低溫合成反應的精確溫度控制——用于化學制藥中試車間的應用實例

此案例來自一家化學制藥公司的中試生產車間。根據有機合成路線，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備，維持反應釜內溫度在 -78℃，用于公斤級原料藥的生產。典型的批量生產體積是 15 L，通常會在 20 L 的反應釜中進行反應，并需要連夜運行。

客戶所在的部門還同時負責工藝研發、技術轉移、設備現場支持。工程師使用一臺 63 L 的搪玻璃低碳鋼反應釜，對化學工藝進行重新設計和優化。這臺反應釜同樣需要一臺合適的溫度控制設備。

對于 20 L 反應釜的低溫放大反應，工藝工程師想要一款使用單流體傳熱的溫度控制設備，能在 -78℃ 下達到 1.8 kW 的冷卻能力。由于需要長時間連續運行，工程師希望這款設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熱液體的體積，并延長導熱液體的使用壽命。

同時，由于化學工藝工程師要對反應釜內的反應物進行精確的 PID 溫度控制，所以設備還需要集成有可以雙向控制的軟件，能監控夾套溫度 Tj 和反應釜內溫度 Tr 的偏差，以便對反應放熱做出快速響應。

對于 63 L 的搪玻璃低碳鋼反應釜，反應釜內溫度通常低至 -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。

所有的 TCU 設備必須放在一個通風不良的小型服務間，遠離 ATEX 等級的化學處理區（ ATEX 防爆產品分區：Zone 0 風險最高，氣體濃度高且持續存在；Zone 1 風險較低，氣體偶爾存在；Zone 2 風險低，氣體通常在異常情況下出現），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。

在與多家潛在供應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 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和設備維護。安全小組在客戶現場安裝了一個齊納安全柵，以便 PT100 傳感器可以準確的將反應釜內的溫度，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，以便控制任一反應釜的溫度。如有需要，還可以將其中一個反應釜夾套，用于導熱液體的中轉，通過泵來控制導熱液體的傳輸即可。

客戶同時購買了一臺 LAUDA UC50 風冷式冷水機，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，不會對實驗室現有的暖通空調系統造成影響。

雖然這個項目在初期面臨了一系列的挑戰，但LAUDA 的技術銷售專家，給出了令工程師滿意的解決方案，既滿足了技術需求，又將費用控制在預算以內，用一臺TCU解決了兩臺反應釜的控溫問題。

項目

• 2 個獨立的反應系統（公斤級實驗室/化學工藝開發）。

  
  

• 20L 玻璃絕熱真空反應釜用于化學反應路線的放大，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，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不良的服務間，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 標準的 TCU。

解決方案

• 采用 LAUDA Integral 1590 XTW 水冷型 TCU，既能滿足兩個反應系統的控溫需求，又能在有限的空間內安裝運行。

  
  

• 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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