螺旋螺纹冷凝器在医药中间体的应用

王守业 韩 强 金 虎

(Secespol国际集团 山东鸿基换热技术有限公司，山东济南 250022)

根据国家“十一五”规划及医药行业提出的“十一五”发展规划，将在原料药领域，通过工艺和技术设备创新实现20个市场增长点。结合“节能降耗”选用节能型冷凝器是原料药生产工艺革新的一项重要内容。

SECESPOL国际集团于1988年发明了世界上第一台螺旋螺纹缠绕换热器。螺旋螺纹缠绕换热器继承了传统管壳式换热器结构简单、适应性强、工作可靠的特点，并在结构形式、连接方式、应用材质上大胆创新，其高传热系数、高性价比、高可靠性的“三高”特点，使其在物料冷凝工况有着其他换热器无可比拟的优势。

螺旋螺纹缠绕换热器在结构形式上有如下特点：

（1）换热管束设计成螺旋螺纹缠绕结构

换热管采用高效不锈钢双螺纹管，经特殊工艺加工成盘旋缠绕的换热管束。换热管束两端通过先强度胀接后焊接的工艺固定在管板上，管束与管板封装在换热器壳体内，管板焊接在两端封头上。

换热管由内向外层层缠绕，每层由若干根换热管组成，按照不同产品规格缠绕层数不同，换热管数量不同。

图1 螺旋螺纹换热器

目前系列产品中，缠绕层数最少为3层，共18根换热管；缠绕层数最多为26层，共480根换热管。

螺旋螺纹缠绕换热管束明显区别于传统管壳式换热器的直管束、U型管束，这种结构体积更加紧凑，螺旋缠绕的管束极大改变了流体的流动状态，形成了强烈的湍流效果，大大提高换热器的传热性能。经盘旋缠绕后的换热管束拉伸后长度可达壳体长度的4-6倍，使热媒体在换热管内停留时间长，在冷凝回流时可以充分冷却物料，提高回收率。结合多家原料药企业应用过程中的运营报告显示，螺旋螺纹缠绕结构冷凝器单位换热面积的换热能力是传统列管换热器的3-5倍；运行噪音低于60分贝，实现了高效、节能、环保。

（2）全不锈钢焊接结构

螺旋螺纹缠绕换热器的管程、壳程均采用不锈钢，保证了材质的统一性，具有相同的热膨胀系数，大大提高了换热器的耐温度。

螺旋螺纹缠绕换热器采用全焊接结构，设备整体承压强度高，管程、壳程的设计压力为1.6 MPa，试验压力为3.2 MPa，保证运行安全、可靠，能满足各种工况使用。

（3）全球首创100°连接方式

螺旋螺纹缠绕换热器在接管连接方式上有一项与众不同的设计，即在两端封头上的两个接管中心线间的角度α为100°(如图2所示)。此设计对于提高换热器的传热性能、降低结垢倾向都具有显著的效果。

该设计已获得国家知识产权局颁发的外观设计专利证书(专利号: ZL200620127384.4)。

通过螺旋螺纹冷凝器在化工制药行业中的实际应用，以上的优势尽显其中，特别在有相变的换热过程中。下面以我们几个具体的工程实例来加以说明。

图2 结构示意图

螺旋螺纹冷凝器在该工艺中作为蒸馏二氯甲烷过程中的冷凝器使用，将二氯甲烷的温度从45℃降温到20-25℃，流量为1.2 t/h，冷却介质为深井水。该公司原来利用冷冻盐水作为冷却介质。通过两种冷却水的比较，螺旋螺纹冷凝器在该工艺的成功之处是利用循环水代替冷冻盐水，为该公司节约了许多运行费用。该公司的原冷冻机的电机为125 kW，仅每年的电费就可以为公司节约100万元左右。

螺旋螺纹冷凝器在原料药羟丙基甲基纤维素生产工艺中甲苯冷凝，原设计从110℃冷凝到45℃的液态需要二级冷凝。一级冷凝器换热面积为42 m2，二级冷却器换热面积为28 m2。经技改部采用SECESPOL冷凝器后，换热面积只有10.8 m2，体积是原设计的1/20，设备投资减少50%，安装费用大大降低。

螺旋螺纹冷凝器在甲醇、乙醇回流工艺中性价比更高，原设计25 m2的螺旋板式换热器经用2.3 m2的螺旋螺纹冷凝器改造后，冷凝效果、生产效率也均得到了大幅度提高。

在医药中间体、原料药的生产过程中，要应用到很多溶剂进行萃取。溶剂的回收与重复利用在医药化工厂是一个非常重要的环节。医药化工厂应用溶剂的种类是非常多的，主要有甲醇、乙醇、二甲苯、二氯甲烷、乙酸乙酯等产品。目前我国在溶剂回收工艺中，采用的冷凝器多为列管式冷凝器与螺旋板式冷凝器。由于这两种冷凝器的结构比较简单，换热效果不好，在回收中低沸点的溶剂过程中其缺点就显露无疑了。为了提高回收率，许多企业利用冷冻盐水或低温水作为冷却介质。这为企业带来了许多设备投资和后期的使用、维护费用，给社会造成许多能源的浪费。最终会导致企业利润减少，从而降低公司的竞争力。通过以上应用实例可以证明，采用螺旋螺纹冷凝器可以大大降低其生产成本，从而提升企业产品的市场竞争力。

现以螺旋螺纹换热器在某药业安装应用实例论证该换热器体积小、重量轻的安装优势。

图3是某药业有限公司医药中间体生产车间俯览图，按照原设计为四种物料的塔顶冷凝回流，根据医药设计院的原始设计，冷凝换热量合计为10874 kW，需要换热面积总计1058.7 m2，设备占地面积为800 m2。

选用螺旋螺纹换热器进行优化设计，在保证工艺需求的前提下，优化设计如下，取得较高的经济效益：

图3 医药中间体生产车间

（1）换热面积大大降低，使用螺旋螺纹换热器换热面积为297.7 m2，是原设计的1/3左右，大大节约设备投资；

（2）占地面积减少，采用螺旋螺纹换热器，占地面积不足400 m2，可以减少约400 m2的基建费用；

（3）螺旋螺纹换热器体积小，安装方便，安装费用降低30%；

（4）设备安装方便，大大缩短了50%安装工期。

通过上述数据分析可知，螺旋螺纹管冷凝器性价比高，在医药中间体生产中物料的冷凝回流应用有很大优势。以上优势是换热器结构本身体现的特点，通过该用户的实际应用的评价：冷凝效果好，充分体现了螺旋螺纹换热器螺旋缠绕换热管的高技术优势；冷凝速度快（原5000L的反应釜6 h一个生产流程，采用螺旋螺纹冷凝器只需要4 h），大大提高了生产效率，同时因螺旋螺纹换热器全焊接耐高压的特点，大大减少了设备的检修费用和工时，又是医药中间体企业节能降耗的具体应用。

随着节能减排工作的深入，目前像浙江东邦药业公司、浙江昂利康制药、潍坊特化、新时代药业、鲁抗集团、新合成股份、石药集团、华药集团、瑞阳制药、齐都制药、江苏万邦、无锡制药等多家企业都选用螺旋螺纹冷凝器，都在节能减排工作发挥了积极作用，用户反馈意见很好。

结合螺旋螺纹冷凝器的特点和市场的认知，相信螺旋螺纹冷凝器会在新建医药中间体企业的建设中得到广泛应用，体现最佳的性能价格比，创造更高的社会效益及经济效益。