水系統(tǒng)工藝流程設(shè)計

1、 水系統(tǒng)設(shè)計（關(guān)于冷卻水再考慮）（1） 根據(jù)任務(wù)書要求和GMP、 EU-GMP 、cGMP相關(guān)規(guī)定，對于制藥用水的規(guī)范如下表： 制藥用水水質(zhì)要求表項目純化水注射用水純蒸汽性狀無色澄明液體無色澄明液體 _供給流量16.8m/h以下 16.8m/h以下550kg/h 供給壓力0.3MPaG 0.3MPaG190MPa水溫40以下 1540（見備 注） _導(dǎo)電率（25）5.1us/cm1.3us/um _TOC500ppb500ppb500ppb微生物生菌數(shù)100個/ m l 以下 生菌數(shù) 10 個/ m l 以下 生菌數(shù) 10 個/ m l 以下熱原質(zhì)250EU/ml 0.25EU/ml0.25E

2、U/ml重金屬Maximum0.1ppmMaximum0.1ppm_前處理裝置(2) 水系統(tǒng)的整個設(shè)計流程圖以質(zhì)量源于設(shè)計為最終目標，以有效避免污染、交叉污染、混淆和差 錯為設(shè)計理念，對給水系統(tǒng)流程簡要說明。1. 純化水的設(shè)計流程2. 注射用水的流程設(shè)計 1. 純化水工藝：1.純化水系統(tǒng)由原水箱、預(yù)處理、終處理、純化水儲罐、純化水分配系統(tǒng)和各使用點組成2.純化水制備系統(tǒng)的主要部件為：原水箱、多介質(zhì)過濾器、活性炭過濾器、軟化器、保安過濾器、反滲透、EDI 純化水系統(tǒng)簡要流程圖原水 原水箱 原水泵機濾，碳濾（多介質(zhì)過濾器） 軟化器 精洗設(shè)備加NaHSO3 純水箱工藝使用 UV 殺菌 純化水泵 純水

3、儲罐 EDI裝置 純水泵二級反滲透膜一級高壓泵加阻垢劑 增壓泵精密過濾器一級反滲透膜 加堿裝置 中間水箱 二級高壓泵二注射用水制備：1.注射用水的生產(chǎn)選用節(jié)能、高效的多效蒸餾設(shè)備2.多效蒸餾設(shè)備通常由兩個或更多蒸發(fā)換熱器、分離裝置、預(yù)熱器、兩個冷凝器、閥門、儀表和控制部分等組成。3.制備流程：純化水 去除不凝性氣體 多效蒸餾水機 微孔濾膜 注射用水 注射用水系統(tǒng)簡要流程圖 純水儲罐注射用水用點純蒸汽用氣點 HEPA 蒸汽鍋爐多效蒸餾水機80注射用水儲罐 微孔過濾 HEPA 蒸汽儲罐三：純蒸汽的制備1.純蒸汽通常是以純化水為原料水,通過純蒸汽發(fā)生器或多效蒸餾水機的第一效蒸發(fā)器產(chǎn)生的蒸汽,純蒸汽冷

4、凝時要滿足注射用水的要求。2. 軟化水、去離子水和純化水都可作為純蒸汽發(fā)生器的原料水,經(jīng)蒸發(fā)、分離(去除微粒及細菌內(nèi)毒素等污染物)后,在一定壓力下輸送到使用點純蒸汽在制藥中的作用：潔凈室空調(diào)加濕；濕熱滅菌柜滅菌；反應(yīng)釜、注射用水使用點到使用容器等的消毒；純化水存儲與分配系統(tǒng)的消毒；注射用水存儲與分配系統(tǒng)的滅菌制備原理：原料水通過泵進入蒸發(fā)器管程與進入殼程的工業(yè)蒸汽進行換熱,原料水蒸發(fā)后通過分離器進行分離變成純蒸汽,由純蒸汽出口輸送到使用點。制備原理如下圖： 純蒸汽發(fā)生的工作原理圖3. 水系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)計算制藥流體管道內(nèi)部流動速度，可供參考的有以下經(jīng)驗數(shù)值： 1. 一般工程上計算時，水管路，壓力

5、常見為0 .1 - -0 .6 M P a ，水在水管中流速在 1- - 3 米 /秒，純化水、注射用水循環(huán)時干路流速宜大于1. 5 m/ s 2. 飽和蒸汽的流速一般取2 0- - 40米/秒3. 根據(jù)流體在管內(nèi)常用流速，流體流量=管截面積X 流速以A（內(nèi)銷）為例進行如下具體計算：1.注射用水的用量1. 配液注射用水用量 由物料衡算可知，配液注射用水用量為0.30m32.精洗西林瓶注射用水量 XGKCQ100洗瓶機生產(chǎn)能力為450500瓶/min，耗水量為0.8m3/h，則每分鐘按最小生產(chǎn)能力計算，洗瓶時間=120982450=269min，用水量為0.8（26960）=3.59m33. 精

6、洗膠塞注射用水量 由于設(shè)備未明確標明耗水量，可根據(jù)西林瓶用水量估計，則精洗膠塞注射用水量可估算為3.590.6=2.15m34. 精洗鋁蓋注射用水量 同上述膠塞估計量3.590.6=2.15m35. 精洗主要設(shè)備注射用水，根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)以及設(shè)備參數(shù)，估算消耗量如下表所示：設(shè)備名稱耗水量m3洗瓶機0.6配液罐0.3膠塞清洗機0.3鋁蓋清洗機0.4灌裝加塞機0.4凍干機11凍干機21用水量共0.6+0.3+0.3+0.4+0.4+1+1=4m3總的注射用水用量為0.30+3.59+2.15+2.15+4=12.19m3，設(shè)置余量后共用水12.5m3二純蒸汽用量 純蒸汽用于膠塞、鋁蓋、器具的濕熱滅菌，

7、以及設(shè)備的在線滅菌，根據(jù)設(shè)備參數(shù)和經(jīng)驗數(shù)據(jù)，估算純蒸汽耗量表如下： 用點描述用量kg膠塞滅菌300鋁蓋滅菌150濕熱滅菌柜100凍干機1300凍干機2300其他500 純蒸汽總耗量為300+150+100+300+300+500=1650kg3 純化水用量1.生產(chǎn)注射用水的純化水用量 LD1000-5多效蒸餾水機純化水耗量為1100L/h，生產(chǎn)量1000L/h，則多效蒸餾水機的最小效率為10001100=90.91%。生產(chǎn)注射用水的純化水用量為12.590.91%=13.75m32. 生產(chǎn)純蒸汽的純化水用量 300KG/H純蒸汽發(fā)生器原料水耗量1200L/h，產(chǎn)量1000L/h，純蒸汽發(fā)生器的

8、最小效率為10001200=83.33%，則生產(chǎn)1650kg的純蒸汽需要消耗的純化水量為165083.33%=1980L2m33. 粗洗西林瓶純化水用量 同精洗西林瓶注射用水用量為3.59m3/d4. 粗洗膠塞純化水用量 同精洗膠塞注射用水用量為2.15m3/d5.粗洗鋁蓋純化水用量 同精洗鋁蓋注射用水用量為2.15m3/d6. 粗洗主要設(shè)備純化水用量 同精洗主要設(shè)備注射用水用量為2m3/d7.男女洗手消耗純化水用量 估計每人每次洗手消耗0.002m3的純化水，每天每人洗手兩次，初步計劃共有20人在潔凈區(qū)，則共需要0.002220=0.08m38. 其他設(shè)備需要的純化水用量估計如下表設(shè)備名稱耗

9、水量m3D級潔具水槽0.005配液罐0.25器具清洗機0.01器具清洗水槽0.06中間控制水槽0.06工衣清洗0.12 其他設(shè)備純化水用水量共0.005+0.25+0.01+0.06+0.12=0.445m3由上述可知，純化水總用量為13.75+2+3.59+2.15+2.15+2+0.08+0.445=26.17m3A（外銷）及B均按上述方法計算： A(內(nèi)銷）注射用水用量每天使用情況一覽表 表（一）使用點編號使用點名稱用點描述用水溫度流量m3/h用水量m3時間段連續(xù)用水量間斷用水進水口水壓進水口位置及標高配口管徑備注平均最大每次最大用水量每次最長時間每天使用次數(shù)WFI1配液配液注射用水0.3

10、WFI2西林瓶精洗西林瓶0.8m3/h3.59WFI3膠塞精洗膠塞2.15WFI4鋁蓋精洗鋁蓋2.15WFI5洗瓶機精洗洗瓶機0.62WFI6配液罐精洗配液罐0.32WFI7膠塞清洗機精洗膠塞清洗機0.32WFI8鋁蓋清洗機精洗鋁蓋清洗機0.42WFI9灌裝加塞機精洗灌裝加塞機0.42WFI10凍干機1精洗凍干機111WFI11凍干機2精洗凍干機211 A（內(nèi)銷）每天純蒸汽用量估算表【同A（外銷）及B】 表（二）使用點編號使用點名稱用點描述流量用量kg時間段連續(xù)用水量間斷用水進水口水壓進水口位置及標高配口管徑備注平均最大每次最大用水量每次最長時間每天使用次數(shù)PS01膠塞滅菌機膠塞滅菌3002P

11、S02鋁蓋滅菌機鋁蓋滅菌1502PS03濕熱滅菌柜器具滅菌1002PS04凍干機1在線滅菌3001PS05杠桿及2在線滅菌3001PS06其他滅菌500 A(內(nèi)銷)每天純化水用量估算一覽表 表（三）使用點編號使用點名稱用點描述用水溫度流量用水量m3時間段連續(xù)用水量間斷用水進水口水壓進水口位置及標高備注平均最大每次最大用水量每次最長時間每天使用次數(shù)PW01生產(chǎn)注射用水13.75PW02生產(chǎn)純蒸汽2PW03粗洗西林瓶3.59PW04粗洗膠塞2.15PW05粗洗鋁蓋2.15PW06主要設(shè)備主要設(shè)備粗洗4PW07男女洗手0.08PW08其他設(shè)備清洗其他設(shè)備0.445PW09備用2使用點編號使用點名稱用

12、點描述用水溫度流量m3/h用水量m3時間段連續(xù)用水量間斷用水進水口水壓進水口位置及標高配口管徑備注平均最大每次最大用水量每次最長時間每天使用次數(shù)WFI1配液配液注射用水0.16WFI2西林瓶精洗西林瓶0.8m3/h4WFI3膠塞精洗膠塞2.4WFI4鋁蓋精洗鋁蓋2.4WFI5洗瓶機精洗洗瓶機0.62WFI6配液罐精洗配液罐0.32WFI7膠塞清洗機精洗膠塞清洗機0.32WFI8鋁蓋清洗機精洗鋁蓋清洗機0.42WFI9灌裝加塞機精洗灌裝加塞機0.42WFI10凍干機1精洗凍干機111WFI11凍干機2精洗凍干機211 A(外銷）注射用水用量每天使用情況一覽表 表（四) A(外銷)每天純化水用量估

13、算一覽表 表（五）使用點名稱用點描述用水溫度流量用水量m3時間段連續(xù)用水量間斷用水進水口水壓進水口位置及標高備注平均最大每次最大用水量每次最長時間每天使用次數(shù)PW01生產(chǎn)注射用水13.20PW02生產(chǎn)純蒸汽2PW03粗洗西林瓶4PW04粗洗膠塞2.4PW05粗洗鋁蓋2.4PW06主要設(shè)備主要設(shè)備粗洗4PW07男女洗手0.08PW08其他設(shè)備清洗其他設(shè)備0.445PW09備用2 使用點編號使用點名稱用點描述用水溫度流量m3/h用水量m3時間段連續(xù)用水量間斷用水進水口水壓進水口位置及標高配口管徑備注平均最大每次最大用水量每次最長時間每天使用次數(shù)WFI1配液配液注射用水0.15WFI2西林瓶精洗西林

14、瓶0.8m3/h3.16WFI3膠塞精洗膠塞2.17WFI4鋁蓋精洗鋁蓋2.17WFI5洗瓶機精洗洗瓶機0.62WFI6配液罐精洗配液罐0.32WFI7膠塞清洗機精洗膠塞清洗機0.32WFI8鋁蓋清洗機精洗鋁蓋清洗機0.42WFI9灌裝加塞機精洗灌裝加塞機0.42WFI10凍干機1精洗凍干機111WFI11凍干機2精洗凍干機211 B注射用水用量每天使用情況一覽表表（六） B每天純化水用量估算一覽表 表（七）使用點編號使用點名稱用點描述用水溫度流量用水量m3時間段連續(xù)用水量間斷用水進水口水壓進水口位置及標高備注平均最大每次最大用水量每次最長時間每天使用次數(shù)PW01生產(chǎn)注射用水12.10PW02

15、生產(chǎn)純蒸汽2PW03粗洗西林瓶3.61PW04粗洗膠塞2.17PW05粗洗鋁蓋2.17PW06主要設(shè)備主要設(shè)備粗洗4PW07男女洗手0.08PW08其他設(shè)備清洗其他設(shè)備0.445PW09備用2根據(jù)每日的注射用水用水量確定相關(guān)數(shù)據(jù)：則本設(shè)計選擇4000L的注射用水儲罐同理：純化水選擇8000L的純化水儲罐 原水選擇3000L的原水儲罐四管道選型計算設(shè)計參數(shù)見下表： 表（一）流體設(shè)計參數(shù)序號流體名稱流量設(shè)計壓力Mpa水溫1飲用水3M/h0.3252純化水(PW)max.14M/h0.3203純蒸汽（PS）600kg/h0.3304注射用水（WFI）max.14M/h0.3305飽和蒸汽6冷凝水 表

16、（二）一般工程計算數(shù)據(jù)一覽表名稱數(shù)據(jù)水管路壓力0.10.6Mpa水管內(nèi)水流速13m/s純化水、注射用水循環(huán)時干路流速1.5m/s飽和蒸汽流速2040m/s管道選型的簡單計算：根據(jù)流體在管內(nèi)常用流速，流體流量=管截面積流速。根據(jù)公式D=計算管徑，式中D 管道內(nèi)徑mVs 流體的體積流量m3/sU 流體的平均流速m/s1. 注射用水總管管徑的計算 取U=2m/s Vs=14.0m3/h=3.8910-3m/s D=0.050m管道壓力設(shè)計為0.2Mpa,選用D=55mm316L不銹鋼管，注射用水總管管徑規(guī)格為552.5.2. 注射用水各使用點支管管徑的計算（1） 配液注射用水（20）管道管徑按配液罐

17、容量為200L注射用水1分鐘完成，則體積流量Q1=200L/min=3.3310-3m3/s D1=0.046m選用的管徑規(guī)格為502.5（2）清洗西林瓶注射用水（80）管道管徑 Q2=0.8m3/h=0.2210-3m3/sD2=0.012m選用的管徑規(guī)格為152（3） 清洗膠塞注射用水（80）輸送管道管徑 Q3=800L/h=0.2210-3m3/s D3=0.012m選用的管徑規(guī)格為152（4） 清洗鋁蓋注射用水輸送管道管徑 估算同膠塞，D4=0.012m選用的管徑規(guī)格為152（5） 清洗配液罐的注射用水（80）輸送管道管徑選用的配液罐容量為200L，清洗時間6min，則體積流量Q5=2

18、00L/6min=0.5610-3m3/sD5=0.019m選用的管徑規(guī)格為252（6） 清洗凍干機注射用水（80）輸送管道管徑3. 飲用水管道管徑計算設(shè)引用水Vs=3M/h=3m3/h=0.8310-3m3/sD=0.023m選用D=25mm316L不銹鋼管，引用水總管管徑規(guī)格為252.54. 純化水循環(huán)輸送管道的計算Vs=14.0m3/h=3.8910-3m3/sD=0.050m純化水管道壓力為0.3Mpa純化水選用管徑規(guī)格為552.5.（1） 產(chǎn)生注射用水輸送管道管徑Vs=6.0m3/h=1.6710-3m3/sD=0.032m產(chǎn)生注射用水輸送管道管徑規(guī)格為352.5（2） 產(chǎn)生純蒸汽管

19、道輸送管徑Vs=1.0m3/h=0.2810-3m3/sD=0.013m產(chǎn)生純蒸汽輸送管道管徑規(guī)格為202.0（3） 粗洗西林瓶純化水消耗管道管徑Vs=1.8m3/h=0.510-3m3/sD=0.018m粗洗西林瓶純化水消耗輸送管道管徑規(guī)格為252.0（4）粗洗膠塞純化水消耗管道管徑Vs=1m3/h=0.2810-3m3/sD=0.013m粗洗膠塞純化水消耗輸送管道管徑規(guī)格為202.0粗洗鋁蓋純化水消耗輸送管道管徑規(guī)格為202.0粗洗主要設(shè)備純化水消耗輸送管道管徑規(guī)格為202.05.純蒸汽循環(huán)輸送管道計算 （1） 飽和蒸汽的流速一般取2 040米/秒，則取純蒸汽流速 U=30m/s 一般來說

20、發(fā)出的蒸汽在0.30.35MPa范圍 ，則取純蒸汽壓力 P=0.3MPa 根據(jù)每天蒸汽的使用量，在某一時段的最大值，則蒸汽估算流量為 Ms=600kg/h=0.167kg/s 經(jīng)查閱得，190水蒸氣的比體積V=0.1568m3 流量 VS=Ms*V=0.026m3/s根據(jù) D=0.033m純蒸汽總管道輸送規(guī)格為402.5（2） 膠塞滅菌輸送蒸汽管道管徑Ms=300kg/h=0.083kg/s 流量 ： VS=Ms*V=0.013m3/s D=0.023m純蒸汽膠塞滅菌管道輸送規(guī)格為252.0（3） 鋁蓋滅菌輸送蒸汽管道管徑Ms=150kg/h=0.042kg/s 流量 ： VS=Ms*V=0.

21、006m3/s D=0.016m純蒸汽鋁蓋滅菌管道輸送規(guī)格為202.0（4） 濕熱滅菌柜輸送管道管徑Ms=100kg/h=0.028kg/s 流量 ： VS=Ms*V=0.004m3/s D=0.013m濕熱滅菌柜管道輸送規(guī)格為152.0（5） 凍干機濕熱滅菌輸送管道管徑Ms=300kg/h=0.083kg/s 凍干機1，凍干機2濕熱滅菌管道輸送規(guī)格為302.0 管道選型匯總表管道用途管徑規(guī)格管道材料注射用水主管552.5316L不銹鋼配液支管502.5西林瓶清洗管道152膠塞清洗管道152鋁蓋清洗管道152配液罐清洗管道252凍干機清洗管道飲用水主管252.5純化水主管352.5產(chǎn)注射用水管

22、道202.0產(chǎn)純蒸汽管道252.0粗洗西林瓶202.0粗洗膠塞202.0粗洗鋁蓋202.0粗洗主要設(shè)備202.0純蒸汽總管402.5膠塞滅菌管道252.0鋁蓋滅菌管道202.0濕熱滅菌柜管道152.0凍干機1302.5凍干機2302.5 管道的選型確定： 管道選型的重要參數(shù)對照表316LSS管子304LSS316LSS管道304LSS管道安裝成本中等中等中等中等蒸汽，臭氧，化學(xué)，熱水消毒是是是是抗腐蝕力高中等高中等可用性高中等高高（連接方法）快開接口焊接是是是是是是是是經(jīng)對比，最終本設(shè)計采用316LSS管子和316LSS管道純化水的存儲和分配方式原則原理：水儲存和分配系統(tǒng)的合理設(shè)計對于制藥用水

23、系統(tǒng)是非常關(guān)鍵的。任何水儲存和分配系統(tǒng)的最理想的設(shè)計必須滿足以下三點要求:a.在可接受的限度內(nèi)維持水的質(zhì)量;b.按所需要的流速和溫度把水輸送至使用點;c.使資金投入和操作花費最低。純化水儲存：純化水的貯存采用貯罐與管路循環(huán)結(jié)合的方式，不過對于純化水的溫度要求沒有注射用水嚴格，純化水系統(tǒng)可定期用升溫的方式消毒，而平時水系統(tǒng)溫度不受控制或溫度處于較低的溫度運行。不過水升溫并不能滿足滅菌的要求，所以我們采用定期通高溫蒸汽滅菌的方法來解決純化水貯存系統(tǒng)的滅菌問題純化水分配方式：根據(jù)GMP第九十九條：“純化水、注射用水的制備、貯存和分配應(yīng)能防止微生物的滋生。純化水可采用循環(huán)，注射用水可采用70以上保溫循

24、環(huán)。注射用水的儲存和分配方式：存儲： 貯存采用貯罐與管路循環(huán)結(jié)合的方式，對于注射用水，為了有效地防止因微生物的滋生和繁殖而受到污染，GMP 對之提出了應(yīng)使其在 80 以上保溫或在 65 以上循環(huán)的要求。因此，對注射用水的貯罐不但帶有加熱夾套或加熱盤管，以對其進行加熱達到所要求的溫度，而且還對加熱容器殼體或部件進行外保溫。分配：1.2010版GMP水系統(tǒng)實施指南：當在同一個環(huán)路中既有高溫使用點,又有低溫使用點,低溫使用點的數(shù)量很少時,采用使用點換熱器是最合適的。因為它們使水保持高溫直到從環(huán)路中流出,它們提供非常好的微生物控制,即使它們在不使用的時候也經(jīng)常地進行沖洗和消毒。2.能量消耗是適中的因為

25、只有從環(huán)路中流出的水會被冷卻,但是必須用另外的能量來彌補被沖洗排出的水。由于增加了換熱器和閥門,這使維護的要求更高。3.由于用水點不多且用量不大，我們選擇多個分支使用點的換熱器。注射用水冷卻方式的選擇（如下圖，換熱器安裝在用水點上） 注射用水加熱冷卻循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)置1 制藥用水管線的設(shè)計問題（1） 在管路的設(shè)計上采用環(huán)形閉合的方式，使各個用點的 U 形三通逐一串聯(lián)，從而達到盡可能減少“盲區(qū)”和“死角”的現(xiàn)象 設(shè)計比較表注射用水布置串聯(lián)串并聯(lián)并串聯(lián) 優(yōu)點整個管道就是一根主管的回路，而無主次管線之分，循環(huán)回流快，不會出現(xiàn)死角車間各自已形成 1個回路閥門分別調(diào)節(jié)兩個回路的供水量，或各自用 1 臺泵形成

26、獨自的回路，既不產(chǎn)生滯流和死角又符合生產(chǎn)工藝需要的目的 缺點“近水樓臺”而“先得月”，供水比較充足，而處于末端用水點的則會出現(xiàn)供不上水的情況車間沒有用水或用水不多的狀況，那么此車間系統(tǒng)的管路的水必然很難產(chǎn)生流動形成該車間“死水一片”設(shè)計時應(yīng)同時考慮主次用水點和生產(chǎn)的時段用水的錯開和安排設(shè)計選擇注射用水布置方式是并串聯(lián)方式（2） 單獨的串聯(lián)系統(tǒng)雖然避免了管道系統(tǒng)的盲區(qū)和滯水現(xiàn)象，但是假若用水點過多，串聯(lián)的管線過長也有它的缺陷：后面的供水點往往供水不足，或是“斷水”。這就要求在設(shè)計時應(yīng)同時考慮主次用水點和生產(chǎn)的時段用水的錯開和安排。（3） 在有幾個車間且互相距離較遠的情況下，如果有的車間距離制水間比較遠，則可考慮在輸水泵出口設(shè)置相應(yīng)的各自串聯(lián)回路，即車間之間是并聯(lián)而各車間用水點則為串聯(lián)即所謂“先并聯(lián)后串聯(lián)”或稱“并串式”，這樣在制水間供水主管分出的并聯(lián)管道上可以用閥門分別調(diào)節(jié)兩個回路的供水量，或者干脆各自用1 臺泵形成獨自的回路，以達到既不產(chǎn)生滯流和死角又符合生產(chǎn)工藝需要的目的 串并聯(lián)注射用水布置方式圖冷卻水及冷卻器傳熱面積的簡單計算方法：1.冷卻水流量的計算設(shè)80循環(huán)的注射用水通過熱交換器冷卻至20,由于列管式熱交換器適