制药用水系统设计与创新分析.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 26 日 作者简介：姚洁（1989），女，汉族，河北石家庄人，硕士，研究方向为化学工艺。-65-制药用水系统设计与创新分析 姚 洁 河北华孚洁净技术有限公司，河北 石家庄 050000 摘要：摘要：在新时代社会发展背景下，我国医药行业蓬勃发展，因此很多有效和安全的药物被研发出来，以此为各种疾病的治疗提供重要的帮助。在临床药物中，有很多为液体药物，对制药用水的要求比较高。在相关权威调查显示，对于制药的过程，会使用到大量的水资源，并且也是制药期间十分重要的原材料，因此一定要重视对水质量的提升。当前，很多制药厂家在水质提升上加大力度，促使制药用水质量得到全面保障。在此期间，需要制药用水系统的支撑。在制药技术持续发展与进步背景下，对制药用水系统的设计提出越来越多的要求与标准，因此需要进一步创新与研发，促使制药用水系统和实际情况完全一致。关键词：关键词：制药用水系统；设计要点；创新策略 中图分类号：中图分类号：TQ460 0 引言 在医药以及制药等企业中，制药用水系统的设计工作十分重要，属于工艺和给排水专业，因此要借助各种工艺操作设计循环分配系统。基于制药用水分配系统的设计工作具有独立性的特点，同时定制性和唯一性特征也比较突出，因此要给予高度重视与关注。在对医药工艺用水系统设计原则与方法加以分析以后，对其进行统一的规定与实施，同时不断优化和改善制药用水循环系统的设备、管件以及管道，更好地满足国家提出的设计要求与标准。1 制药用水系统设计要点 1.1 储存与分配的设计 在对制药用水的储存与分配系统展开设计过程中，主要从以下几点内容加以分析与探究，确保最终设计效果更加突出和显著。在正式展开设计期间，需要结合温度的变化，对制药用水储存和分配系统进行划分，主要分为低温系统、高温循环系统以及常温循环系统三种形式。对于设计方案的编制，要符合国家法规要求，即便是法规上没有进行强制性的说明与规定，各个企业也要根据用水点的温度、系统规模以及消毒方法等因素，对其展开综合分析与考虑。同时，在制药用水系统的设计阶段中，也要注重对产品特点、可操作性性、能源消耗情况、使用风险以及效率等进行全面分析，促使制药用水储存与分配系统良好运行。在热储存和热循环系统设计过程中，由于该系统主要是使用在注射用水系统中，因此处于连续的巴氏消毒状态，可以对微生物进行有效控制，并且操作也简单方便，备受各个行业的青睐，在各个国家 GMP 中进行推广和使用。在常温储存和常温循环系统设计期间，需要根据环境温度进行，进行常温制药用水系统的制备。比如，在一制药企业中，运用 RO/EDI 或者超滤的纯化水系统制备方式。同时，在微生物控制上，热储存和热循环系统应用效果比较显著。不过，在对系统进行消毒以后，使其频率符合标准要求，就可以实现对微生物控制的目标。在这一系统设计期间，具有操作安全和能源消耗量小等优势，同时不会花费过多的成本费用，有助于企业获得良好的经济效益，特别是在纯化水系统设计期间，常温储存和常温系统循环系统设计模式，可以精准控制微生物的含量。当前，这一系统已经被全国各地的 GMP 推荐使用，属于首先的储存与分配方式。热储存和冷却再加热系统。这种系统在微生物预防过程中发挥重要作用，使用十分便利。当制药用水运用高温进行制备时，对微生物的防治措施提出严格要求，并且要控制消毒的时间，此时这一系统属于最佳的选择。在高温储存方法运用以后，可以对微生物的繁殖进行抑制，以此降低微生物大量繁殖带来的不利风险，从而达到用水点温度的标准。不过，这一方式也存在能源消耗量大的缺点。在是否使用用点管网进行取水过程中，都要进行冷却和再加热的方式。中国科技期刊数据库 工业 A-66-热存储和独立循环系统。一般情况下，这种储存和分配模式，在高温制备方式在实际使用期间，要对能源消耗情况加以综合分析，像疫苗与血制品的生产注射用水系统，就会运用到热存储和独立循环系统。批处理循环系统。在对该项系统进行优化和设计以后，获得质量部门水质测定与批准之后，方可正式投入生产与使用。主要是运用流程就是，在一个罐体使用过程中，另一个罐体展开补水和水质检测。但是，批处理循环系统的运用缺陷之处，主要体现在操作不方便上，同时使用范围也比较小，并且投资金额与使用成本也比较高，不利于经济效益的最大化获取。多分支和单通道系统。在多分支和单通道系统使用过程中，对微生物的要求要低一些。在使用点数量有限情况下，小于集中用水时，其系统的设计是有价值的，并且投入成本也比较低。不过，在对微生物控制上，还是存在一些不足之处。在必要使用过程中，要构建回路冲洗与消毒计划，以此保障微生物污染可以控制在允许范围内。在 GMP 的实施和发展阶段中，进一步提高了企业的制药系统的风险意识，目前多分支和单通道系统的使用还是无法符合 GMP 的标准与要求，特别是在纯化水以及注射用水的验证上，因此该条设计思路要慎重考虑。单罐和平行循环系统。从这一系统构造来看，主要由多个分配回路以及储罐构成，以此形成完成的分配系统。其应用优势主要体现在：不会占用过多面积、可以对多个分配回路加以集中管理与模块的优化。针对一些有很多热用点和冷用点同时存在的系统，单循环管道的循环效果不好，因此单罐和平行循环系统可以有效解决这一问题。使用点热交换系统。这种系统更加适合在注射用水使用点由于工艺生产要求，展开降温处理情况下使用。如果一个循环回路中含有低温和热水使用点，此时低温使用点的数量比较少，就可以选择这一系统的储存和分配范式。1.2 水处理工艺装置的设计 在制药用水系统设计阶段中，纯水和注射用水的水质，都可以利用电导率、微生物总数、细菌中毒素以及总有机碳这四项指标加以检测。因此，在具体生产环节中，制药水系统的消毒工艺，十分重要，需要给予重点关注，属于至关重要的问题之一。在此期间，会经常运用到臭氧、巴氏和紫外线等消毒方式，同时在具体生产环节中巴氏消毒效果更加突出，并且具有操作简单和方便的特点。在把水温精准控制在 80以上之后，持续循环大概 1 到 2 小时，就可以把水中的生物污染水平有效控制在 50CFU/ML 以下，因此该种方式在实际生产化解中被人们经常运用。另外，对于注射用水的循环系统来讲，在冷却器使用过程中，尽量选择双管端板壳管式的换热器，同时运用冷热用点单独循环的办法，促使注射用水的循环速度显著提高，以此可以达到 2m/s 的速度。1.3 水处理测量指示仪表的设计 在对制药用水系统中的水处理测量指示仪表加以设计期间，水中的电解质会被完全取出的水定义为纯水，同时纯水中几乎没有溶解的气体以及有机物，一些水中不溶解的交替物质以及微生物也几乎看不到。在对纯水中剩下的含盐量加以控制过程中，要符合0.1ml/L 的标准，同时电阻率要大于 lM cm。不过，在实际操作过程中，对于化学指标的测试，可以使用电导仪在线测试电阻率的方式，以此代替传统的操作工艺。同时，基于水中微生物和热原物质在污染水平控制环节中，主要是受到注射用水和纯化水的影响。对于纯化水和注射用水中的实质，可以依照美国的药典。在实际检测环节中，我国的常规药典中化学指标测试方式，会运用到在线检测电导率的方式，进一步减少检测的时间，促使水质的纯度得到有效控制。另外，针对优化系统来讲，在该项系统正式投入生产之前，也就是在设计阶段中，就要经过多次的实验操作，结合具有的检测结果，进而得知不管是在纯水还是在注射用水质量上，和优化之前的水质加以比较，其质量都有所提高，并且检测结果都是合格的，符合国家最新推出的标准，可以进行后续的生产与作业。1.4 水泵的设计 在制药用水系统的水泵设计环节中，一定要重视对水泵系统的洁净升级、泵头参数以及控制方式的选择。对于洁净等级而言，通常会选择和管道相同粗糙度和抛光的等级，其顶部出水度为 45，保障泵底排除干净。对于控制方式，经常会运用到变频电机设备，促使水泵在长时间自动运转期间，其频率为 30-50Hz，同时对泵头的参数加以精准计算。由于制药用水属于闭式的循环系统，同时基于罐中国科技期刊数据库 工业 A-67-体不属于充盈的状态，并且罐顶设有呼吸装备，促使罐中的顶部气压和大气压力相等，其水力设计计算要根据开式的系统获得。在流量计算环节中，结合管道计算信息，明确泵的有效工作区间流量范围，计算出供水管的流量值。另外，扬程计算精准性也是十分有必要的，结合建筑的高度以及水泵输送高度，计算出回灌喷淋球的最低运行压力值以及最大的输送沿程损失程度，就可以得知输送泵的有效扬程素质。在确定输送泵以后，明确对应的参数，像压头、流量以及电力负荷等信息。在这一环节中，也要注重对汽蚀余量以及大气压的计算。对于系统中各个用水点支路和总回水管路，都会设置流量计，此时系统可以稳定运转，促使干管以及各个支管路的流速大于等于 1m/s。在没有使用点用水情况下，换热器支路压损比较大，其流速也相对较低。2 制药用水系统创新策略 2.1 纯水的循环冲洗 在纯水循环冲洗环节中，要提前使用到贮液罐、水泵以及水系统管道，促使这些设备之间构成循环的通路，之后把一定含量并且处于常温下的纯水加以灌入到贮液罐中，之后利用用水泵，让纯水保持二十分钟以上的循环状态。此后，打开排水阀装置，一边排放水，另一边进行循环，以此去除掉系统中尘埃以及脏物。2.2 碱液的冲击 在水处理系统控制技术使用过程中，属于一条科学有效的创新路径。在对碱液加以冲洗期间，需要使用到 10%的氢氧化钠溶液，在 70以上的温度中，将其渗透到水系统中，并且保障在系统中循环冲洗大概半个小时以上的时间，进而排除水系统中的油脂以及油污等物质。之后，利用纯水进行对系统加以冲洗，在各个出水点出水的水电阻率和纯水电阻率保持相同以后，方可停止操作。2.3 钝化 在制药用水系统实际生产环节中，会设计到水处理系统的控制。此时，需要进行钝化操作，运用到 8%的硝酸溶液，其温度严格控制在 49-50之间，同时加入系统中，保持循环一个小时左右的时间以后，就可以开始钝化操作。在系统钝化以后，利用纯化水，进一步对系统加以全方位的冲洗，在各个排水点出水电阻率和纯水一致以后，才可以停止冲洗。在冲洗任务完成以后，也需要对系统加以全面的消毒与处理，把干净的蒸汽渗透到整个系统中，促使所有使用点都被冲洗大概 15min 以上，同时消毒的温度要保持在 121以上。2.4 清洗和消毒 在制药用水系统的清洗与消毒过程中，随着科学技术的创新与发展，清洗与消毒技术也得到了革新。在蒸汽热压灭菌和过热水消毒方式运用期间，主要用于注射用水贮存分配系统的周期性消毒过程中。在具体使用期间，注重对温度、时间、灭菌方法与周期总工艺参数的验证，并且特别关注亚环上管路以及换热器的清洗和灭菌。在热压灭菌过程中，重点关注疏水器位置的合理性，同时对冷点情况加以验证。在巴氏消毒过程中，一般适合在原水预处理、部分反渗透膜、纯化水储存分配系统及离子交换树脂的周期性消毒中使用。同时，主要是对系统的活性碳柱加以消毒，进而吸附有机物以及热源脱下来，起到良好的活化作用。在具体运用阶段中，重点关注巴氏消毒解吸附后是否进行反复冲洗，进而除掉微生物碎片。对温度，消毒周期，方法以及时间等工艺参数进行验证以后，确保温度处于 8085之间，且泵循环设置为一到两个小时，此提高验证结果的准确性。另外，在巴氏消毒过程中，要从回水口达到一定温度时，开始进行计时。如果只是有热交换器出水口的温度指示时，无法反映出实际的消毒温度。在过热水灭菌过程中，属于一种典型的湿热灭菌方法。在正式投入使用期间，主要应用原理是对高温和高压的过热水进行灭菌处理，进而消灭其中存在的微生物，像藻类、真菌以及生命力顽强的细菌芽孢等。该种灭菌方式，和纯蒸汽灭菌方法具有相同。当过热水灭菌对细胞膜结构加以变化之后，实现酶钝化和蛋白质凝固的效果，以此杀灭细胞。运用用臭氧水的消毒方式，其杀菌力比含氯杀菌剂更强，在水中比空气中具有更加明显的杀菌效果。这种消毒方法，比较适合使用在纯水贮存分配系统的周期性消毒或者预防性消毒过程中。但是，尽量不要在原水预处理的周期性消毒过程中使用，并且适合用于反渗透膜和离子交换树脂的消毒。在臭氧水消毒之中国科技期刊数据库 工业 A-68-后，出现电导率的变化，在必要情况下要加以验证。把臭氧水消毒使用在活性炭柱消毒过程中，臭氧会消耗有机物，同时在没有维持足够臭氧浓度的条件下，也会导致水质发生恶化，因此需要重点关注这一要素。3 结束语 简而要之，在如今社会发展环境下，我国制药行业的高速发展，水属于制药工艺中关键性要素，需要制备出纯水或者注射用水，以此得到有效的运用。然而，在这些操作中，要对制药用水系统加以全方位的处理与优化。所以，通过对制药用水系统的科学化、规范化与智能化的设计，不断发挥现代科学技术的运用价值与优势，不断优化和完善设计流程，促使制药用水系统装置的设计效果更加突出与显著，有助于制药行业的创新发展和进步。参考文献 1何将军.制药用水系统设计实践J.科技创新导报,2020,17(12):78-80+82.2王立江.制药用水质量标准及制备系统技术的探讨J.中国医药工业杂志,2018,49(09):1230-1238.3李吉川.关于制药用水系统设计的优化与改进J.内江科技,2016,37(09):40.4关金龙.反渗透技术在制药用水系统中的应用J.机电信息,2015,(26):29-31.5刘福祥.管道内流动阻力系数的尼古拉兹公式迭代计算收敛区间研究J.液压气动与密封,2013(08):96.