螺旋螺紋冷凝器在醫(yī)藥中間體的應(yīng)用

王守業(yè) 韓 強 金 虎

(Secespol國際集團 山東鴻基換熱技術(shù)有限公司，山東濟南 250022)

根據(jù)國家“十一五”規(guī)劃及醫(yī)藥行業(yè)提出的“十一五”發(fā)展規(guī)劃，將在原料藥領(lǐng)域，通過工藝和技術(shù)設(shè)備創(chuàng)新實現(xiàn)20個市場增長點。結(jié)合“節(jié)能降耗”選用節(jié)能型冷凝器是原料藥生產(chǎn)工藝革新的一項重要內(nèi)容。

SECESPOL國際集團于1988年發(fā)明了世界上第一臺螺旋螺紋纏繞換熱器。螺旋螺紋纏繞換熱器繼承了傳統(tǒng)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強、工作可靠的特點，并在結(jié)構(gòu)形式、連接方式、應(yīng)用材質(zhì)上大膽創(chuàng)新，其高傳熱系數(shù)、高性價比、高可靠性的“三高”特點，使其在物料冷凝工況有著其他換熱器無可比擬的優(yōu)勢。

螺旋螺紋纏繞換熱器在結(jié)構(gòu)形式上有如下特點：

（1）換熱管束設(shè)計成螺旋螺紋纏繞結(jié)構(gòu)

換熱管采用高效不銹鋼雙螺紋管，經(jīng)特殊工藝加工成盤旋纏繞的換熱管束。換熱管束兩端通過先強度脹接后焊接的工藝固定在管板上，管束與管板封裝在換熱器殼體內(nèi)，管板焊接在兩端封頭上。

換熱管由內(nèi)向外層層纏繞，每層由若干根換熱管組成，按照不同產(chǎn)品規(guī)格纏繞層數(shù)不同，換熱管數(shù)量不同。

圖1 螺旋螺紋換熱器

目前系列產(chǎn)品中，纏繞層數(shù)最少為3層，共18根換熱管；纏繞層數(shù)最多為26層，共480根換熱管。

螺旋螺紋纏繞換熱管束明顯區(qū)別于傳統(tǒng)管殼式換熱器的直管束、U型管束，這種結(jié)構(gòu)體積更加緊湊，螺旋纏繞的管束極大改變了流體的流動狀態(tài)，形成了強烈的湍流效果，大大提高換熱器的傳熱性能。經(jīng)盤旋纏繞后的換熱管束拉伸后長度可達殼體長度的4-6倍，使熱媒體在換熱管內(nèi)停留時間長，在冷凝回流時可以充分冷卻物料，提高回收率。結(jié)合多家原料藥企業(yè)應(yīng)用過程中的運營報告顯示，螺旋螺紋纏繞結(jié)構(gòu)冷凝器單位換熱面積的換熱能力是傳統(tǒng)列管換熱器的3-5倍；運行噪音低于60分貝，實現(xiàn)了高效、節(jié)能、環(huán)保。

（2）全不銹鋼焊接結(jié)構(gòu)

螺旋螺紋纏繞換熱器的管程、殼程均采用不銹鋼，保證了材質(zhì)的統(tǒng)一性，具有相同的熱膨脹系數(shù)，大大提高了換熱器的耐溫度。

螺旋螺紋纏繞換熱器采用全焊接結(jié)構(gòu)，設(shè)備整體承壓強度高，管程、殼程的設(shè)計壓力為1.6 MPa，試驗壓力為3.2 MPa，保證運行安全、可靠，能滿足各種工況使用。

（3）全球首創(chuàng)100°連接方式

螺旋螺紋纏繞換熱器在接管連接方式上有一項與眾不同的設(shè)計，即在兩端封頭上的兩個接管中心線間的角度α為100°(如圖2所示)。此設(shè)計對于提高換熱器的傳熱性能、降低結(jié)垢傾向都具有顯著的效果。

該設(shè)計已獲得國家知識產(chǎn)權(quán)局頒發(fā)的外觀設(shè)計專利證書(專利號: ZL200620127384.4)。

通過螺旋螺紋冷凝器在化工制藥行業(yè)中的實際應(yīng)用，以上的優(yōu)勢盡顯其中，特別在有相變的換熱過程中。下面以我們幾個具體的工程實例來加以說明。

圖2 結(jié)構(gòu)示意圖

螺旋螺紋冷凝器在該工藝中作為蒸餾二氯甲烷過程中的冷凝器使用，將二氯甲烷的溫度從45℃降溫到20-25℃，流量為1.2 t/h，冷卻介質(zhì)為深井水。該公司原來利用冷凍鹽水作為冷卻介質(zhì)。通過兩種冷卻水的比較，螺旋螺紋冷凝器在該工藝的成功之處是利用循環(huán)水代替冷凍鹽水，為該公司節(jié)約了許多運行費用。該公司的原冷凍機的電機為125 kW，僅每年的電費就可以為公司節(jié)約100萬元左右。

螺旋螺紋冷凝器在原料藥羥丙基甲基纖維素生產(chǎn)工藝中甲苯冷凝，原設(shè)計從110℃冷凝到45℃的液態(tài)需要二級冷凝。一級冷凝器換熱面積為42 m2，二級冷卻器換熱面積為28 m2。經(jīng)技改部采用SECESPOL冷凝器后，換熱面積只有10.8 m2，體積是原設(shè)計的1/20，設(shè)備投資減少50%，安裝費用大大降低。

螺旋螺紋冷凝器在甲醇、乙醇回流工藝中性價比更高，原設(shè)計25 m2的螺旋板式換熱器經(jīng)用2.3 m2的螺旋螺紋冷凝器改造后，冷凝效果、生產(chǎn)效率也均得到了大幅度提高。

在醫(yī)藥中間體、原料藥的生產(chǎn)過程中，要應(yīng)用到很多溶劑進行萃取。溶劑的回收與重復(fù)利用在醫(yī)藥化工廠是一個非常重要的環(huán)節(jié)。醫(yī)藥化工廠應(yīng)用溶劑的種類是非常多的，主要有甲醇、乙醇、二甲苯、二氯甲烷、乙酸乙酯等產(chǎn)品。目前我國在溶劑回收工藝中，采用的冷凝器多為列管式冷凝器與螺旋板式冷凝器。由于這兩種冷凝器的結(jié)構(gòu)比較簡單，換熱效果不好，在回收中低沸點的溶劑過程中其缺點就顯露無疑了。為了提高回收率，許多企業(yè)利用冷凍鹽水或低溫水作為冷卻介質(zhì)。這為企業(yè)帶來了許多設(shè)備投資和后期的使用、維護費用，給社會造成許多能源的浪費。最終會導(dǎo)致企業(yè)利潤減少，從而降低公司的競爭力。通過以上應(yīng)用實例可以證明，采用螺旋螺紋冷凝器可以大大降低其生產(chǎn)成本，從而提升企業(yè)產(chǎn)品的市場競爭力。

現(xiàn)以螺旋螺紋換熱器在某藥業(yè)安裝應(yīng)用實例論證該換熱器體積小、重量輕的安裝優(yōu)勢。

圖3是某藥業(yè)有限公司醫(yī)藥中間體生產(chǎn)車間俯覽圖，按照原設(shè)計為四種物料的塔頂冷凝回流，根據(jù)醫(yī)藥設(shè)計院的原始設(shè)計，冷凝換熱量合計為10874 kW，需要換熱面積總計1058.7 m2，設(shè)備占地面積為800 m2。

選用螺旋螺紋換熱器進行優(yōu)化設(shè)計，在保證工藝需求的前提下，優(yōu)化設(shè)計如下，取得較高的經(jīng)濟效益：

圖3 醫(yī)藥中間體生產(chǎn)車間

（1）換熱面積大大降低，使用螺旋螺紋換熱器換熱面積為297.7 m2，是原設(shè)計的1/3左右，大大節(jié)約設(shè)備投資；

（2）占地面積減少，采用螺旋螺紋換熱器，占地面積不足400 m2，可以減少約400 m2的基建費用；

（3）螺旋螺紋換熱器體積小，安裝方便，安裝費用降低30%；

（4）設(shè)備安裝方便，大大縮短了50%安裝工期。

通過上述數(shù)據(jù)分析可知，螺旋螺紋管冷凝器性價比高，在醫(yī)藥中間體生產(chǎn)中物料的冷凝回流應(yīng)用有很大優(yōu)勢。以上優(yōu)勢是換熱器結(jié)構(gòu)本身體現(xiàn)的特點，通過該用戶的實際應(yīng)用的評價：冷凝效果好，充分體現(xiàn)了螺旋螺紋換熱器螺旋纏繞換熱管的高技術(shù)優(yōu)勢；冷凝速度快（原5000L的反應(yīng)釜6 h一個生產(chǎn)流程，采用螺旋螺紋冷凝器只需要4 h），大大提高了生產(chǎn)效率，同時因螺旋螺紋換熱器全焊接耐高壓的特點，大大減少了設(shè)備的檢修費用和工時，又是醫(yī)藥中間體企業(yè)節(jié)能降耗的具體應(yīng)用。

隨著節(jié)能減排工作的深入，目前像浙江東邦藥業(yè)公司、浙江昂利康制藥、濰坊特化、新時代藥業(yè)、魯抗集團、新合成股份、石藥集團、華藥集團、瑞陽制藥、齊都制藥、江蘇萬邦、無錫制藥等多家企業(yè)都選用螺旋螺紋冷凝器，都在節(jié)能減排工作發(fā)揮了積極作用，用戶反饋意見很好。

結(jié)合螺旋螺紋冷凝器的特點和市場的認知，相信螺旋螺紋冷凝器會在新建醫(yī)藥中間體企業(yè)的建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用，體現(xiàn)最佳的性能價格比，創(chuàng)造更高的社會效益及經(jīng)濟效益。