液的配制及補充冷、熱回液水箱內(nèi)乙二醇溶液之用,其容積應能滿足系統(tǒng)檢修時被壓縮空氣壓回的乙二醇溶液的貯存。

(2)?冷回液水箱：當管道系統(tǒng)有少量泄漏,或乙二醇溶液容積收縮或膨脹時,補充或吸收管道系統(tǒng)內(nèi)的乙二醇溶液,回液管處于系統(tǒng)的最高點,開放回路至常壓。該冷回液水箱主要為蓄冷作用,一方面可迅速提供所需溫度的冷媒,同時可降低制冷機選型時所需的制冷量。

(3)?精密過濾器：定期對乙二醇溶液進行精密過濾,去除雜質(zhì)對乙二醇溶液冰點的影響。

(4)?過濾器：及時除去管道及設備夾套等系統(tǒng)中的粗顆粒雜質(zhì),確保制冷機等的安全運行。除此之外,還應定期對管路系統(tǒng)進行清洗,保證制冷效率。

(5)?制冷機：供應制備冷乙二醇溶液(如-10℃)所需的冷源。

(6)?熱回液水箱：其作用同冷回水箱,即吸收或補充管道系統(tǒng)內(nèi)的乙二醇溶液及蓄熱,便于迅速提供熱媒進行加熱操作。同時該回液水箱還供應制備熱乙二醇溶液(如+45℃)所需的熱源,該熱源可以是熱水(如70℃)或蒸汽,如用熱水加熱乙二醇溶液,則熱乙二醇溶液的制備操作更為穩(wěn)定可靠。

(7)?冷媒泵：系統(tǒng)進行冷卻操作時,冷媒泵與電動開關閥h 同開同關,此時熱媒泵j與電動開關閥k處于關閉狀態(tài)。為了加速管路中乙二醇溶液達到預定的冷媒溫度,則可開啟旁路閥l ,循環(huán)制冷,一般很快就可達到所需冷媒溫度。

(8)?熱媒泵：反之,系統(tǒng)進行加熱操作時,熱媒泵與電動開關閥k 同開同關,此時冷媒泵g 與電動開關閥h 處于關閉狀態(tài)。同樣也可開啟旁通閥l ,循環(huán)加熱,使快速達到熱媒所需的溫度。

(9)?壓縮空氣閥：當系統(tǒng)檢修時,同時打開壓縮空氣閥m 與回收閥n ,用壓縮空氣將系統(tǒng)內(nèi)的乙二醇溶液壓回乙二醇溶液高位槽。

(10)?回收閥：除配合壓縮空氣閥回收冷熱媒介質(zhì)外,當系統(tǒng)停用時,應打開此閥,以免系統(tǒng)熱膨脹造成脹管。

2.3?系統(tǒng)的應用場合

(1)?圖1所示的乙二醇溶液制冷制熱系統(tǒng)在實際生產(chǎn)中的應用有個前提,即在同一單元的幾臺設備操作中,不能同時既有加熱又有冷卻操作,否則就得設置二套乙二醇溶液制冷或制熱系統(tǒng)。這雖然既增加了一次性投資,同時又增加了一路循環(huán)回路與一路進出設備的管路與閥門,但由于使用了乙二醇溶液代替了冷凍鹽水,同樣解決了冷凍鹽水對設備腐蝕,從而影響設備強度和使用壽命的問題;同時由于熱冷媒仍為乙二醇溶液同一介質(zhì),因而可不考慮設備內(nèi)冷(或熱) 媒介質(zhì)的回收,直接由冷卻(或加熱)操作切換到加熱(或冷卻) 操作,這同樣解決了由于回收冷熱媒介質(zhì)引起的操作上的麻煩等不利因素。因此,由二套乙二醇溶液制冷制熱系統(tǒng)應用于同一單元的幾臺設備的冷卻和加熱操作,也是行之有效的好辦法。

(2)?假如車間內(nèi)有二套相對獨立的生產(chǎn)單元,雖然每套單元又不會同時出現(xiàn)既有加熱又有冷卻操作,但二套生產(chǎn)單元可能同時出現(xiàn)即又加熱有又冷卻操作時,則需配制二套乙二醇溶液制冷制熱系統(tǒng),分別對應二套生產(chǎn)單元,如圖2 所示。同時該二套乙二醇溶液制冷制熱系統(tǒng)可設旁路,以備當某一套乙二醇溶液制冷制熱系統(tǒng)出現(xiàn)故障時備用,不過此時則要求將二套相對獨立的生產(chǎn)單元的操作調(diào)整至不可同時出現(xiàn)既有冷卻有又加熱的現(xiàn)狀。

(3)?當工藝生產(chǎn)上物料的降溫或升溫并不嚴格控制所需時間,物料瞬時用冷熱量又不大,且在工藝設計中追求最短最簡化的管路輸送系統(tǒng)時,則圖1中的冷、熱回液水箱的蓄冷、熱功能可被簡化,其中熱回液水箱直接被熱交換器取代并取消熱媒泵,而冷熱媒介質(zhì)均回至回液水箱(圖1中的冷回液水箱),此時的流程如圖3 所示。當改變制冷制熱時,閥P 或閥Q 同開同管。

此種小型乙二醇溶液制冷制熱系統(tǒng)最適于主用冷設備用冷時間少的分散供冷系統(tǒng)的場合,這一方面是由于供冷(熱)設備可與用冷(熱)設備充分匹配,追求最低開車時率,達到降低運行成本的目的;另一方面分散供冷系統(tǒng)雖然不及集中供冷系統(tǒng)效率高、管理成本低,但在南方地區(qū)當冷損失(包括環(huán)境溫差和動力輸送所造成的冷損失) 變成一個重要問題,且主要用冷設備開車時率較低時,由于集中供冷系統(tǒng)是不經(jīng)濟的,尤其當企業(yè)各個車間的主要用冷設備開車時率較低時,集中供冷則更不經(jīng)濟,從而使分散供冷系統(tǒng)顯得更為合理。

2.4?系統(tǒng)的使用狀況

目前,在廣州白云山化學制藥廠新建無菌粉車間就應用了如圖2 、3 所示的二套小型分散系統(tǒng)。乙二醇溶液制冷制熱系統(tǒng)分別對應二套生產(chǎn)單元。主生產(chǎn)單元由三臺1m3的溶解罐與結晶罐,一臺0.5m3的溶解罐;副生產(chǎn)單元由三臺1m3的母液中轉罐、洗滌母液罐、回收罐和一臺1.5m3的結晶母液罐。該二套生產(chǎn)單元相對獨立,每套生產(chǎn)單元均為間歇操作,各設備用冷用熱時間較短,用量較小,在操作安排上不會出現(xiàn)同時既有冷卻有又加熱要求的現(xiàn)象。經(jīng)過幾年來的生產(chǎn)的正常運行,實際證明,該乙二醇溶液制冷制熱系統(tǒng)的開發(fā)設計、施工與運行是合理可靠的,雖然一次性投資相對增加了,但基本解決了設備腐蝕與操作復雜的難題;同時由于生產(chǎn)系統(tǒng)較小,根據(jù)生產(chǎn)操作情況,可隨時開停機,冷熱媒升溫快,運營費用低。另外,由于操作簡單,便于管理與維修,確保了生產(chǎn)的可靠性。

3?注意事項

(1)?單套乙二醇溶液制冷制熱系統(tǒng)僅適宜于生產(chǎn)單元中幾臺設備不會同時出現(xiàn)既有加熱又有冷卻操作的場合。

(2)?當生產(chǎn)單元中可能同時出現(xiàn)既有加熱又有冷卻操作時,則應配置二套乙二醇溶液制冷制熱系統(tǒng)。

(3)?必須與生產(chǎn)工藝結合起來考慮制冷量與循環(huán)量,綜合配置乙二醇溶液制冷制熱系統(tǒng)與生產(chǎn)單元之間的設備布置與管道布置,盡可能壓縮管道內(nèi)的乙二醇溶液容積,便于冷卻和加熱操作切換時能快速降低或提高冷熱媒介質(zhì)的溫度,確保生產(chǎn)的正常運行。

(4)?對制冷機組質(zhì)量、控制系統(tǒng)、保護系統(tǒng)、乙二醇溶液補充系統(tǒng)等,必須嚴格控制,以防誤操作,造成系統(tǒng)破壞,影響生產(chǎn)的正常運行。

(5)?嚴格控制乙二醇溶液的濃度與粘度,以免溶液冰點的改變與循環(huán)動力的增加。

(6)?當提高熱媒的溫度時,應嚴格控制熱乙二醇溶液的蒸發(fā),避免由于其蒸發(fā)損失引起濃度變化,從而使乙二醇溶液的冰點提高,在制冷時造成乙二醇溶液的凝固。同時,為減輕制冷機的瞬時高冷負荷及保護制冷機的安全運行,在由熱操作轉換至冷媒時,應先用冷卻水將乙二醇溶液降溫至所需的溫度。

另外,乙二醇溶液的熱源仍以熱水為好,盡量少用蒸汽。

4?結論

乙二醇溶液制冷制熱系統(tǒng)代替冷凍鹽水用于冷卻操作,可解決冷凍鹽水對設備的腐蝕問題,并由于重度較輕,可是水泵節(jié)能15%。

單套乙二醇溶液制冷制熱系統(tǒng)應用于幾臺設備不會同時出現(xiàn)既又加熱有又冷卻的生產(chǎn)單元時,是一種既可節(jié)省操作空間、又便于操作、確保生產(chǎn)正常運行且行之有效的好方法。

二套乙二醇溶液制冷制熱系統(tǒng)應用于幾臺設備可能出現(xiàn)同時既有加熱又有冷卻操作的生產(chǎn)單元時,由于使用乙二醇溶液同一種冷熱媒介質(zhì),從而簡化了操作,因而也是值得考慮的操作方法之一。

5?結束語

本文的目的旨在乙二醇溶液制冷制熱系統(tǒng)的設計與應用方面,起個拋磚引玉的作用。文中所述均為個人觀點,敬請讀者批評指正。而本文所述流程及應用也僅為實際情況中的一例,因而其流程將隨著應用場合的不同而不同,可根據(jù)具體情況結合自己的經(jīng)驗另行設計。至于如何使得設計更為合理,施工方案更為可行,這將涉及許多實際經(jīng)驗與技術訣竅,在此歡迎大家相互交流。