制冷系统是冻干机的重要组成部分，其主要作用是给冷阱和隔板（板层）降温和控温。而最常见的制冷系统是由压缩机及制冷剂为主体的机械制冷系统。但随着制药行业不仅要面对生产工艺性能和可靠性的压力，同时还要遵守越来越严格的环境标准。致使冻干机用户不得不去考虑应用更加能符合环保要求的低温冷却技术。

液氮是一种高效、方便的制冷剂。由于其极低的沸点（约–196℃），它也是大多数低温应用案例所使用的制冷剂。因此，当提到液氮制冷时，人们的第一反应就是其具有更好的制冷效率。毋庸置疑，当冻干机根据工艺要求追求较低温度和快速降温速率时，传统冻干机上应用的机械制冷系统存在性能上的制约。当配合低温流动性好的导热流体时，液氮制冷可以做到板层温度-30°C以下仍能实现近乎线性降温，极限温度低于-65摄氏度。

除去性能方面的差异，液氮制冷系统还会有以下公认的优势：

1. 环保和安静运行，如文章开头提及，随着全球对环境保护标准的提高，无论从企业社会责任角度而言，还是一些发达国家的法规约束来看，制冷剂的选择都应考虑不对臭氧层进行破坏，因此CFC和HCFC制冷剂逐步被取代或应用成本上涨已经成为必然的趋势。

另外，企业会越来越多考虑对员工的人文关怀，这包括了舒适和健康的工作环境营造，而冻干机的机械压缩机的运行噪音很难保证70分贝以内。

2. 低维护. 无论是活塞式压缩机还是螺杆式压缩机，其内部都具有运动机械部件，同时制冷剂的压缩冷凝、中间冷却、膨胀挥发等过程还需要一系列机械部件构成整个制冷系统。因此相比而言，以换热器为主体的液氮制冷系统的维修维护概率自然会显得更低。

3. 回收的可能性. 液氮在进行制冷换热后，也是最终会成为气态形式排放，而氮气是制药企业通常会考虑的气体之一。因此液氮制冷系统带来了成为氮气供应源的可能性，当然，能否变为实际应用还是要依靠气体供应商的系统解决方案。

对于液氮制冷系统的经济性评价，绕不开变动成本和固定成本的讨论。固定成本除了包含冻干机本身的投资成本，还要考虑厂房液氮供给、排放/回收的配套设施的成本投入。变动成本主要由维护成本和运行成本构成，维护性的比较已在上文提及，而运行成本分析主要体现在液氮价格和机械制冷系统用电成本的比较，然而这类成本受地域的影响，不同地区价格会存在差异。

就笔者个人经历而言，可能由于欧美液氮使用成本优势和环保政策带来的双重驱动，明显感到越来越多的冻干机用户考虑采用液氮制冷形式。而在国内，仍以机械制冷系统为主流，液氮制冷的接受程度相对较低，但作为一个优良的替代方案，并且能提供更好的工艺性能指标，相信会有越来越多的制药企业接受和应用这种技术。

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作者：Shengyi 

来源：拾西 公众号

日期：2021年4月30日