CN112427004B - 一种流动水源式温度可控的制药反应装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制药反应装置，尤其涉及一种流动水源式温度可控的制药反应装置。一种流动水源式温度可控的制药反应装置，包括药品反应釜、第一相变换热器、第二相变换热器、电子膨胀阀、四通换向阀和变频压缩机。在制冷/制热工况下，第二相变换热器不断向水箱内释放/吸收热量，根据第三/第四温度传感器检测到的水温判断将附带热量/冷量的流动水用于何处,此过程不但提高了第一相变换热器给药品反应釜提供相应的冷量/热量效率，同时利用完的水箱内从高温/低温出水管出来的流动水可以根据实际需要循环利用于药品制造的不同工艺环节，如杀菌预热环节或冷却预冷环节等，实现能量梯级利用、节能环保。

Description

一种流动水源式温度可控的制药反应装置

技术领域

本发明涉及一种制药反应装置，尤其涉及一种流动水源式温度可控的制药反应装置。

背景技术

制药工艺往往会涉及溶解、乳化、催化等反应，这些反应多伴随着大量的吸热或放热过程，在反应过程中需要提供相应的冷量或热量以保证反应过程的温度要求。

在常规设备中，多采用将高品位电能直接转换为热能获得高温或低温，造成大量高品位能源的浪费。也有部分装置采用空气源热泵系统以获得冷量或热量，恶劣气候条件下，制冷或制热效率低，且制热工况下，室外蒸发器（第二相变器）易发生结霜工况，需要终端设备除霜，同时空气作为传热介质，具有较低的传热效率、系统能效低。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点，本发明提供一种流动水源式温度可控的制药反应装置，能够利用流动水作为第二相变换热器的水源侧，流动水源侧温度恒定，相比与空气源热泵，具有更高的能源利用率及更稳定的运行工况；同时制热工况时第二相变器设置在水箱内，第二相变换热器不会发生结霜、停机除霜情况，系统可实现连续运行；最后利用完附带冷量或热量的流动水可以根据实际需要循环利用于药品制造的不同工艺环节，如杀菌预热环节或冷却预冷环节等，实现能量梯级利用、节能环保。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种流动水源式温度可控的制药反应装置，包括：

药品反应釜，作为制药反应的容器，所述药品反应釜采用三夹层设置，内夹层、中夹层和外夹层；

第一相变换热器，所述药品反应釜的内夹层内设置有所述第一相变换热器；

第二相变换热器，所述药品反应釜一侧设置有所述第二相变换热器，所述第二相变换热器的出水口通过第一导管与所述第一相变换热器的进水口相连通，所述第二相变换热器的进水口通过第二导管与所述第一相变换热器的出水口相连通；

电子膨胀阀，所述第一导管上设置有所述电子膨胀阀，所述电子膨胀阀能够控制通过所述第一导管内介质的流量；

四通换向阀，所述第二导管上设置有所述四通换向阀，所述四通换向阀的其中两个接口与所述第二导管相连通，所述四通换向阀的另外两个接口与第三导管的两头相连通；

变频压缩机，所述第三导管上设置有所述变频压缩机。

进一步地，还包括水箱、变频水泵、第三温度传感器和第四温度传感器，所述水箱设置在所述药品反应釜一侧，所述第二相变换热器设置在所述水箱内，所述水箱上部连通有高温出水管，所述水箱下部连通有低温出水管；

所述变频水泵通过第一连通管道与所述低温出水管相连通，所述第一连通管道上设置有第一截止阀和止逆阀；

所述变频水泵通过第二连通管道与所述高温出水管相连通，所述第二连通管道上设置有第二截止阀；

所述高温出水管上设置有第三截止阀，所述第三截止阀位于所述高温出水管的出水口与所述第二连通管道之间；

所述低温出水管的出水口处设置有所述第四温度传感器，所述高温出水管的出水口处设置有所述第三温度传感器，所述第四温度传感器和所述第三温度传感器分别用于检测所述低温出水管和所述高温出水管的出水温度。

进一步地，还包括第一温度传感器和PID控制电路，所述第一温度传感器设置在所述药品反应釜内，所述第一温度传感器用于检测所述药品反应釜内的反应温度；

所述电子膨胀阀、所述变频压缩机和所述第一温度传感器分别与所述PID控制电路电连接；

所述PID控制电路根据所述第一温度传感器检测到的温度来控制所述电子膨胀阀和所述变频压缩机的工作状态。

进一步地，还包括第二温度传感器和模糊控制电路，所述第二温度传感器设置在所述水箱内，所述第二温度传感器用于检测所述水箱内水的温度；

所述第二温度传感器和变频水泵分别与所述模糊控制电路电连接；

所述模糊控制电路根据所述第二温度传感器检测到的温度来控制所述变频水泵的控制状态。

进一步地，所述低温出水管和所述高温出水管均为不锈钢管。

进一步地，所述低温出水管和所述高温出水管的外侧均设置有一层保温层。

进一步地，所述保温层为玻璃棉层。

进一步地，所述内夹层内充满热传导介质，所述中夹层为真空层，所述外夹层为保温层。

进一步地，所述保温层为聚氨酯保温层。

本发明提供一种流动水源式温度可控的制药反应装置，能够利用流动水作为第二相变换热器的水源侧，流动水源侧温度恒定，相比与空气源热泵，具有更高的能源利用率及更稳定的运行工况；同时制热工况时第二相变换热器不会发生结霜、停机除霜情况，系统可实现连续运行；最后利用完附带冷量或热量的流动水可以根据实际需要循环利用于药品制造的不同工艺环节，如杀菌预热环节或冷却预冷环节等，实现能量梯级利用、节能环保。

本发明的有益效果为：1、利用流动水作为第二相变换热器的水源侧，流动水源侧温度恒定（15-20℃），相比与空气源热泵（以华中地区为例，温度范围在-8~38℃），系统运行蒸发温度或冷凝温度波动范围小，系统压缩比曲线平稳，可实现安全稳定运行，且空气导热系数约0.023W/m•k，水的导热系数为0.62W/m•k，水源可实现热量/冷量的快速传递；系统具有更高的能源利用率及更稳定的运行工况；同时，利用流动水作为第二相变换热器的水源侧，在制热工况时，第二相变换热器不会发生结霜，不需要开启停机除霜操作，系统可实现连续运行。

2、根据水的物性，温度越高、密度越小，高温水上浮、低温水下沉的原理，实现水箱垂直方向温度分层控制，可实现连续供水利用。具体为：在制冷工况下，第二相变换热器的功能为冷凝器，不断向水箱内释放热量，则从下部向水箱内注入水，水不断吸收热量后升温、降密度、上浮，水箱内上部温度最高，因此高温水从水箱上部流出，送到高温出水管。在制冷工况下，第二相变换热器的功能为蒸发器，不断向水箱内释放冷量，则从上部向水箱内注入水，水不断吸收冷量后降温、升密度、下沉，水箱内下部温度最低，因此低温水从水箱下部流出，送到低温出水管。

3、在高温出水管的出水口处设置有第三温度传感器和在低温出水管的出水口处设置有第四温度传感器，分别精确判断从高/低温出水管出来的流动水具体可以利用到哪个药品制造的工艺中，提高了从高/低温出水管出来的流动水的利用率，节约了能源。

4、药品反应釜采用三夹层设置，可以实现工质与药品的非接触式传热，保证药品质量，同时真空绝热夹层及保温夹层可杜绝冷量或热量的损失。

5、变频压缩机和电子膨胀阀的实时调节，使得在不同冷热负荷下，在给药品反应釜制冷或制热工况下均具有一个较高的能源效率，实现了节约能源的功能。

6、根据第二温度传感器的检测值与水箱设定的温度差值来调节变频水泵的转动频率，采用模糊控制理论判断变频水泵所需流量，进一步控制变频水泵的频率以调节水泵流量，根据变频水泵不同流量需求调节变频水泵频率，可降低变频水泵输入功率，高效节能。

附图说明

图1为本发明的示意图。

图2为PID控制电路的控制程序流程图。

图3为模糊控制电路的控制程序流程图。

其中，上述附图包括以下附图标记：1、药品反应釜，101、内夹层，102、中夹层，103、外夹层，2、第一温度传感器，3、第一相变换热器，4、四通换向阀；5、变频压缩机，6、第二相变换热器，7、电子膨胀阀，8、水箱，9、第二温度传感器，10、变频水泵，11、第一截止阀，12、止逆阀，13、第二截止阀，14、第三截止阀，15、第三温度传感器，16、第四温度传感器。

具体实施方式

现在将参照附图在下文中更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明当前优选的实施方式。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施方式；而是为了透彻性和完整性而提供这些实施方式，并且这些实施方式将本发明的范围充分地传达给技术人员。

如图1-3所示一种流动水源式温度可控的制药反应装置，包括药品反应釜1、第一相变换热器3、第二相变换热器6、电子膨胀阀7、四通换向阀4和变频压缩机5，药品反应釜1作为制药反应的容器，药品反应釜1采用三夹层设置，内夹层101、中夹层102和外夹层103，药品反应釜1内的内夹层101内设置有第一相变换热器3；药品反应釜1一侧设置有第二相变换热器6，第二相变换热器6的出水口通过第一导管与第一相变换热器3的进水口相连通，第二相变换热器6的进水口通过第二导管与第一相变换热器3的出水口相连通；第一导管上设置有电子膨胀阀7，电子膨胀阀7能够控制通过第一导管内介质的流量；第二导管上设置有四通换向阀4，四通换向阀4的其中两个接口与第二导管相连通，四通换向阀4的另外两个接口与第三导管的两头相连通；第三导管上设置有变频压缩机5。

根据四通换向阀4的切换，实现第一相变换热器3制冷或制热的转换，从而提供相应的冷量或热量保证药品反应釜1内的反应过程的温度要求；在制冷工况下，变频压缩机5做功，第一相变换热器3的功能为蒸发器，蒸发制冷，第二相变换热器6的功能为冷凝器，冷凝放热，此时控制电子膨胀阀7的开度使得药品反应釜1内的温度达到设定值；在制热工况下，变频压缩机5做功，第二相变换热器6的功能为蒸发器，蒸发制冷，第一相变换热器3的功能为冷凝器，冷凝放热，此时控制电子膨胀阀7的开度使得药品反应釜1内的温度达到设定值。如此，便能实现在药品反应釜1内药品的反应过程中，给其提供相应的冷量或热量以保证反应过程的温度要求。

进一步地，还包括水箱8、变频水泵10、第三温度传感器15和第四温度传感器16，水箱8设置在药品反应釜1一侧，第二相变换热器6设置在水箱8内，水箱8上部连通有高温出水管，水箱8下部连通有低温出水管；变频水泵10通过第一连通管道与低温出水管相连通，第一连通管道上设置有第一截止阀11和止逆阀12；变频水泵10通过第二连通管道与高温出水管相连通，第二连通管道上设置有第二截止阀13；高温出水管上设置有第三截止阀14，第三截止阀14位于高温出水管的出水口与第二连通管道之间；低温出水管的出水口处设置有第四温度传感器16，高温出水管的出水口处设置有第三温度传感器15，第四温度传感器16和第三温度传感器15分别用于检测低温出水管和高温出水管的出水温度。

在制冷工况下，第二相变换热器6的功能为冷凝器，不断向水箱8内释放热量，根据高温水在上低温水在下的性质，这时水箱8采用下进上出的方式，进水口依次通过变频水泵10、第一截止阀11、止逆阀12从下部进入水箱8，然后从水箱8上部出水口通过第三截止阀14及第三温度传感器15流出，根据第三温度传感器15检测到的水温判断将高温水用于何处；此过程，不但提高了第一相变换热器3给药品反应釜1提供相应的冷量效率，同时利用完的水箱8内从高温出水管出来的流动水可以根据实际需要循环利用于药品制造的不同工艺，节能环保。

在制热工况下，第二相变换热器6的功能为蒸发器，不断向水箱8内吸收热量，根据高温水在上低温水在下的性质，这时水箱8采用上进下出的方式，进水口依次通过变频水泵10、第二截止阀13从上部进入水箱8，然后从水箱8下部出水口通过第四温度传感器16流出，根据第四温度传感器16检测到的水温判断将低温水用于何处；此过程，不但提高了第一相变换热器3给药品反应釜1提供相应的热量效率，同时利用完的水箱8内从低温出水管出来的流动水可以根据实际需要循环利用于药品制造的不同工艺，节能环保。

总的来说，利用流动水作为第二相变换热器的水源侧，流动水源侧温度恒定（15-20℃），相比与空气源热泵（以华中地区为例，温度范围在-8~38℃），系统运行蒸发温度或冷凝温度波动范围小，系统压缩比曲线平稳，可实现安全稳定运行，且空气导热系数约0.023W/m•k，水的导热系数为0.62W/m•k，水源可实现热量/冷量的快速传递；系统具有更高的能源利用率及更稳定的运行工况；同时，利用流动水作为第二相变换热器的水源侧，在制热工况时，第二相变换热器6不会发生结霜，不需要开启停机除霜操作，系统可实现连续运行。

为了精确判断从高温出水管出来的流动水具体可以利用到哪个药品制造的工艺中，在高温出水管的出水口处设置有第三温度传感器15，用于检测高温出水管的出水温度，依次来精准判断从高温出水管出来的流动水具体应用到哪个工艺，提高了从高温出水管出来的流动水的利用率，节约了能源；

为了精确判断从低温出水管出来的流动水具体可以利用到哪个药品制造的工艺中，在低温出水管的出水口处设置有第四温度传感器16，用于检测低温出水管的出水温度，依次来精准判断从低温出水管出来的流动水具体应用到哪个工艺，提高了从低温出水管出来的流动水的利用率，节约了能源。

进一步地，还包括第一温度传感器2、第二温度传感器9和PID控制电路，第一温度传感器2设置在药品反应釜1内，第一温度传感器2用于检测药品反应釜1内的反应温度；电子膨胀阀7、变频压缩机5和第一温度传感器2分别与PID控制电路电连接。

在给药品反应釜1提供相应冷量和热量时，把第一温度传感器2的检测值与药品反应釜1设定的温度差值作为PID控制电路的控制程序的对象，把变频压缩机5的转动频率和电子膨胀阀7的开度作为PID控制电路的控制程序的执行机构，实现对第一相变换热器3和第二相变换热器6及其通路内介质的变频压缩机5-电子膨胀阀7耦合调节，使得药品反应釜1在第一相变换热器3的作用下快速达到设定温度值；

变频压缩机5和电子膨胀阀7的实时调节，使得在不同冷热负荷下，在给药品反应釜1制冷或制热工况下均具有一个较高的能源效率，实现了节约能源的功能。

进一步地，还包括第二温度传感器9和模糊控制电路，第二温度传感器9设置在水箱8内，第二温度传感器9用于检测水箱8内水的温度；第二温度传感器9和变频水泵10分别与模糊控制电路电连接。

在变频水泵10工作过程中，把第二温度传感器9的检测值与水箱8设定的温度差值作为模糊控制电路中控制程序的参考输入，把变频水泵10作为程序的控制对象，把变频水泵10输出频率作为程序的输出，使得水箱8设定温度值维持在设定温度值范围内，流动水源侧（水箱8内的流动水）温度恒定，相比与空气源热泵，具有更高的能源利用率及更稳定的运行工况，同时制热工况时不会发生结霜；采用模糊控制理论判断变频水泵10所需流量，进一步控制变频水泵10的频率以调节变频水泵10流量，根据变频水泵10不同流量需求调节变频水泵10频率，可降低变频水泵10输入功率，高效节能。

进一步地，低温出水管和高温出水管均为不锈钢管，防止低温出水管和高温出水管发生腐蚀。

进一步地，低温出水管和高温出水管的外侧均设置有一层保温层，有利于低温出水管和高温出水管的保温，提高后期流动水的利用效果。

进一步地，低温出水管和高温出水管的外侧的保温层为玻璃棉层。

进一步地，内夹层101内充满热传导介质，提高换热效率，中夹层102为真空层，外夹层103为保温层，均可以保证药品反应釜1的热量/冷量不外泄。

进一步地，外夹层103为聚氨酯保温层。

以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种流动水源式温度可控的制药反应方法，其特征在于，所述制药反应方法在制药反应装置内进行，所述制药反应装置包括：

药品反应釜，作为制药反应的容器，所述药品反应釜采用三夹层设置，内夹层、中夹层和外夹层；

第一相变换热器，所述药品反应釜的内夹层内设置有所述第一相变换热器；

第二相变换热器，所述药品反应釜一侧设置有所述第二相变换热器，所述第二相变换热器的出水口通过第一导管与所述第一相变换热器的进水口相连通，所述第二相变换热器的进水口通过第二导管与所述第一相变换热器的出水口相连通；

电子膨胀阀，所述第一导管上设置有所述电子膨胀阀，所述电子膨胀阀能够控制通过所述第一导管内介质的流量；

四通换向阀，所述第二导管上设置有所述四通换向阀，所述四通换向阀的其中两个接口与所述第二导管相连通，所述四通换向阀的另外两个接口与第三导管的两头相连通；

变频压缩机，所述第三导管上设置有所述变频压缩机；

还包括水箱、变频水泵、第三温度传感器和第四温度传感器，所述水箱设置在所述药品反应釜一侧，所述第二相变换热器设置在所述水箱内，所述水箱上部连通有高温出水管，所述水箱下部连通有低温出水管；

所述变频水泵通过第一连通管道与所述低温出水管相连通，所述第一连通管道上设置有第一截止阀和止逆阀；

所述变频水泵通过第二连通管道与所述高温出水管相连通，所述第二连通管道上设置有第二截止阀；

所述高温出水管上设置有第三截止阀，所述第三截止阀位于所述高温出水管的出水口与所述第二连通管道之间；

所述低温出水管的出水口处设置有所述第四温度传感器，所述高温出水管的出水口处设置有所述第三温度传感器，所述第四温度传感器和所述第三温度传感器分别用于检测所述低温出水管和所述高温出水管的出水温度；

所述制药反应方法包括以下步骤：

在制冷工况下，所述第二相变换热器的功能为冷凝器，不断向所述水箱内释放热量，根据高温水在上低温水在下的性质，这时所述水箱采用下进上出的方式，流动水依次通过所述变频水泵、所述第一截止阀、所述止逆阀从下部进入所述水箱，然后从所述水箱上部出水口通过所述第三截止阀及所述第三温度传感器流出，根据所述第三温度传感器检测到的水温判断将高温水用于何处；

在制热工况下，所述第二相变换热器的功能为蒸发器，不断向所述水箱内吸收热量，根据高温水在上低温水在下的性质，这时所述水箱采用上进下出的方式，流动水依次通过所述变频水泵、所述第二截止阀从上部进入所述水箱，然后从所述水箱下部出水口通过所述第四温度传感器流出，根据所述第四温度传感器检测到的水温判断将低温水用于何处；

所述制药反应装置还包括第一温度传感器和PID控制电路，所述第一温度传感器设置在所述药品反应釜内，所述第一温度传感器用于检测所述药品反应釜内的反应温度；

所述电子膨胀阀、所述变频压缩机和所述第一温度传感器分别与所述PID控制电路电连接；

所述PID控制电路根据所述第一温度传感器检测到的温度来控制所述电子膨胀阀和所述变频压缩机的工作状态；

所述制药反应装置还包括第二温度传感器和模糊控制电路，所述第二温度传感器设置在所述水箱内，所述第二温度传感器用于检测所述水箱内水的温度；

所述第二温度传感器和变频水泵分别与所述模糊控制电路电连接；

所述模糊控制电路根据所述第二温度传感器检测到的温度来控制所述变频水泵的控制状态。

2.根据权利要求1所述的一种流动水源式温度可控的制药反应方法，其特征在于：

所述低温出水管和所述高温出水管均为不锈钢管。

3.根据权利要求2所述的一种流动水源式温度可控的制药反应方法，其特征在于：

所述低温出水管和所述高温出水管的外侧均设置有一层保温层。

4.根据权利要求3所述的一种流动水源式温度可控的制药反应方法，其特征在于：

所述低温出水管和所述高温出水管的外侧的保温层为玻璃棉层。

5.根据权利要求4所述的一种流动水源式温度可控的制药反应方法，其特征在于：

所述内夹层内充满热传导介质，所述中夹层为真空层，所述外夹层为保温层。

6.根据权利要求5所述的一种流动水源式温度可控的制药反应方法，其特征在于：

所述外夹层的保温层为聚氨酯保温层。

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