多級泵

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多級泵周邊

制藥用水問答集錦

問題82:如何防止循環冷卻水系統結垢?螺旋板冷凝器已經結垢,如何處理效率高且方便

結垢主要是水中硬度高引起的,一般冷凍水大家會用軟化水,涼水塔的冷卻水一般會添加阻垢試劑。如果是多效蒸餾水機最後一效進行注射用水降溫,肯定是推薦用軟化水或純化水,因爲高溫工況,硬度高極易結垢。

問題83:如何正確選擇離心泵葉輪?

離心泵的葉輪大致分爲三大類。

全開放式:多用于無菌工藝,優點是CIP時非常容易,缺點是效率低,但對于無菌物料輸送,與無菌性相比效率低肯定是能接受的;

半開放式:兼顧了無菌性與效率的優點,因此在類似有微生物荷載控制的制藥用水系統中被大量推崇;

全封闭式:理论上来讲,作为纯化水泵,全封闭式也是可以接受的,因为纯化水的微生物荷载与饮用水一样,均为100CFU/ml,采用食品级离心泵完全符合微生物荷载控制需求,同时,纯化水系统会定期巴氏消毒,但从设计理念来说,全封闭毕竟不利于CIP、相对死角大,因此,如果扬程要求不太高(小于75m,注意,一般水分配系统都不会超过75m扬程)还是建议用半开放式,因为无菌性和效率都能兼顾,如果你需要特别高的扬程泵,当然只能选择单级全封闭式或者多級泵,但无菌性会相对差一些。目前,离心泵企业也在开发新的高效叶轮的无菌级离心泵,具体可参考《制药用水系统》(第二版)的第3章单元操作离心泵相关技术。

總結:對于常溫純化水系統,類似飲用水一樣的微生物荷載控制需求,采用半開放式葉輪足夠了,鍛造更佳,鑄造也可接受;對于高溫注射用水系統,微生物荷載相對很高10CFU/100ml,且溫度非常高,推薦企業采用半開放式或全開放式葉輪,鍛造材質優先,如果供應商確實沒有,鑄造材質也能接受,畢竟離心泵葉輪處的紅鏽發生會非常頻繁,定期清洗才是關鍵。具體參加問題33的解釋

問題84:紫外燈破除臭氧後,臭氧的理論殘留值大概是多少?

紫外線水處理技術主要應用于制藥电影日本强奷在线播放的純化水制備、儲存及分配系統。且主要包括以下三類應用:消毒、分解臭氧和脫氯。

紫外線具有分解臭氧的功能,臭氧分子主要吸收200nm~300nm之間的紫外線,以253.7nm爲最大吸收峰。一般來說,分解90%臭氧所需的紫外線劑量爲正常紫外線消毒劑量的3倍以上,中壓紫外燈對臭氧分解的效率要優于低壓紫外燈。紫外線分解臭氧的反應原理如下,該反應過程非常迅速,通常是在納秒級別就可完成,臭氧理論殘留值爲零。

O

3

+H

2

O+ h→ O

2

+ H

2

O

2

H

2

O

2

+ h→2OH

H

2

O

2

+OH→H

2

O+HO

2

HO

2

+ H

2

O

2

→H

2

O+ O

2

針對紫外線分解臭氧,選擇中壓還是低壓紫外線技術應綜合考慮處理流量、初始臭氧濃度、要求的臭氧去除率和投資運行成本。一般來說,流量越大,要求的臭氧去除率越高,越適合選擇中壓紫外線技術。更爲詳細的紫外線分解臭氧的應用可參見《制藥用水系統(第二版)》“消毒滅菌技術”章節的臭氧消毒相關內容。

問題85:爲什麽說紫外燈除余氯將會成爲未來純化水機的發展方向?

紫外燈破除余氯的應用是一個非常環保的案例應用,在美國,飲用水是企業的源水,所以使用相對廣泛,在我國自來水是源水,導致很多企業擔心源水質量不穩定,且這個因素也的確存在,因此,這個技術的推廣應用相對較慢,更多的企業采用活性炭過濾器來進行余氯的去除。

紫外線水處理技術主要應用于制藥电影日本强奷在线播放的純化水制備、儲存及分配系統。且主要包括以下三類應用:消毒、分解臭氧和脫氯。

余氯消毒技術應用廣泛,全世界有約80%的國家或地區均使用氯氣來消毒市政自來水,通常的做法是將氯氣或者次氯酸鈉加入到自來水中,形成具有超強的氧化能力的次氯酸和次氯酸根,從而起到殺滅多種細菌的作用。自來水中加入氯氣消毒的反應原理爲:Cl

2

+ H

2

O→HCl + HOCl,HOCl←→H

+

+ OCl

-

;自来水中加入次氯酸鈉消毒的反应原理为:NaOCl + H

2

O→NaOH + HOCl,HOCl←→H

+

+ OCl

-

次氯酸(HOCl)和次氯酸根(OCl

-

)通過對微生物細胞結構的氧化起到殺菌消毒作用。次氯酸根(OCl

-

)由于帶有電荷,無法進入某些微生物細胞的內部,它僅僅能作用于微生物細胞的細胞壁;而次氯酸(HOCl)不僅可與細胞壁發生作用,且因分子小,不帶電荷,故能侵入細胞內與蛋白質發生氧化作用或破壞其磷酸脫氫酶,使糖代謝失調而致細胞死亡。因此,余氯消毒作用中起到最主要消毒作用的爲次氯酸(圖1)。

图1 次氯酸的消毒作用

用于消毒的余氯主要以氯(Cl

2

)、次氯酸(HOCl)與次氯酸根(OClˉ)三種形式遊離存在于自來水中,它們在水中的存在形式與pH有較大關系(水溫爲25攝氏度時),當pH在2到7之間時,主要以次氯酸(HOCl)的形式存在;當pH低于2時,主要以氯(Cl

2

)的形式存在;當pH爲7.4時,次氯酸(HOCl)和次氯酸根(OClˉ)幾乎各占50%;當pH高于7.4時,次氯酸根(OClˉ)所占百分比則會逐漸增加(圖2)。

图2 余氯成分与pH的关系

在純化水制備設備中,反滲透膜(RO膜)對于水質的淨化至關重要,通常情況下,反滲透膜無法耐受余氯的氧化,傳統方法常在預處理階段采用活性炭過濾吸附法或NaHSO

3

還原法去除余氯(圖3)。

(a) 活性炭过滤吸附法

(b) 亚硫酸氢钠还原法

图3 传统的余氯去除法

目前,活性炭去除余氯技术已成为国内使用最为广泛的余氯去除技术。活性炭过滤吸附法对水中余氯的去除效果非常有效,其工作原理为:2HOCl + C

1

→CO

2

+ 2HCl,其中C

1

代表活性炭。活性炭將余氯吸附在其表面後,再依靠碳基對余氯物質的催化還原作用進行徹底反應,從而將具有氧化性的ClO

離子還原分解成不具有氧化性的氯離子和二氧化碳。在活性炭的過濾吸附過程中,活性炭總量會減少,因此,需通過定期更換活性炭來保證其脫氯效果,同時,活性炭過濾器需要有良好的運行管理與消毒措施,以免存在微生物滋生與汙染的風險。

另一種傳統的余氯去除方法爲亞硫酸氫鈉還原法,其工作原理爲:2NaHSO

3

+ 2HOCl→H

2

SO

4

+ 2HCl + Na

2

SO

4

。采用化學加藥的方式來對水中的余氯等氧化物質進行處理時,常通過安裝氧化物質檢測儀表(ORP儀)來控制水中亞硫酸氫鈉的加藥量,以確保進入下一處理單元的水中氧化物質含量已被有效還原。該加藥方式的優點是成本較低、操作運行很簡便,但其缺點也很鮮明:一方面,加藥量通過儀表控制加藥泵頻率來實現,可能存在儀表探頭失效和控制不穩定的風險;另一方面,由于是通過加藥才能發生還原反應,大量外來化學物質的介入增加了後端純化系統(RO/EDI系統)的處理負荷,嚴重時會影響RO膜的使用壽命。

研究表明,紫外線可用于水中余氯的去除。利用中压高剂量紫外線替代活性炭過濾器或亚硫酸氢钠加药装置,在去除余氯的同时还具有彻底灭活微生物的功能,从而得到一个从源头消除纯化水系统微生物风险的解决方案。通过紫外光作用可实现余氯100%的光解,紫外線分解余氯的原理如下:2HOCl +2hν→ O

2

+ 2HCl;2OCl

-

+2hν→ O

2

+ 2Cl

-

。通常情況下,用于光解余氯的紫外線劑量是標准紫外線消毒劑量的20倍以上,余氯能否被成功去除與紫外線的照射劑量有關。起消毒作用的余氯主要成分爲HOCl和OCl

-

,它們對紫外線的吸收波長主要集中在260~330nm之間。

與亞硫酸氫鈉還原法及活性炭法這兩種傳統的脫氯技術相比,紫外線脫氯具有如下工藝優勢:高效脫除余氯的同時徹底滅活原水微生物,從源頭消除純化水系統微生物風險;有效預防後段RO、EDI及儲存分配系統微生物汙染,極大降低其周期性消毒頻率;日常運行及管理成本大大優于活性炭;允許在線紫外線強度監測及劑量顯示,可准確預測脫氯效果;占地空間小且系統本身非常潔淨,無需定期清洗和消毒;無需任何化學品添加,可避免RO系統結垢問題。同時,中壓多譜段紫外線對余氯的分解效率遠遠優于低壓單色紫外線,采用中壓多譜段紫外線去除余氯可有效減少紫外燈的燈管數量,從而降低系統的初始投資成本及後續的維護成本。圖4是一套采用中壓多譜段紫外線脫氯技術的純化水機。

图4 中压多谱段紫外線脱氯的纯化水机

紫外線脱氯的效率与进水水质条件有关,如PH、TOC浓度、余氯浓度、紫外線穿透率等。例如,某进水水质条件为:UVT10=98%、余氯浓度=2ppm、PH=7、TOC浓度小于0.5ppm。如果需要达到对上述同样的水质1 log的余氯去除率,选取中压紫外線需要达到的剂量约为1000mJ/cm

2

,而選取低壓紫外線需要達到的劑量則高于5000mJ/cm

2

,即低壓紫外線所需劑量爲中壓紫外線5倍以上。因此,綜合考慮技術可行性及投資成本,中壓紫外線技術爲紫外線脫氯應用時的最佳選擇。

低壓紫外線的輸出波長範圍集中在185nm和254nm,僅254nm的紫外線具有消毒效力,且254nm的紫外線僅作用于微生物的DNA,無法克服微生物光複活及暗修複的問題(圖5)。

圖5低壓紫外線的殺菌過程

與低壓紫外線不同,中壓紫外線的輸出波長範圍爲200nm~400nm,相對輸出強度要遠高于低壓紫外線。正因爲如此,中壓紫外線不僅作用于微生物的DNA結構,短波段的紫外線還可激發水分子産生羟基自由基,對細胞內的酶及蛋白質産生破壞作用。因此,中壓紫外線能全面破壞微生物細胞的組織結構,對其造成不可逆的傷害,並有效克服微生物的複活問題(圖6)。

图6 中压紫外線的杀菌过程

中壓紫外線脫氯對劑量的要求與以下進水水質參數有關,包括pH、TOC濃度、紫外線穿透率、余氯濃度以及要求的余氯去除率等。通常情況下,要求中壓紫外線脫氯的劑量≥600mJ/cm

2

,即中壓紫外線脫氯所要求的劑量爲一般水系統在線消毒的20倍以上,爲制備等效巴氏消毒水的5倍以上。

問題86:納濾工藝是否對純化水機或注射用水機有幫助?

纳滤是一种介于反渗透和超滤之间的压力驱动膜分离方法,纳滤膜的理论孔径是1 纳米(10

-9

米)。纳米膜有时被称为“软化膜”,它能去除阴离子和阳离子,且较大阴离子(如硫酸盐)要比较小阴离子(如氯化物)更易于去除。纳米过滤膜对二价阴离子以及分子量大于200 的有机物有较好的截留作用,这包括有色体、三卤甲烷前体细胞以及硫酸盐等。但是,纳滤对一价阴离子或分子量小于150 的非离子的有机物的截留作用较差。

与其他压力驱动型膜分离工艺相比,纳滤属于一种比较新颖的技术。纳滤膜大多从反渗透膜衍化而来,如CA膜、CTA 膜、芳族聚酰胺复合膜和磺化聚醚砜膜等。但与反渗透相比,其操作压力要求更低,一般为4.76~10.2bar,因此纳滤又被称作“低压反渗透”或“疏松反渗透”。经过纳滤处理的最终产水电导率范围为40~200μS/cm,但这还取决于进水的溶解总固体含量和矿物质的种类,而一个单级RO 单元的产水电导率是5~20μS/cm。目前,在中国的純化水設備主流设计思路中,纳滤技术还没有得到普遍应用与推广。随着中国制药电影日本强奷在线播放制药用水设计理念与实践的不断深入,纳滤的优势必将得到挖掘并发扬光大,尤其是在后续的“纯化法制备注射用水”工艺中的应用。

問題87:國外普遍認可的注射用水制備用TFF-UF是個什麽單元操作?

超滤膜组件在结构上有中空纤维式、平板膜包式等类型,这些结构各具特点,可根据UF膜组件的不同用途区别使用。目前,在制药用水系统中应用比较广泛的是中空纤维式的超滤膜组件,终端超滤膜组件处于最终“电影日本强奷在线播放端”,因此卫生性要求比较高。图1是6000 MWCO精度的TFF-UF装置,其标准名称为中空纤维膜柱(Hollow Fiber module),缩写为HF。

图1 TFF-UF装置

由于截留精度较高,TFF-UF装置通常具有较好的微生物负荷控制的能力,例如,某型号的TFF-UF装置单支0.017 m

2

的小型膜柱對于缺陷型假單胞杆菌B.diminuta可达到 6.4×10

5

的滴度降水平,对于噬菌体PP7可达到 4×10

7

的滴度降水平(参见Pall Microza Hollow Fibers for Endotoxin removal,Laboratory to Process,April 25, 2006,M.Fushijima),因此,可有效控制纯化水内残留的微生物,使得起始不大于100 CFU/ml的纯化水经处理后达到小于10 CFU/100 ml的要求。这类过滤装置一般具有双膜层结构(图2),它不仅可以起到对杂质双重拦截的作用,同时还可以耐受正向、反向清洗从而有效延长设备使用寿命。

图2 TFF-UF的双层膜结构

深入研究表明,该型号的TFF-UF装置可经受长达6个月之久的细菌挑战实验并可保证滤出液的无菌性(表1,参考TR-944,ValidationGuide for Pall MicrozaPolysulfone 6,000Molecular Weight Cut-OffUltrafiltration Modules)。

表1 TFF-UF装置的微生物负荷控制能力

6000 MWCO精度的TFF-UF装置在內毒素含量的控制方面有着卓越的表现,有研究显示:在10

1

的数量级的挑战水平下,上述TFF-UF装置(单支过滤面积为4.7 m

2

的膜柱)对不同工作温度(22~90℃之间)都能达到滤出液內毒素含量小于0.03 EU/ml的水平,表2为 6000 MWCO精度TFF-UF装置对于不同温度下的內毒素控制能力。

表2 TFF-UF装置的內毒素控制能力

随后,在相同精度及膜面积的6000 MWCO精度TFF-UF膜柱上尝试了多次试验,发现单支0.19m

2

的膜柱在滤出液保证小于0.125 EU/ml的条件下,可达到5×10

4

量級的內毒素去除水平,此時總的內毒素挑戰量已接近10

8

EU(表3)。

表3 TFF-UF装置內毒素挑战水平

除此之外,進一步研究數據還表明,在起始內毒素爲10

1

的数量级的挑战水平下(25℃),长时间运行上述单支0.19 m

2

的6000 MWCO精度HF膜柱,可实现长达2000小时内透过液內毒素小于0.08 EU/ml的效果(表4)。

表4 TFF-UF装置长时间运行的內毒素控制能力

注射用水有着严格的微生物限度(不高于10CFU/100ml)控制要求,因此,能够耐受高温蒸汽灭菌处理的特性是选择相关制备装置时须谨慎考虑的重要方面。6000 MWCO精度的TFF-UF装置可耐受121℃的在线蒸汽灭菌处理(图3),并且可以符合《美国药典》关于Class VI (121℃) Plastics的相关生物安全性要求,为实现注射用水采用超滤等纯化法进行制备提供了支持。

图3 可在线蒸汽灭菌的TFF-UF HF装置

問題88:隔膜閥的安裝角度都是一樣的嗎?

隔膜閥因爲設計上的原因,需要有一定的安裝角度,以保證軸向轉動(排空角度)直到密封棱離中心最遠的點和管道連接的最低點在一直線上,確保隔膜閥的自排盡。以這種方式,介質可以在低壓降和閥門開啓狀態下毫無阻礙的通過閥門。介質殘留只在介質有黏著性和重力影響下會有殘留。不同規格的隔膜閥,其自排空傾角各不相同,安裝傾角不夠將導致液體殘留在閥門圍堰並引起汙染和交叉汙染,正確安裝的隔膜閥在重力情況下即可實現自排盡,圖1是兩通路隔膜閥的安裝角度示意圖,裝在閥門閥座上的角度儀可用于調整隔膜閥的排空角度。每個規格的隔膜閥均具有自身對的安裝角度建議,具體可咨詢隔膜閥供應商。

图1 隔膜閥的安装角度

問題89:Block隔膜閥在制藥用水系統中的應用實例有哪些?它貴在哪裏?

爲了使工藝系統具有更好的可清潔性、更高的电影日本强奷在线播放可靠性、更緊湊的空間布局和更簡單的驗證,工程上常使用多通道閥組。多通路閥是指由一整塊不鏽鋼材料鍛造加工而成的閥門,它屬于“多個兩通路閥門組合設計”的進一步結構優化(圖1),多通路閥也稱爲“Block閥”。整塊鋼的生産工藝使得多通道閥內部沒有焊縫,可實現緊湊型設計並可大大減少殘液,采用獨特的定制設計能夠集成各種功能,例如混合、分配、開關、給料或排放。

图1 多通道阀的加工过程

多通路閥最少可加工成3個通路,最多可加工成40個通路,並可加裝20個執行機構的閥門,圖2是一個四通道Block閥的設計示意圖。

图2 四通路阀设计示例

根據不同的應用,有不同種類的多通道閥。圖3所示爲一種複雜設計的注射用水用水點閥門,該閥門整合了如下功能:WFI用水點、取樣、冷凝水排放、進罐、排液以及供應超純蒸汽進行滅菌。圖3a所示爲一種傳統型的設計,其中包括四個T形閥並有至少六條焊縫,而采用Block型設計(圖3b)可避免三條內部焊縫,此外,其所具有的閥管位置可以配置成不再需要如三通、管接頭和彎頭等管路部件的形式,這使得Block型設計更爲緊湊,死角最小,而且,管道的偏心設計能夠確保該多通道閥更加容易排空。

(a)传统设计 (b)Block设计

图3 多通道阀的设计优势

T型零死角阀属于设计最为简单、应用最为广泛的一类多通道阀。ASME BPE推荐采用T型零死角阀作为直接接触电影日本强奷在线播放的制药用水(如注射用水)的使用点阀门,图4是带取样功能的T型零死角隔膜閥。

图4 带取样口的T型零死角阀

Robolux閥是專爲超純水、消毒、無菌蒸汽與CIP流體設計的一款專用型多通道隔膜閥,其專利的Robolux技術將兩個閥座放置在一個膜片上(圖5),這種設計消除了閥門的死角,並最大限度地減少了閥腔的體積,整個閥體由棒材不鏽鋼加工,爲制藥用水與無菌工藝的緊湊化、模塊化設計提供了極大的幫助。

图5 Robolux阀的原理图

在衛生型流體工藝系統中,多通路閥可最大限度地降低藥液殘留、減少安裝空間、無死角、省去了衆多的接頭、管件和焊點,因其在優化衛生工藝和提高生産效率方便的傑出表現,多通道隔膜閥已得到制藥用水與生物制藥領域的廣泛推崇與應用。