水系统工艺流程设计剖析

水系统设计(关于冷却水再考虑)(1)根据任务书要求和GMPEU-GMP、cGM诉目关规定，对于制药用水的规范如下表：制药用水水质要求表项目纯化水注射用水纯烝汽性状无色澄明液体无色澄明液体供给流量16.8m3/h以下16.8m3/h以下550kg/h供给压力0.3MPaG0.3MPaG190MPa水温40c以下15〜40C(见备注)导电率(25C)<5.1us/cm<1.3us/umTOC<500ppb<500ppb<500ppb微生物生困数100个/ml以下生菌数10个/ml以下生菌数10个/ml以下热原质250EU/ml0.25EU/ml0.25EU/ml重金属Maximum0.1ppmMaximum0.1ppm前处理装置(2)水系统的整个设计流程图以质量源于设计为最终目标，以有效避免污染、交叉污染、混淆和差错为设计理念，对给水系统流程简要说明。.纯化水的设计流程.注射用水的流程设计

一.纯化水工艺：.纯化水系统由原水箱、预处理、终处理、纯化水储罐、纯化水分配系统和各使用点组成.纯化水制备系统的主要部件为：原水箱、多介质过滤器、活性炭过滤器、软化器、保安过滤器、反渗透、EDI纯化水系统简要流程图

二.注射用水制备：.注射用水的生产选用节能、高效的多效蒸储设备.多效蒸储设备通常由两个或更多蒸发换热器、分离装置、预热器、两个冷凝器、阀门、仪表和控制部分等组成。.制备流程：纯化水一►去除不凝性气体一■多效蒸储水机一微孔滤膜注射用水注射用水系统简要流程图

三：纯蒸汽的制备.纯蒸汽通常是以纯化水为原料水，通过纯蒸汽发生器或多效蒸储水机的第一效蒸发器产生的蒸汽，纯蒸汽冷凝时要满足注射用水的要求。.软化水、去离子水和纯化水都可作为纯蒸汽发生器的原料水，经蒸发、分离（去除微粒及细菌内毒素等污染物）后,在一定压力下输送到使用点纯蒸汽在制药中的作用：洁净室空调加湿；湿热灭菌柜灭菌；反应釜、注射用水使用点到使用容器等的消毒；纯化水存储与分配系统的消毒；注射用水存储与分配系统的灭菌制备原理:，原料水蒸发后通原料水通过泵进入蒸发器管程与进入壳程的工业蒸汽进行换热过分离器进行分离变成纯蒸汽，由纯蒸汽出口输送到使用点，原料水蒸发后通制备原理如下图:纯蒸汽发生的工作原理图三.水系统的相关数据计算制药流体管道内部流动速度，可供参考的有以下经验数值：.一般工程上计算时，水管路，压力常见为0.1--0.6MPa,水在水管中流速在1--3米/秒，纯化水、注射用水循环时干路流速宜大于1.5m/s.饱和蒸汽的流速一般取20--40米/秒.根据流体在管内常用流速，流体流量=管截面积X流速以A(内销)为例进行如下具体计算：.注射用水的用量.配液注射用水用量由物料衡算可知，配液注射用水用量为0.30m3.精洗西林瓶注射用水量XG-KCQ10觥瓶机生产能力为450~500瓶/min,耗水量为0.8m3/h,则每分钟按最小生产能力计算，洗瓶时间=120982+450=269min,用水量为0.8X(269+60)=3.59m3.精洗胶塞注射用水量由于设备未明确标明耗水量，可根据西林瓶用水量估计，则精洗胶塞注射用水量可估算为3.59X0.6=2.15m3.精洗铝盖注射用水量同上述胶塞估计量3.59X0.6=2.15m3.精洗主要设备注射用水，根据经验数据以及设备参数，估算消耗量如下表所示：用水量共0.6+0.3+0.3+0.4+0.4+1+1=4m总的注射用水用量为0.30+3.59+2.15+2.15+4=12.19m3,设置余量后共用水12.5m3.纯蒸汽用量纯蒸汽用于胶塞、铝盖、器具的湿热灭菌，以及设备的在线灭菌，根据设备参数和经验数据，估算纯蒸汽耗量表如下：用点描述用量kg胶塞灭菌300铝盍火菌150湿热灭菌柜100冻干机1300冻干机2300其他500纯蒸汽总耗量为300+150+100+300+300+500=1650kg.纯化水用量.生产注射用水的纯化水用量LD1000-5多效蒸储水机纯化水耗量为1100L/h,生产量＞1000L/h,则多效蒸储水机的最小效率为1000+1100=90.91%生产注射用水的纯化水用量为12.5+90.91%=13.75吊.生产纯蒸汽的纯化水用量300KG/H纯蒸汽发生器原料水耗量01200L/h,产量》1000L/h,纯蒸汽发生器的最小效率为1000+1200=83.33%则生产1650kg的纯蒸汽需要消耗的纯化水量为1650+83.33%=1980G2吊.粗洗西林瓶纯化水用量同精洗西林瓶注射用水用量为3.59m3/d.粗洗胶塞纯化水用量同精洗胶塞注射用水用量为2.15m3/d.粗洗铝盖纯化水用量同精洗铝盖注射用水用量为2.15m3/d.粗洗主要设备纯化水用量同精洗主要设备注射用水用量为2m/d.男女洗手消耗纯化水用量

估计每人每次洗手消耗0.002m3的纯化水，每天每人洗手两次，初步计划共有20人在洁净区，则共需要0.002X2X20=0.08mf.其他设备需要的纯化水用量估计如下表设备名称D级洁具水槽配液罐器具清洗机器具清洗水槽中间控制水槽工衣清洗耗水量m30.005耗水量m30.0050.250.010.060.060.12由上述可知，纯化水总用量为13.75+2+3.59+2.15+2.15+2+0.08+0.445=26.17m3A(内销）注射用水用量每天使用情况一览表A（外销）及B均按上述方法计算:A(内销）注射用水用量每天使用情况一览表表（一）使用使用

点编点名

号称用点

描述用水

温

度c流量用水时间m3/h量m3段连续用水量间断用水进水

口水

压注备口径配r水位及高

进口置标WFI1配液WFI2西林WFI3胶塞WFI4铝盖WFI5洗瓶WFI6配液

罐WFI7胶塞

清洗铝盖WFI8清洗灌装WFI9加塞WFI10冻干WFI11冻干配液注射用水精洗西林瓶精洗胶塞精洗铝盖精洗洗瓶机精洗配液罐精洗胶塞清洗机精洗铝盖清洗机精洗灌装加塞机精洗冻干机1精洗冻干机20.8m3

/h0.33.592.152.150.60.30.30.40.4天用数

每使次

次长问

演最时

次大水量

每最用大

最均A（内销）每天纯蒸汽用量估算表【同A（外销）及BJ表（二）口径配r水位及高

进口置标

水水E进口ff天用数每使次次长问演最时断水次大水量间用每最用昼大最续水t均连用量平使用点使用点名用描占八、、日用量述仞L里kg称胶塞胶塞PS01火菌机4a至300火菌murk铝主rniPS02火菌机火菌150湿热器且/、PS03火菌柜100火菌PS04冻干机1在线300火在菌PS05杠杆线300及2火菌其他PS06火菌500BA（内销）每天纯化水用量估算一览表表（三）使用使用E一……」、连续、1L进水进个点编点名次流量T用水靴口7K”备注口环描述温度量m3段日用水保置及号称重压标高1ft每次每天平均最大最长使用用个时间次数里生产PW01注射13.75用水生产PW02纯蒸2汽粗洗PW033.59瓶一八粗洗PW04口、*2.15胶塞一八粗洗PW05铝盖2.15、W主要PW06EQ设备4设备…1粗洗一八八男女PW07二0.08洗手苴他清洗PW08其他0.445设备、一设备PW09备用2A（外销）注射用水用量每天使用情况一览表表（四）使用点编使用点名用点描述用水温踪沙源连续用水量m3/h室m3段间断用水号称度c进水

口水

压进水口位配口置及管径标图备注天用数

每使次

次长问

演最时

次大水t

每最用量大

最均配液WFI1配液注射用水西林瓶精洗WFI2四林瓶WFI3胶塞精洗胶塞WFI4铝盖精洗铝盖洗瓶机精洗WFI5洗瓶机WFI6配液罐精洗配液耀WFI7胶塞清洗机精洗胶塞清洗机铝盖精洗铝盖清洗WFI8清洗机机灌装精洗精洗冻十WFI10机1冻十机1精洗冻十WFI11机2冻十机2WFI9力『加塞机机0.160.8m3/h42.42.40.60.30.30.40.41外销）每天纯化水用量估算一览表表（五）A(注备水位及高

进口置标

水水E

进口ff断水

问用mJ!量日3水m用量量流

水度

用温

占N述

M描

用名尔

使占“不天用数

每使次

次长问

演最时

次大水t

每最用量大

最均13.20242.42.440.080.445生广PW01注射用水生产PW02纯烝汽粗洗PW03四林瓶粗洗PW04胶塞粗洗PW05铝盖主要PW06匕设备设备粗洗男女PW07洗手其他PW08康厅清洗其他设备设备PW09备用使用

点编

号使用

点名

称用点

描述用水

温度C流量用水时间m3/h量m3段连续用水量间断用水进水

口水

压注备口径配r水位及高进口置标天用数

每使次

次长问

演最时

次大水,

每最用大

最均WFI1配液注射用水西林精洗WFI2四林瓶瓶胶塞精洗WFI3胶塞WFI4铝盖精洗铝盖洗瓶精洗WFI5洗瓶机机配液精洗WFI6罐配液罐WFI7胶塞清洗机精洗胶塞清洗机铝盖精洗铝盖清洗WFI8清洗机机精洗灌装WFI9加塞灌装加塞机机冻干精洗WFI10机1冻干机1精洗WFI11冻干机2冻干机2配液0.8m3

/h0.153.162.172.170.60.30.30.40.4每天纯化水用量估算一览表表（七）使用点使用点用点描用水温、.日用水量几连续用编号名称述度流重m3时间段水量间断用水进水口水压进水口位置及备注标图平均最大平均最大每次最每天使《用水长时间用次数里PW01生产注射用水12.10PW02生产纯蒸汽2PW03粗洗西林瓶3.61PW04粗洗胶塞2.17PW05粗洗铝盖2.17PW06主要设主要设4备备粗洗PW07男女洗丰0.08PW08其他设清洗其备他设备0.445PW09备用2根据每日的注射用水用水量确定相关数据:□□用水量（ID3）则本设计选择4000L的注射用水储罐同理：纯化水选择8000L的纯化水储罐原水选择3000L的原水储罐四.管道选型计算设计参数见下表：表（一）流体设计参数厅P流体名称设计压力Mpa水温C1饮用水3M/h0.3252纯化水（PW）max.14M/h0.3203纯蒸汽（PS）600kg/h0.3304注射用水（WFImax.14M/h0.3305饱和蒸汽6冷凝水

表（二）一般工程计算数据一览表数据0.1数据0.1〜0.6Mpa1-3m/s>1.5m/s20-40m/s水管路压力水管内水流速纯化水、注射用水循环时干路流速饱和蒸汽流速管道选型的简单计算：根据流体在管内常用流速，流体流量=管截面积x流速。根据公式D=j也计算管径，.二U式中D管道内径mvs—流体的体积流量m/sU流体的平均流速m/s.注射用水总管管径的计算取U=2m/sVs=14.0m3/h=3.89x10-3m/s4Vs43.8910，D=.=..=0.050m，二Ui3.142管道压力设计为0.2Mpa,选用D=55mm316灰锈钢管，注射用水总管管径规格为①55X2.5..注射用水各使用点支管管径的计算（1）配液注射用水（20C）管道管径43.3310'=0.046m3.142按配液罐容量为200L注射用水43.3310'=0.046m3.142D「Qi，二U选用的管径规格为①50X2.5（2）清洗西林瓶注射用水（80C）管道管径Q2=0.8m3/h=0.22X10-3m/s

40.221040.2210工3.142选用的管径规格为①15X2(3)清洗胶塞注射用水(80C)输送管道管径Q3=800L/h=0.22义10-3碗4Q340.2210，D3=——3==0.012m:二U:3.142选用的管径规格为①15X2(4)清洗铝盖注射用水输送管道管径估算同胶塞，D4=0.012m选用的管径规格为①15X2(5)清洗配液罐的注射用水(80C)输送管道管径D5=4Q5:二U340.5610=0.019m3.142D5=4Q5:二U340.5610=0.019m3.142选用的管径规格为①25X2(6)清洗冻干机注射用水(80C)输送管道管径.饮用水管道管径计算设引用水Vs=3M/h=3ri/h=0.83x10-3ni/s40.831040.8310”=0.023m3.142选用D=25mm316L锈钢管，引用水总管管径规格为①25X2.54,纯化水循环输送管道的计算Vs=14.0mi/h=3.89x103m/s4Vs43.8910，D===0.050m二U3.142纯化水管道压力为0.3Mpa纯化水选用管径规格为①55X2.5.(1)产生注射用水输送管道管径Vs=6.0m/h=1.67乂10-3私c'4Vs'4x1.67x10^cc”D=——=J=0.032m\二U3.142产生注射用水输送管道管径规格为①35X2.5(2)产生纯蒸汽管道输送管径Vs=1.0m/h=0.28乂10-3而D=4Vs=40.2810、0.013m，二U:3,142产生纯蒸汽输送管道管径规格为①20X2.0(3)粗洗西林瓶纯化水消耗管道管径Vs=1.8m3/h=0.5x10-3m3/s4Vs40.510,D==..=0.018m,二U,3.142粗洗西林瓶纯化水消耗输送管道管径规格为①25X2.0(4)粗洗胶塞纯化水消耗管道管径Vs=1n3/h=0.28x10-3m/s4Vs40.2810“D=—s==0.013m,二U13.142粗洗胶塞纯化水消耗输送管道管径规格为①20X2.0粗洗铝盖纯化水消耗输送管道管径规格为①20X2.0粗洗主要设备纯化水消耗输送管道管径规格为①20X2.05.纯蒸汽循环输送管道计算(1)饱和蒸汽的流速一般取20——40米/秒，则取纯蒸汽流速U=30m/s一般来说发出的蒸汽在0.3——0.35MPa范围，则取纯蒸汽压力P=0.3MPa根据每天蒸汽的使用量，在某一时段的最大值，则蒸汽估算流量为Ms=600kg/h=0.167kg/s经查阅得，190c水蒸气白比体积V=0.1568m流量Vs=Ms*V=0.026而s4Vs40.026根据D==：=0.033m二U,3.1430纯蒸汽总管道输送规格为①40X2.5(2)胶塞灭菌输送蒸汽管道管径Ms=300kg/h=0.083kg/s流量：Vs=Ms*V=0.013而s4Vs40.013D=,=..=0.023m,二U,3.1430纯蒸汽胶塞灭菌管道输送规格为①25X2.0(3)铝盖灭菌输送蒸汽管道管径Ms=150kg/h=0.042kg/s流量：Vs=Ms*V=0.006舟sD=4Vsi40.006=0.016m.二U,3.1430纯蒸汽铝盖灭菌管道输送规格为①20X2.0(4)湿热灭菌柜输送管道管径Ms=100kg/h=0.028kg/s流量：Vs=Ms*V=0.004而sD=_0.013m4Vs_4M0.004二U-\3.1430D=_0.013m湿热灭菌柜管道输送规格为①15X2.0(5)冻干机湿热灭菌输送管道管径Ms=300kg/h=0.083kg/s冻干机1,冻干机2湿热灭菌管道输送规格为①30X2.0管道选型汇总表管道用途注射用水配液支管西林瓶清洗管道胶塞清洗管道铝盖清洗管道配液罐清洗管道冻干机清洗管道饮用水纯化水纯蒸汽产注射用水管道

产纯蒸汽管道

粗洗西林瓶

粗洗胶塞

粗洗铝盖

粗洗主要设备

总管胶塞灭菌管道

铝盖灭菌管道

湿热灭菌柜管道

冻干机1

冻干机2管径规格管道材料①55X2.5①50X2.5①15X2①15X2①15X2①25X2①25X2.5①35X2.5①20X2.0316L不锈钢①25X2.0①20X2.0①20X2.0①20X2.0①20X2.0①40X2.5①25X2.0①20X2.0①15X2.0①30X2.5①30X2.5管道的选型确定:管道选型的重要参数对照表316LSS管子304LSS316LSS管道304LSS管道安装成本中等中等中等中等蒸汽，臭氧，化学，热水消毒是是是是抗腐蚀力高中等高中等可用性高中等高高（连接方法）一快开接口一焊接是是是是是是是是经对比，最终本设计采用316LSS管子和316LSS管道纯化水的存储和分配方式原则原理：水储存和分配系统的合理设计对于制药用水系统是非常关键的任何水储存和分配系统的最理想的设计必须满足以下三点要求a.在可接受的限度内维持水的质量；b.按所需要的流速和温度把水输送至使用点；c.使资金投入和操作花费最低。纯化水储存：纯化水的贮存采用贮罐与管路循环结合的方式，不过对于纯化水的温度要求没有注射用水严格，纯化水系统可定期用升温的方式消毒，而平时水系统温度不受控制或温度处于较低的温度运行。不过水升温并不能满足灭菌的要求，所以我们采用定期通高温蒸汽灭菌的方法来解决纯化水贮存系统的灭菌问题纯化水分配方式：根据GMP1九十九条：“纯化水、注射用水的制备、贮存和分配应能防止微生物的滋生。纯化水可采用循环，注射用水可采用70C以上保温循环。注射用水的储存和分配方式：存储:贮存采用贮罐与管路循环结合的方式，对于注射用水，为了有效地防止因微生物的滋生和繁殖而受到污染，GMP对之提出了应使其在80C以上保温或在65C以上循环的要求。因此，对注射用水的贮罐不但带有加热夹套或加热盘管，以对其进行加热达到所要求的温度，而且还对加热容器壳体或部件进行外保温。分配：1.2010版GMPK系统实施指南：当在同一个环路中既有高温使用点,又有低温使用点，低温使用点的数量很少时，采用使用点换热器是最合适的。因为它们使水保持高温直到从环路中流出，它们提供非常好的微生物控制，即使它们在不使用的时候也经常地进行冲洗和消毒。.能量消耗是适中的因为只有从环路中流出的水会被冷却，但是必须用另外的能量来弥补被冲洗排出的水。由于增加了换热器和阀门，这使维护的要求更高。.由于用水点不多且用量不大，我们选择多个分支使用点的换热器。热环路热环路多个分支使用点的换热器注射用水冷却方式的选择(如下图，换热器安装在用水点上)fHH图4注射用水的冷却方式一:注射用水加热冷却循环系统的设置一.制药用水管线的设计问题(1)在管路的设计上采用环形闭合的方式，使各个用点的U形三通逐一串联,从而达到尽可能减少“盲区”和“死角”的现象设计比较表注射用水布置串联串并联并串联优点整个管道就是一根主管的回路，而无主次管线之分，循环回流快，不会出现夕匕角车间各自已形成1个回路阀门分别调节两个回路的供水量，或各自用1台泵形成独自的回路，既/、产生滞流和死角又符合生产工艺需要的目的缺点“近水楼台”而“先得月”，供水比较充足，而处于末端用水点的则会出现供不上水的情况车间没有用水或用水不多的状况，那么此车间系统的管路的水必然很难产生流动形成该车间“死水一片”设计时应同时考虑主次用水点和生产的时段用水的专昔开和安#卜设计选择注射用水布置方式是并，联方式

(2)单独的串联系统虽然避免了管道系统的盲区和滞水现象，但是假若用水点过多，串联的管线过长也有它的缺陷：后面的供水点往往供水不足，或是“断水”这就要求在设计时应同时考虑主次用水点和生产的时段用水的错开和安排。(3)在有几个车间且互相距离较远的情况下，如果有的车间距离制水间比较远，则可考虑在输水泵出口设置相应的各自串联回路，即车间之间是并联而各车间用水点则为串联即所谓“先并联后串联”或称“并用式”，这样在制水间供水主管分出的并联管道上可以用阀门分别调节两个回路的供水量，或者干脆各自用台泵形成独自的回路，以达到既不产生滞流和死角又符合生产工艺需要的目的串并联注射用水布置方式图小容量注射系统fawn工播看其发点燃插工工ft1I｝小容量注射系统fawn工播看其发点燃插工工ft1I｝耳能优量区配鼠EIHAX；;节t■薄,fK二％门；K。黄卡房时]5I55ftft32ES?15T525ttdtft⑪得A252515大咨量注射氐埼MrEK4nDSZINDNm*A322532ft«32

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1EDN■am■amDH1515冷却水及冷却器传热面积的简单计算方法:.冷却水流量的计算设80c循环的注射用水通过热交换器冷却至20C,由于列管式热交换器适应性强、