第十二章-制药用水设备

LOGO制药设备及技术第十二章制药用水设备LOGO第一节制药用水概述一、制药用水分类及质量要求饮用水：为天然水经净化处理所得的水，可作为药材净制时的漂洗、制药用具的粗洗用水。除另有规定外，也可作为药材的提取溶剂。纯化水：是指用蒸馏法、离子交换法、反渗透法或其他适宜的方法制得的供药用的水，不含任何附加剂。纯化水可作为中药注射剂、滴眼剂等灭菌制剂所用药材的提取溶剂；口服、外用制剂配制用溶剂或稀释剂；非灭菌制剂用器具的精洗用水；必要时亦用作非灭菌制剂用药材的提取溶剂。纯化水不得用于注射剂的配制与稀释。纯化水应符合中国药典2010年版所收载的纯化水标准。LOGO第一节制药用水概述注射用水：为纯化水经蒸馏所得的水，一般应在制备后12小时内使用。注射用水可作为配制注射剂的溶剂或稀释剂及注射用容器的精洗，必要时亦可作为滴眼剂配制的溶剂。灭菌注射用水：为注射用水按照注射剂生产工艺制备所得。主要用于注射用灭菌粉末的溶剂或注射剂的稀释剂，其质量符合灭菌注射用水项下的规定。注射用水的检测项目包括性状、pH值、硝酸盐、亚硝酸盐、氨、电导率、总有机碳、不挥发物、重金属、细菌内毒素、微生物限度，2010药典规定灭菌注射用水还应检测氯化物、硫酸盐与钙盐、二氧化碳等项目。LOGO第一节制药用水概述二、制药用水生产工艺流程图12-1制药用水制备工艺流程由于原水中往往含有电解质、有机物、悬浮颗料粒等杂质，如不经预处理，对设备的使用年限及设备的性能会产生影响，导致出水质量不合格；预处理后的水用离子交换法、反渗透等方法除去水中的阴、阳杂离子称为脱盐；后处理工艺是采用脱气塔、紫外线、臭氧减菌等工艺，除去水中残留的一些气体、离子和微生物，制得的纯化水经蒸馏后得到注射用水。LOGO第二节制药用水生产设备一、原水预处理设备组合原水预处理系统由原水箱、石英砂过滤器、锰砂过滤器，活性炭吸附过滤器和软化器、精滤器等构成，设备的外壳体均为优质不锈钢3042B材质制成。1．原水贮罐原水贮罐应设置高、低水位电磁感应液位计，动态检测水箱液位。2．原水泵可采用普通的离心泵，泵应设置高过热保护器、压力控制器，以提高泵的寿命。为防止出现故障，泵还应设有自动报警系统。LOGO第二节制药用水生产设备3．药箱、计量泵若原水水质浊度较高，通常运用精密计量泵进行自动加药。加药箱的材质亦多为非金属材料如（PE），计量泵的定量加药应与源水泵运转同步进行。4．机械过滤器机械过滤器有石英砂过滤器与锰砂过滤器，机械过滤器罐体可采用玻璃钢内衬PE胆的非金属罐体。石英砂过滤器主要用于去除水中的悬浮杂质，内装过滤介质为精制的石英砂；锰砂过滤器采用1.6～3.2mm粒径的锰砂装填,除具有石英砂过滤器的作用外，对水中含有的铁离子有一定的脱除能力。LOGO第二节制药用水生产设备5．活性炭过滤器主要有两个功能：①吸附水中部分有机物，吸附率在60%左右；②吸附水中余氯，对水中的游离氯吸附率达99％以上，活性碳过滤器滤粒为5mm的颗粒活性碳。6．软化器除去水中钙、镁离子的过程称为水的软化，水系统中利用钠型阳离子树脂将水中的Ca2+、Mg2+置换。7．精滤器精滤在水系统中又称为保安过滤，是原水进入反渗透膜前最后的一道处理工艺，其作用是防止上一道过滤工序可能存在的泄漏。精密过滤器由壳体、上帽盖和数根滤芯组成，壳体和上帽盖由联接螺栓及胶垫连接在一起，滤芯为熔喷成型的孔径为5um的聚丙烯(PP)。LOGO第二节制药用水生产设备二、纯化水的制备（一）反渗透的基本原理图12-3反渗透基本原理示意图一个容器中间用半透膜隔开，两侧分别加入纯水和盐水，此时纯水会透过半透膜扩散到盐溶液一侧，这种现象为渗透；两侧液柱的高度差表示此盐所具有的渗透压。如果用高于此渗透压的压力作用于盐溶液一侧，则盐溶液中的水将向纯水一侧渗透，使得水从盐溶液中分离出来，此过程与渗透相反，称为反渗透。LOGO第二节制药用水生产设备（二）反渗透法制备纯水工艺流程1．一级反渗透系统图12-4一级反渗透系统示例1-预处理后水；2-高压泵；3-反渗透装置；4-浓缩水排水；5-反渗透出水；6-中间储罐一级反渗透装置能除去90%～95%的一价离子和98%～99%的二价离子，同时能除去微生物和病毒，但去除氯离子的能力还达不到药典要求，故常在反渗透后面加上离子交换系统。一级反渗透系统+离子交换系统这种组合特别适合制药用水的综合性使用，水系统既满足工艺用纯化水的供应，又满足注射用水的原水使用要求。LOGO第二节制药用水生产设备2.二级反渗透系统图12-5二级反渗透系统示例1-原水；2-一级高压泵；3-一级反渗透；4-浓缩水排水；5-一级反渗透出水；6-中间储罐；7-二级高压泵；8-二级反渗透；9-二级浓缩排水（返回至一级入口）；10-纯化水出口以串联方式将第一级反渗透的出水作为第二级反渗透的进水，二级反渗透系统的第二级的排水(浓水)的质量远远高于第一级反渗透的进水，可以将其与第一级反渗透的进水混合作为第一级的进水，以提高水的利用率。LOGO第二节制药用水生产设备3.主要设备（1）一、二级高压泵：作为反渗透系统动力源的高压泵，配置高、低压保护、过热保护，以防止泵的损坏。（2）反渗透主机：主要部分是反渗透膜组件，其结构因膜的形式而异，一般有管式、框式、卷式和中空纤维式四种，均可用于纯化水的制取。（3）紫外线杀菌器：为了防止管道中的滞留水及容器管道内壁滋生细菌而影响供水质量，在反渗透处理单元进出口的供水管道末端均应设置大功率的紫外线杀菌器，以保护反渗透处理单元免受水系统可能产生的微生物污染，杜绝或延缓管道系统内微生物细胞的滋生。LOGO第二节制药用水生产设备4.反渗透系统的操作(1)运行前准备开机前:将R0系统中每个组件的出水阀全部开启，关闭所有取样阀，关闭淡水阀和清洗进水阀；开启淡水排放阀及电控箱上主电源、自动开关。低压冲洗:低压冲洗一般用于新RO膜元件投入使用及刚刚化学清洗后。当预处理运行正常、出水水质符合R0系统进水指标时，开启R0系统浓水阀、淡水排放阀。调节进水压力在0.3Mpa～O.5Mpa左右，使R0系统处于低压冲洗状态，浓水、淡水全部排放，一般冲洗时间为2～6小时。LOGO第二节制药用水生产设备(2)系统运转准备工作完毕后，开启R0前级增压泵，当R0进水压力≥0．05Mpa时，R0高压泵自动起动(也可关闭自动开关，手动开启R0高压泵)。然后慢慢调节R0进水阀及浓水阀，使之达到设定的产水量及浓水排放量。当纯水电导率小于进水电导率乘以0.05，即可以开启淡水阀，关闭淡水排放阀，设备进入正常运行。通常对于第一次已调好的阀门开度可不再调整。(3)停机停机前，启动清洗泵(一级反渗透装置为中间水箱泵)，开启清洗阀，用R0出水冲洗R0膜元件2～5分钟，浓水排放，冲洗完毕后，关闭泵及清洗阀。LOGO第二节制药用水生产设备图12-2反渗透纯水设备LOGO第三节注射用水设备一、多效蒸馏水器图12-6垂直串接式三效蒸馏水器工作原理示意图（一）垂直串接式多效蒸馏水器在制药工业中，常见的垂直串接式多效蒸馏水器是三效蒸馏水器，它是由三个单效蒸馏水器组合而成，其加料方式为三效并流加料，工艺流程如图12-6所示。LOGO第三节注射用水设备三效蒸馏水器的工作过程:纯化水先在蒸馏水蒸汽冷凝器内经热交换预热后，经预热器进一步预热后在第一效被生蒸汽加热至130℃而沸腾汽化成二次蒸汽，所产生的二次蒸汽进入第二效进行热交换后再次进入第三效进行热交换。第一效中剩余的水流向第二效被加热至120℃沸腾汽化，所产生的二次蒸汽与第二效来的加热蒸汽一起进入第三效进行热交换，随后进入冷凝器冷凝成蒸馏水。第二效中剩余的水流向第三效被加热至110℃沸腾汽化，所产生的二次蒸汽直接进入冷凝器冷凝成蒸馏水。第三效蒸馏后所剩余的水含盐浓度高而被弃去，成品蒸馏水被贮存在蒸馏水贮存罐中。LOGO第三节注射用水设备（二）水平串接式多效蒸馏水器单效膜式蒸馏水器纯化水从进水管口进入，然后经分布器分布后沿列管内壁呈膜状下降，受热沸腾蒸发。生成的二次蒸汽自列管下部引出，再沿螺旋形气液分离器高速向上流动，因受离心力的作用，蒸汽中夹带的液滴被分离，纯蒸汽则从出口排出。图12-7膜式蒸馏水器工作原理示意图LOGO第三节注射用水设备四效蒸馏水器:由四个膜式蒸馏水器水平串接而成，其工艺流程如图12-8所示。工作时，合格的原料水(一般为纯化水)由多级泵增压后经流量计进入冷凝器进行热交换，再依次进入各效预热器Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ及Ⅰ中，最后进入到Ⅰ效蒸发器，由料水分布器喷射在加热管内壁，使料水在加热管内成膜状流动，被外来蒸气继续加热，产生夹带水滴的二次蒸汽，从加热管下端进入汽水分离装置，被分离的纯蒸汽进入到Ⅱ效蒸发器的列管间作为加热热源，而进料水中未汽化部分则进入Ⅱ效蒸发器的列管内，重复上述过程，其余各效原理与第一效相同。LOGO第三节注射用水设备图12-8水平串接式四效蒸馏水器工作原理示意图LOGO第三节注射用水设备多效蒸馏水机的所有热交换器均由无缝316L不锈钢管制成，直径小，长度很短，从而保证了蒸发的最高效率(薄膜蒸发)。多效蒸馏水机其设备均为机电一体化结构，无须分拆，节省占地面积。整个设备采用316L或304L不锈钢制成，设备材料的内外表面都经过保护和钝化处理，不锈钢管线和阀门等都经过机械+电抛光镜面处理。设备内部使用的垫圈应采用符合相应法规要求的，无毒、无析出物、无微生物和杂质滞留的卫生级材料制造。多效蒸馏水器具有冷却水用量很少、运行稳定、操作简单、产水量大、热利用率高等优点。LOGO第三节注射用水设备二、气压式蒸馏水器图12-9气压式蒸馏水器工作原理示意图工作原理:是将进料纯化水加热至沸腾气化，产生的二次蒸汽被蒸汽压缩机压缩而温度和压力都同时升高，被压缩的蒸汽经冷凝即得到成品蒸馏水。在蒸汽冷凝过程中所释放出的潜热可用作原水预热热源，如图12-9所示。LOGO第三节注射用水设备气压式蒸馏水器生产蒸馏水的优点:不需要冷凝水，通过换热器可回收余热加热原水，从而降低了能耗，节约了能源开支；二次蒸汽经过压缩、净化、冷凝等过程后，在高温下已停留了约45分钟，可以保证蒸馏水无菌、无热源，所生产的蒸馏水一次就能达到药品生产质量管理规范的要求；气压式蒸馏水器运转正常后即可实现自动控制，产水量大，能满足各种类型的制药生产的需要。LOGO第三节注射用水设备三、注射用水的质量要求与贮藏注射用水是制备注射剂最常用的溶剂，其质量要求在药典中有严格规定。除一般纯化水的检查项目应符合规定外，还规定pH值应为5.0～7.0，细菌内毒素检查应符合规定。由于注射用水纯度极高，性质不稳定，很容易染菌，为了避免水质下降，生产出的蒸馏水不能停滞，规定一般药品生产用注射用水储存时间不超过12小时，生物药品生产用注射用水储存时间不超过6小时，否则需要回流到蒸馏器中重新蒸馏。在贮存罐内的蒸馏水需要保温在80℃以上（65℃以上保温循环或4℃以下贮存）才能避免再次染菌。