低温合成反应的精确温度控制——用于化学制药中试车间的应用实例

此案例来自一家化学制药公司的中试生产车间。根据有机合成路线，此款药物的合成需要在干冰或丙酮的低温冷浴下进行，因此，工程师需要一台合适的温度控制设备，维持反应釜内温度在 -78℃，用于公斤级原料药的生产。典型的批量生产体积是 15 L，通常会在 20 L 的反应釜中进行反应，并需要连夜运行。

客户所在的部门还同时负责工艺研发、技术转移、设备现场支持。工程师使用一台 63 L 的搪玻璃低碳钢反应釜，对化学工艺进行重新设计和优化。这台反应釜同样需要一台合适的温度控制设备。

对于 20 L 反应釜的低温放大反应，工艺工程师想要一款使用单流体传热的温度控制设备，能在 -78℃ 下达到 1.8 kW 的冷却能力。由于需要长时间连续运行，工程师希望这款设备最好有占地面积小、表面积大的板式换热器，以及冷油层覆盖的膨胀腔，这样就可以减少所使用的导热液体的体积，并延长导热液体的使用寿命。

同时，由于化学工艺工程师要对反应釜内的反应物进行精确的 PID 温度控制，所以设备还需要集成有可以双向控制的软件，能监控夹套温度 Tj 和反应釜内温度 Tr 的偏差，以便对反应放热做出快速响应。

对于 63 L 的搪玻璃低碳钢反应釜，反应釜内温度通常低至 -20℃，因此需要 TCU 能在 -30℃  下提供大于 8kW 的制冷能力，并同样具有双向通信功能。

所有的 TCU 设备必须放在一个通风不良的小型服务间，远离 ATEX 等级的化学处理区（ ATEX 防爆产品分区：Zone 0 风险最高，气体浓度高且持续存在；Zone 1 风险较低，气体偶尔存在；Zone 2 风险低，气体通常在异常情况下出现），此空间无法同时容纳两台 TCU ，因此整个项目面临被取消的危险。

在与多家潜在供应商和工程公司沟通后，LAUDA 获得了这一项目，我们的解决方案不仅成本低，而且甚至超过了客户 URS 的要求。

LAUDA IN1590 XTW 的占地面积非常小，所以即使房间狭小，仍可留有足够的空间，以便工程师做安装服务和设备维护。安全小组在客户现场安装了一个齐纳安全栅，以便 PT100 传感器可以准确的将反应釜内的温度，反馈给 IN1590 XTW 的 PID 控制器。

工程师还为 TCU 安装了绝热管路、阀门和旁路系统，以便控制任一反应釜的温度。如有需要，还可以将其中一个反应釜夹套，用于导热液体的中转，通过泵来控制导热液体的传输即可。

客户同时购买了一台 LAUDA UC50 风冷式冷水机，为 IN1590 XTW 换热。LAUDA Ultracool 冷水机安装在室外，有 IP 54 防护等级，最大泵压 6.5 Bar，最多可移除 65 kW 的热量，这样就可以将热量排放到 35 米以外，不会对实验室现有的暖通空调系统造成影响。

虽然这个项目在初期面临了一系列的挑战，但LAUDA 的技术销售专家，给出了令工程师满意的解决方案，既满足了技术需求，又将费用控制在预算以内，用一台TCU解决了两台反应釜的控温问题。

项目

• 2 个独立的反应系统（公斤级实验室/化学工艺开发）。

  
  

• 20L 玻璃绝热真空反应釜用于化学反应路线的放大，工作温度为 -78°C 至 +160°C，在 -78°C 时需要约 1kW 的制冷功率。

  
  

• 63L GLMS 用于中试放大和小批量公斤级生产，工作温度为 -20°C 至 +180°C ，制冷功率约需 8kW @-20°C 。

困难

• TCU 只能放置在一个通风不良的服务间，尺寸约为 1500x1600x2200 mm（宽 x 深 x 高）。

  
  

• 没有冷却水来冷却 TCU。

  
  

• 没有足够的空间同时容纳 2 个符合 URS 标准的 TCU。

解决方案

• 采用 LAUDA Integral 1590 XTW 水冷型 TCU，既能满足两个反应系统的控温需求，又能在有限的空间内安装运行。

  
  

• 安装管路和阀门，按照用户的要求，可以对任一反应釜进行工艺控制，而不是同时控制。

  
  

• 使用一台 LAUDA Ultracool UC50 冷水机，安装在户外，为 IN1590XTW 提供冷却水。

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