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案例背景
此案例來自一家化學(xué)制藥公司的中試生產(chǎn)車間。根據(jù)有機合成路線，此款藥物的合成需要在干冰或丙酮的低溫冷浴下進行，因此，工程師需要一臺合適的溫度控制設(shè)備，維持反應(yīng)釜內(nèi)溫度在 -78℃，用于公斤級原料藥的生產(chǎn)。典型的批量生產(chǎn)體積是 15 L，通常會在 20 L 的反應(yīng)釜中進行反應(yīng)，并需要連夜運行。
客戶所在的部門還同時負(fù)責(zé)工藝研發(fā)、技術(shù)轉(zhuǎn)移、設(shè)備現(xiàn)場支持。工程師使用一臺 63 L 的搪玻璃低碳鋼反應(yīng)釜，對化學(xué)工藝進行重新設(shè)計和優(yōu)化。這臺反應(yīng)釜同樣需要一臺合適的溫度控制設(shè)備。
客戶需求
對于 20 L 反應(yīng)釜的低溫放大反應(yīng)，工藝工程師想要一款使用單流體傳熱的溫度控制設(shè)備，能在 -78℃ 下達到 1.8 kW 的冷卻能力。由于需要長時間連續(xù)運行，工程師希望這款設(shè)備最好有占地面積小、表面積大的板式換熱器，以及冷油層覆蓋的膨脹腔，這樣就可以減少所使用的導(dǎo)熱液體的體積，并延長導(dǎo)熱液體的使用壽命。
同時，由于化學(xué)工藝工程師要對反應(yīng)釜內(nèi)的反應(yīng)物進行精確的 PID 溫度控制，所以設(shè)備還需要集成有可以雙向控制的軟件，能監(jiān)控夾套溫度 Tj 和反應(yīng)釜內(nèi)溫度 Tr 的偏差，以便對反應(yīng)放熱做出快速響應(yīng)。
對于 63 L 的搪玻璃低碳鋼反應(yīng)釜，反應(yīng)釜內(nèi)溫度通常低至 -20℃，因此需要 TCU 能在 -30℃ 下提供大于 8kW 的制冷能力，并同樣具有雙向通信功能。
項目難點
所有的 TCU 設(shè)備必須放在一個通風(fēng)不良的小型服務(wù)間，遠(yuǎn)離 ATEX 等級的化學(xué)處理區(qū)（ ATEX 防爆產(chǎn)品分區(qū)：Zone 0 風(fēng)險最高，氣體濃度高且持續(xù)存在；Zone 1 風(fēng)險較低，氣體偶爾存在；Zone 2 風(fēng)險低，氣體通常在異常情況下出現(xiàn)），此空間無法同時容納兩臺 TCU ，因此整個項目面臨被取消的危險。
解決方案
在與多家潛在供應(yīng)商和工程公司溝通后，LAUDA 獲得了這一項目，我們的解決方案不僅成本低，而且甚至超過了客戶 URS 的要求。
LAUDA IN1590 XTW (50Hz)
溫度控制范圍：
-90℃ 至 220°C (和導(dǎo)熱液體相關(guān))
加熱功率：
12 kW
制冷功率：
18.5 kW @ 20°C
8.5 kW @ -30℃
2.2 kW @ -70℃
泵：
最大泵壓3.1bar，最大流量 65L/min
LAUDA IN1590 XTW 的占地面積非常小，所以即使房間狹小，仍可留有足夠的空間，以便工程師做安裝服務(wù)和設(shè)備維護。安全小組在客戶現(xiàn)場安裝了一個齊納安全柵，以便 PT100 傳感器可以準(zhǔn)確的將反應(yīng)釜內(nèi)的溫度，反饋給 IN1590 XTW 的 PID 控制器。
工程師還為 TCU 安裝了絕熱管路、閥門和旁路系統(tǒng)，以便控制任一反應(yīng)釜的溫度。如有需要，還可以將其中一個反應(yīng)釜夾套，用于導(dǎo)熱液體的中轉(zhuǎn)，通過泵來控制導(dǎo)熱液體的傳輸即可。
客戶同時購買了一臺 LAUDA UC50 風(fēng)冷式冷水機，為 IN1590 XTW 換熱。LAUDA Ultracool 冷水機安裝在室外，有 IP 54 防護等級，最大泵壓 6.5 Bar，最多可移除 65 kW 的熱量，這樣就可以將熱量排放到 35 米以外，不會對實驗室現(xiàn)有的暖通空調(diào)系統(tǒng)造成影響。
雖然這個項目在初期面臨了一系列的挑戰(zhàn)，但LAUDA 的技術(shù)銷售專家，給出了令工程師滿意的解決方案，既滿足了技術(shù)需求，又將費用控制在預(yù)算以內(nèi)，用一臺TCU解決了兩臺反應(yīng)釜的控溫問題。
項目小結(jié)
項目
2 個獨立的反應(yīng)系統(tǒng)（公斤級實驗室/化學(xué)工藝開發(fā)）。
20L 玻璃絕熱真空反應(yīng)釜用于化學(xué)反應(yīng)路線的放大，工作溫度為 -78°C 至 +160°C，在 -78°C 時需要約 1kW 的制冷功率。
63L GLMS 用于中試放大和小批量公斤級生產(chǎn)，工作溫度為 -20°C 至 +180°C ，制冷功率約需 8kW @-20°C 。
困難
TCU 只能放置在一個通風(fēng)不良的服務(wù)間，尺寸約為 1500x1600x2200 mm（寬 x 深 x 高）。
沒有冷卻水來冷卻 TCU。
沒有足夠的空間同時容納 2 個符合 URS 標(biāo)準(zhǔn)的 TCU。
解決方案
采用 LAUDA Integral 1590 XTW 水冷型 TCU，既能滿足兩個反應(yīng)系統(tǒng)的控溫需求，又能在有限的空間內(nèi)安裝運行。
安裝管路和閥門，按照用戶的要求，可以對任一反應(yīng)釜進行工藝控制，而不是同時控制。
使用一臺 LAUDA Ultracool UC50 冷水機，安裝在戶外，為 IN1590XTW 提供冷卻水。
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