§1.1、制药用水及制水方法的选择 §1.2、纯化水制备常用的水处理技术 §1.3、注射用水的制备 §1.4、工业蒸汽及纯蒸汽的制备

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1 §1.1、制药用水及制水方法的选择 §1.2、纯化水制备常用的水处理技术 §1.3、注射用水的制备 §1.4、工业蒸汽及纯蒸汽的制备
第一章 制药用水和汽的制备 内容: §1.1、制药用水及制水方法的选择 §1.2、纯化水制备常用的水处理技术 §1.3、注射用水的制备 §1.4、工业蒸汽及纯蒸汽的制备

2 §1.1、制药用水及制水方法的选择 §1.1.1 如何选用制药用水 §1.1.2 制药用水制备方法选定原则 介绍:

3 §1.1.1 如何选用制药用水

4 §1.1.1 如何选用制药用水 如图所示，在原料药生产的前道工序(如发酵、合成等)中制药企业可自行采用适应其工艺要求的水，如饮用水、深井水等．没有统一的规定。 然而，原料药精制阶段及在药物制剂生产过程中，制药企业通常需要按照工艺的要求单独或按一定的程序使用纯化水、注射用水。

5 §1.1.1 如何选用制药用水 中国药典规定，饮用水不得用于制剂生产。 大多数无热原控制要求的吸入剂和眼科用药，在配制时可采用纯化水。
纯化水还可用于局部用药以及口服药品的生产。 但一些有热原控制要求的眼科手术用药和一些吸入剂，在配制时则应当使用注射用水。

6 §1.1.1 如何选用制药用水 在注射剂生产中，注射用水不仅用于配制药液，而且广泛应用于容器及设备的最终清洁、生产系统在线灭菌用的纯蒸汽，甚至用作注射剂灭菌及冷却的介质。 例如用于过热水旋转灭菌柜，以使产品在灭菌后的冷却阶段免遭二次污染。 这类新型灭菌柜，以注射用水为介质，仅注射用水与产品直接相接触，工业蒸汽及冷却水均通过热交换器加热或冷却注射用水，而不与产品接触。

7 §1.1.1 如何选用制药用水 一些生产注射用原料药及生物制品的工厂，在制药用水系统中还采用超滤法，以尽可能减少注射剂的内毒素含量。
如注射剂药液配制罐的清洁，一般可使用纯化水或注射用水，甚至在清洁开始时可使用饮用水，但最终必须用注射用水淋洗。 又如注射用水贮罐停产后的大清洗，在清洗的开始阶段也可采用饮用水及清洁剂，但最终应当用注射用水淋洗。 应当注意，所用的清洁程序应通过验证。

8 §1.1.1 如何选用制药用水 无菌操作区使用的洁净工作服的清洁，曾是一个争论的问题，有的专家主张用纯化水洗，有的主张一定要用注射用水洗。
多数专家认为，无菌操作区的工作服必须灭菌，但工作服并不与产品接触，采取措施减少无菌操作区微粒的污染是重要的，因此用经适当过滤的饮用水即可。 如企业因其实际情况需要用注射用水或纯化水去洗，也无可非议，但绝不能作为行业标准。

9 §1.1.2 制药用水制备方法选定原则 制药用水系统除控制化学指标及微粒污染外，必须有效地处理和控制微生物及细菌内毒素的污染。
纯化水系统可采用反渗透，而注射用水系统则更多地使用蒸馏法，蒸馏水机往往是纯化水系统分配循环回路(用水回路)中的主要用水点。

10 §1.1.2 制药用水制备方法选定原则 从制药用水源水的选择上，美国药典（24版）有较大的灵活性，按其规定，注射用水可以由饮用水经蒸馏或反渗透制得，并不要求企业必须用纯化水为源水来制备注射用水。 当然美国的饮用水标准与中国的并不相同。 国内注射用水均采用蒸馏法，这当然与国内反渗透器的质量现状有关。

11 §1.1.2 制药用水制备方法选定原则 应当指出，不同的蒸馏水机对源水要求不同，不同型号的蒸馏水机，由于性能上的差异，它们可以分别以纯化水、去离子水、深度软水为源水，制备得到符合标准的注射用水。 另一方面，以符合饮用水标准的水为源水来制备纯化水，或以符合标准的纯化水来制备注射用水，并不一定能保证出水达到规定的标准，这与所选用设备的性能有关。

12 §1.1.2 制药用水制备方法选定原则 还应当指出，源水的水质必须监控，取水点应尽可能避开污染源。
制药用水的生产采用连续的处理步骤，每一步均有其特殊的水质控制要求，它必须达到设定的处理能力，此外，它还应能保护其后道处理步骤的有效运行。

13 §1.1.2 制药用水制备方法选定原则 表1-1 杂质颗粒大小与水处理方法的关系

14 §1.1.2 制药用水制备方法选定原则 美国药典将注射用水的最后一道工序只局限于反渗透和蒸馏。
蒸馏法历史悠久，结果可靠。其他技术，如超滤技术，虽然有可能用于注射用水的生产，但尚未广泛应用，目前在中国药典及国外药典中均没有作为注射用水的成熟工艺正式收载。 从微粒控制的角度看，反渗透、超滤及蒸馏可以认为是制水工艺的适当选择。表1-1所列数据表明了杂质颗粒大小与水处理方法的关系。

15 制药用水制备方法的选定及有序处理可参考美国药典“制药用水有序处理原则” (见图1-2)。
图1-2 制药用水有序处理步骤

16 §1.2、纯化水制备常用的水处理技术 介绍 §1.2.1 源水预处理的必要性及常用手段 §1.2.2 离子交换 §1.2.3 电渗析
§ 源水预处理的必要性及常用手段 § 离子交换 § 电渗析 § 电法去离子及其与普通离子交换技术的比较 § 反渗透 § 超过滤 § 微孔过滤 § 过滤器的组合形式

17 §1.2、纯化水制备常用的水处理技术 科学技术的发展使给水处理的理论与设计成为水科学的一个分支，这一分支渗透到电子、化工、制药和其他生命科学的各个领域中。 从管好用好制药用水系统的目标出发，以下主要介绍纯化水系统的基本组成、功能和工作原理。

18 §1.2、纯化水制备常用的水处理技术 纯化水的质量取决于源水的水质及纯化水制备系统的组成和处理能力。
纯化水制备系统的配置应根据源水水质、水质变化、用户对纯化水质量的要求、投资费用、运行费用等技术经济指标综合考虑确定。

19 §1.2、纯化水制备常用的水处理技术 一般，可根据源水含盐量按以下原则选择纯化水制备系统的处理单元。
① 源水(通常为城市饮用水)进水的含盐量在500mg／L以下时，一般采用普通的离子交换法去除盐类物质。 ② 对含盐量为500~1000mg/L的源水，可结合源水中硬度与碱度的比值，考虑采用弱酸、强酸阳床串联或组成双层床。 如将该纯化水作源水，当采用多效蒸馏水机制备蒸馏水时，要是强酸阴离子的含量超过多效蒸馏水机的进水指标，可考虑选用弱碱树脂，以提高系统的经济性。

20 §1.2、纯化水制备常用的水处理技术 当源水的含盐量为1000~3000mg/L，属高含盐量的苦咸水时，可采用反渗透的方法先将含盐量降至500 mg/L以下，再用离子交换法脱盐处理。 除水质条件外，还应对用水水质纯度的要求及单台设备的最大能力等因素，综合考虑高含盐量源水的预处理系统。

21 § 源水预处理的必要性及常用手段 本节内容 纯化水常用的源水预处理方法 混凝 过滤 吸附 软化

22 § 源水预处理的必要性及常用手段 无论是直接采用离子交换系统或者先用电渗析法、再加上反渗透的系统，普通的自来水、地下水或工业用水往往都不能够满足离子交换树脂或反渗透膜对玷污物质的进水要求。 源水经适当预处理后，方能满足后道制水制备对进水的水质要求。 不同设备配置的纯化水系统的进水水质指标可参见表1-2。如将饮用水的指标与表1-2的数据进行比较，即可清楚地看出源水预处理的必要性。

23 表1-2 各种除盐工艺对进水水质指标的要求

24 纯化水常用的源水预处理方法 为使源水的水质达到一个预期的指标，以满足纯化过程对源水的要求，必须对源水进行预处理，源水(或称原料水)预处理的主要对象是水中的悬浮物、微生物、胶体、有机物、重金属和游离状态的余氯等。 水预处理方法通常可按照下述原则选择： ①源水中悬浮颗粒的含量小于50mg／L时，可以采用接触凝聚或过滤，即加入凝聚剂后，经过水泵或管道直接注入过滤器； ②当源水中碳酸盐硬度较高时，可在去除浊度的同时，加入石灰进行预软化；

25 纯化水常用的源水预处理方法 ③当源水中的有机物含量较高时，可采用加氯、凝聚、澄清过滤等方法处理，若仍然不能满足后续工序的进水要求时，可增加活性炭过滤等去除有机物的措施； ④当源水中游离氯超过后续进水标准时，可采用活性炭过滤或加入亚硫酸钠等方法处理； ⑤如果后续处理工序采用反渗透或电渗析设备时，应在源水进入设备以前，再增设一个(组)精密过滤装置，作为反渗透或电渗新设备的保护措施；

26 纯化水常用的源水预处理方法 ⑥如果后续工序对胶体状态的硅要求较高，可在加入石灰的同时加入氧化镁，以达到去除硅的目的；
⑦当源水中铁、锰含量较高时，应增加曝气、过滤装置去除铁和锰 源水水质分析的具体项目如表1-3

27 表1-3 源水水质分析项目

28 混凝 混凝是水处理中对源水进行预处理的一个重要措施，处理的对象主要是水中的胶体物质。
源水在混凝处理工艺过程中，向源水中投人化学药剂，将药剂与水混合，使水中的胶体物质产生凝聚和絮凝。 通常，在向源水中加入混凝药剂以后，水中产生电离和水解，进而形成胶体，胶体同时与水中的其他类型的胶体颗粒产生吸附作用，使其絮凝成为大的胶体颗粒，在水中沉降。

29 混凝 与此同时，水中的微小的胶体可能会脱稳，产生吸附架桥作用，以絮状物方式迅速下沉。
可见，混凝处理通常由两种不同的凝聚过程组成，即通过双电层作用使胶体聚集的凝聚过程和通过高分子物质的吸附架桥作用使胶体颗粒聚集的絮凝过程。 在水处理的沉淀、澄清过程中，源水通过混凝沉淀，源水中的悬浮物大部分已被去除，水质已经在很大程度上得到改善。

30 过滤 但此时水的浊度可能在10mg／L以下，达不到国标饮用水的标准，仍需以过滤的方式来去除水中悬浮的细小悬浮物和细菌。
源水的过滤比较简单，源水中的固体物质进入过滤器(通常是砂滤)的上层滤料形成的微小空隙时，因受到机械阻挠和吸附作用被滤料截留在过滤器的表面层。 同时，这些被截留的固体物质相互之间又发生重叠和架桥作用，犹如在滤层的表面形成过滤薄膜，继续过滤水中的固体杂质。这种截留过滤称为渗透过滤。

31 过滤 通常，源水通过滤料层将水中的细小杂质颗粒截留下来，可使水更加澄清、净化，使源水的浊度更低，使水中的细菌、病毒、有机物随着浊度的降低而被大量去除。 由于水中的细菌、微生物失去浑浊物的保护，更加有利于杀菌处理，从而为后续的消毒工序创造了有利条件。 源水过滤的主要设备为砂滤器，砂滤采用的滤料多为石英砂、无烟煤和锰砂等。 源水过滤器常采用的滤材和颗粒直径如表1-4。

32 表1-4 常用过滤材料

33 吸附 ①活性炭吸附 ②离子交换树脂吸附 在水处理过程中，利用多孔的固体材料，使水中的污染物吸附在固体材料空隙内的处理方法为吸附。
使用吸附法可以去除水中的有机物、胶体物质、微生物和余氯等，在药品制造的配制工艺中，吸附法还常用来吸附药液中的热原物质。 吸附法还可以对水进行除臭、脱色等。吸附过程常用的材料有活性炭和大空隙的吸附树脂等。 ①活性炭吸附 ②离子交换树脂吸附

34 ① 活性炭吸附 对于源水中颗粒度在1×10-3~2×10-3μm的无机胶体、有机胶体和溶解性有机高分子杂质及余氯，通过普通的机械过滤器难以去除，需要使用活性炭过滤法进一步提高源水的质量，即是利用活性炭床吸附低分子量的有机化合物以及添加剂， 如含氯类的氧化剂，将它们从水中除去，使水达到某种质量水平，并保护活性炭处理装置下游的不锈钢设备或管道表面、离子交换树脂和反渗透的渗透膜材不与上述添加剂及含氯的氧化剂发生反应。

35 ① 活性炭吸附 活性炭通常采用煤炭、果壳、木材等含碳物质通过化学的或物理的方法对其活化制备。
活性炭含有大量的微孔和巨大的比表面积，具有极强的物理吸附能力。 活性炭的结构中存在大量平均孔径在2×10-3~5×l0-3μm的微孔和孔隙，这种结构特点使活性炭的表面吸附面积能够达到500~2000 m2／g。

36 ① 活性炭吸附 因为大多数有机物的分子直径为2×10-3~5×l0-3μm，故活性炭对有机物的吸附最为有效。
同时，由于活性炭表面在活化过程中，表面非结晶部位会形成一些含氧的官能团，这些官能团使活性炭具有催化氧化和化学吸附的功能．可以去除一部分水中的金属离子。 因此，活性炭又具备极强的脱氯能力，在制药用水系统中去除对管道腐蚀影响很大的氯离子作用非常明显。

37 ① 活性炭吸附 活性炭的吸附能力不仅与其比表面积有关，而且与活性炭表面细孔的孔径分布有关。
对水这类的液相吸附，大孔主要为吸附物质的扩散提供通道，使其扩散至过渡孔与微孔中去。 因此吸附的速度往往受到活性炭表面大孔的影响。

38 ① 活性炭吸附 由于水中的有机物不但有小分子，而且有各种各样的大分子，而大分子的吸附主要依靠过渡孔，同时过渡孔又是小分子有机物到达微孔的通道，通常微孔的表面积最大，占比表面的95％以上，活性炭的吸附能力主要受微孔支配(参见表1-5)。

39 ① 活性炭吸附 表1-5 活性炭的细孔特性

40 ① 活性炭吸附 归纳起来，在工艺用水制备的过程中活性炭过滤的主要功能有两个：一是吸附水中残余氯，二是吸附水中的部分(大约60％左右)有机物，这部分有机物多为无机和有机的胶体、溶解性有机高分子杂质。 根据待吸附物质的直径与细孔的分布情况恰当地选择活性炭是极其重要的。

41 ② 离子交换树脂吸附 用于吸附处理是离子交换树脂的特殊用途，离子交换树脂吸附是使用碱性的食盐水将阴离子树脂或大孔径吸附阴树脂处理成为氯型树脂来吸附有机物。 利用这个原理吸附有机构的装置也叫做有机物去除器。

42 ② 离子交换树脂吸附 离子交换吸附法对有机物的去除采用大孔的阴离子交换树脂，不仅能够去除水中的有机物质，还能够去除水中的细菌内毒素。
这种大孔阴离子交换树脂可以用适当的苛性消毒剂进行再生

43 ② 离子交换树脂吸附 在离子交换技术中，阴离子树脂的有机玷污是普遍现象。这类污染大体上可归纳为三种情况：
①离子交换树脂的表面被水中的悬浮固体物或者在树脂交换过程中的生成物(例如用硫酸再生阳离子树脂所产生的硫酸钙沉淀物)所覆盖； ②与离于交换树脂亲和力很大的离子，交换后不能够通过再生恢复至树脂的原始状况，例如，铁离子与钠型树脂的交换即属于这种情况；

44 ② 离子交换树脂吸附 ③有机物进入阴树脂内，由于机械作用的原因使其卡在树脂的内部，造成有机物污染。
无论是哪一种玷污，都是指在一般的再生操作过程中玷污物很难从树脂上清除下来的情况．反映在树脂的工作过程中的后果是离子交换树脂的交换容量降低．并使清洗的用水大量增加。

45 软化 概述： 水预处理中的软化主要靠软化剂，用以脱除钙、镁等阳离子，因为这类阳离子会影响水处理系统下游的设备（如反渗透膜、离子交换柱以及蒸馏水机）的运行性能。 水软化树脂（离子交换床）通常使用氯化钠（盐水）进行再生处理，纯化水系统预处理段用软化器处理，图1-3是一个典型的软化器的示意图。

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47 内容： ㈠、软化器处理 ㈡、软化器使用的树脂参数例

48 ㈠、软化器处理 软化器通过离子交换过程，去除源水中的钙、镁离子其所采用的树脂为钠型阳离子交换树脂。
再生用食盐水溶液必须经过澄清过滤后才能使用，通常以10％浓度的盐水镕液为宜。

49 ㈡、软化器使用的树脂参数例 ①树脂类型 强酸凝胶型阳离子交换树脂； ②产地及品牌
①树脂类型 强酸凝胶型阳离子交换树脂； ②产地及品牌 英国PUROLITE(漂莱特)产品牌号为C100E，产品名称为001×7； ③树脂骨架 苯乙烯系；功能基团 SO32-； ④树脂出厂型式 Na+型； ⑤树脂含水量 45％~50％；

50 ㈡、软化器使用的树脂参数例 ⑥树脂交换容量 体积全交换容量为1.9mmol/ml； 质量全交换容量为4.5mmol/L； ⑦树脂密度
湿视密度0.77~0.87g/mL； 湿真密度1.25~1.28g/mL； ⑧树脂粒度范围(≥95％) ~1mm。

51 §1.2.2 离子交换 本节内容: 离子交换系统使用带电荷的树脂，利用树脂离子交换的性能，去除水中的金属离子。
§ 离子交换 本节内容: 离子交换系统使用带电荷的树脂，利用树脂离子交换的性能，去除水中的金属离子。 离子交换系统须用酸和碱定期再生处理。一般，阳离子树脂用盐酸或硫酸再生，即用氢离子置换被捕获的阳离子。

52 §1.2.2 离子交换 阴离子树脂用氢氧化钾或氢氧化钠再生，即用氢氧根离子置换被捕获的阴离子。
§ 离子交换 阴离子树脂用氢氧化钾或氢氧化钠再生，即用氢氧根离子置换被捕获的阴离子。 由于这两种再生剂都具有杀菌效果，因而同时也成为控制离子交换系统中微生物的措施。 离子交换系统既可以设计成阴床、阳床分开，也可以设计成混合床形式。

53 § 离子交换 离子交换的基本原理 离子交换在水处理过程中的应用

54 离子交换的基本原理 离子交换就是离子交换树脂上的离子和水中的离子进行等电荷反应的过程。 离子交换反应过程与很多化学反应过程一样，是可逆反应。
由于离于交换树脂的溶胀性，树脂离子交换过程的前后体积会有所变化，因此与一般的化学反应平衡又不尽相同。

55 离子交换的基本原理 离子交换反应的平衡反映在强酸性阳离子交换树脂RH与Na+的交换过程中，见下式：
当正反应和逆反应速度相等时，上式反应达到平衡，符合以下公式：

56 离子交换的基本原理 式中:[RNa]—─平衡时树脂中Na+的摩尔浓度； [RH]──平衡时树脂中H+摩尔浓度；

57 水中的离子交换原理如图1-4所示。离子交换的速度取决于Na+、H+离子的扩散速度，即图中的②与④。
图1-4 离子交换原理 水中的离子交换原理如图1-4所示。离子交换的速度取决于Na+、H+离子的扩散速度，即图中的②与④。

58 离子交换在水处理过程中的应用 软化处理 去除水中硬度的过程称为水的软化。通常使用钠离子软化。钠离子软化在工业应用上多采用磺化煤或阳离子交换树脂。钠离子树脂使用一段时间后会失效，此时出水的硬度会增加，需要再生以恢复树脂的交换能力。 软化和除碱 在一些情况下，单纯的钠离子交换不能够满足水质的要求，当源水中的含碱量较高时，水系统中会产生CO2腐蚀，必须适当除碱处理。

59 离子交换在水处理过程中的应用 除盐 有两种方法。阴、阳离子交换器除盐是让水依次通过装有氢型阳离子交换器和装有氢氧型阴离子交换器的复合串联床系统。以将水中的各种矿物盐类去除。

60 离子交换在水处理过程中的应用 混合床除盐是将一定比例的阴、阳离子树脂放置于同一个离子交换器中，两种离子混合在一起使用，称为混合离子交换床。
采用混合床除盐的离子交换过程比复合串联床系统交换的更为彻底，可以使出水达到较高的水质。 混合床多设置于复合串联床系统的后面，其进水的质量较高，运行周期相对比较长，可使混合床的出水电导率达到0.2μS/cm以下，SiO2的含量小于20μg/L的水平。

61 § 电渗析 本节内容: 电溶析的原理 电渗析器的构造 电渗析的源水水质要求 电渗析器运行参数的确定

62 电渗析的原理 ① 双电层理论 ② 唐南膜平衡理论
电掺析的原理就是利用阳离于交换膜只能透过阳离子，阴离子交换膜只能透过隔离子的这种选择透过特性（图1-5）。 通常，在电渗析器的直流电场中．离子交换膜的选择透过性作用机理有两种，即双电层理论和唐南(Tonnan)膜平衡理论。 ① 双电层理论 ② 唐南膜平衡理论

63 电渗析的原理 唐南膜平衡理论和双电层理论应是相互补充的用来解释离子交换膜的选择透过性的理论。

64 图1-5 阳离子交换膜透过阳离子示意图

65 ① 双电层理论 在电化学中用这个理论来解释电极在水中的现象。 在金属极片插人水中后，金属极片附近会形成双电层，产生电位差。
离子交换膜的情况与此相似。

66 ① 双电层理论 以阳离子为例，其可离解的活性基团在电离以后立即带上正电荷，而在高分子骨架上就带有固定基团（RSO3-）的负离子，它们与溶液中带有相反电荷的正离子在离子交换膜的表面形成双电层。

67 ② 唐南膜平衡理论 此理论的要点是离子交换膜的隔膜内外离子的浓度在电解质溶液中有平衡的倾向。
对阳离子膜来说，当阳膜外电解质溶液的浓度大于膜内活性基团的浓度时，膜已不能排斥电解质的进入。 此时，假如膜内活性基团浓度大于膜外溶液的浓度，膜内基团就能够排斥电解质的进入。

68 ② 唐南膜平衡理论 事实上，膜内离子基团有一定的限度，外界的溶液浓度也不会很低，离子要达到平衡状态，始终会有些电解质进入膜内。
因此，膜的选择透过性不可能达到100％。

69 电渗析器的构造 工业化使用的电渗析器通常由离子交换膜堆、电极区域和夹持装置组成，如图1-6所示。
电渗析器的膜堆由浓、淡水隔扳，阴、阳离子交换膜交替组成。 电极区域包括电极、极框和导水板。电渗析器分卧式和立式两种。

70 电渗析器的构造 图1-6 电渗析器的结构示意

71 电渗析器的构造 电渗析膜是一种离子交换膜，为电力推动式过滤膜。 膜的种类主要有异相膜、均相膜和半均相膜。
电渗析装置的型式主要分为压滤式和水槽式两类。

72 电渗析的源水水质要求 电渗析器由于构造的区别，对进水的质量要求不尽相同，一般情况下电渗析器的进水水质指标要求如表1-6。
表1-6 电渗析器的进水条件 电渗析器由于构造的区别，对进水的质量要求不尽相同，一般情况下电渗析器的进水水质指标要求如表1-6。

73 电渗析器运行参数的确定 通常，电渗析器需通过相当一段时间的调试运行方能确定其运行参数。优良的运行控制参数对于电渗析系统的正常使用是十分必要的。电渗析装置需要确定如下运行控制参数。

74 电渗析器运行参数的确定 ① 运行电流和电压 ② 装置运行的流速和压力 ③ 电渗析装置水的回收率 ④ 颠倒电极和酸洗处理

75 §1.2.4 电法去离子及其与普通离子交换技术的比较
§ 电法去离子及其与普通离子交换技术的比较 电法去离子(EDI)系统使用一个混合树脂床、选择性渗透膜以及电极，以保证水处理的连续进行，即不断获得产品水及浓缩废液，并将树脂连续再生。其工作原理如图1-7所示。

76 §1.2.4 电法去离子及其与普通离子交换技术的比较
§ 电法去离子及其与普通离子交换技术的比较 图1-7 电法去离子的作用原理 C—阳离子透;A—阴离子透膜

77 §1.2.4 电法去离子及其与普通离子交换技术的比较
§ 电法去离子及其与普通离子交换技术的比较 本节内容: 电法去离子的作用原理 电法去离于技术与普通离子交换技术比较

78 电法去离子的作用原理 通过填充在电池模堆中的树脂吸附源水中的金属离子达到脱盐的目的，EDI系统的进水条件见表1-7。
通过给电池模堆的两端电极加直流电，使模堆的内部产生电位差。 这个电位差使源水中的阳离子向阴极方向的阳离子交换膜移动、阴离子向阳极方向的阴离子交换膜移动，使阴、阳离子最终都进入浓缩室。

79 表1-7 EDI系统的进水条件

80 电法去离子的作用原理 随着脱盐量的增多，脱盐室的电阻率随之升高，电离分解生成H+和OH-，使之经常保持脱盐室内的树脂处于再生状态，为高效连续脱盐创造了条件。 电法去离子系统的特点是脱盐率高，树脂无需使用酸碱再生，具有较高的产水质量，水的电阻率可达18MΩ•cm（25℃），水的利用率可达95％，其最大特点是利用电能而不是酸碱化学能对树脂进行再生处理。

81 电法去离子的作用原理 同时，电法去离子系统还具有占地面积小、出水水质稳定、运行操作费用低、操作管理方便等优点。
如将电渗析与电法去离子技术作一比较，电渗析不含有电法去离于的交换树脂，仅用静电及选择性渗透膜分离浓缩，并将离子从水流中冲洗出去，因此，系统效率低于电法去离子技术。 正因为这样，电法去离子技术越来越多地得到工业界的青睐。

82 电法去离于技术与普通离子交换技术比较 电法去离子技术与普通的离子交换技术（如混床）进行比较，有如下几个优点： 无化学污染 可连续再生
出水的纯度高 水的回收率高

83 § 反渗透 使用反渗透法制备纯化水的技术是20世纪60年代以来，随着膜工艺技术的进步而发展起来的一种膜分离技术，已经越来越广泛地使用在水处理过程中。 反渗透膜对于水来说，具有良好的透过性。 反渗透工艺的操作简单，除盐效率高，使用在制药用水系统中，还具有较高的除热原能力，而且也比较经济。

84 § 反渗透 因此，反渗透技术不仅适用于纯化水的制备工艺，而且还可制造出具有注射用水质量的水，美国药典从19版开始已收载此法为制备注射用水的法定方法之一。

85 §1.2.5 反渗透 本节内容: 反渗透膜的分离处理过程 反渗透系统运行原理 反渗透装置及组合形式 反渗透装置对源水的要求 加药抑菌
§ 反渗透 本节内容: 反渗透膜的分离处理过程 反渗透系统运行原理 反渗透装置及组合形式 反渗透装置对源水的要求 加药抑菌 反渗透在制水系统的应用

86 反渗透膜的分离处理过程 反渗透膜的孔径大多≤10×l0-10m，其分离对象是溶液中处于离子状态和相对分子质量为几百左右的有机物。
反渗透是利用渗透这种物理现象来实现分离的。 对两种含有不同浓度盐的水，用一张具有半透过性质的膜分开，会发现食盐浓度低的一边的水会透过膜渗透到含盐浓度高的一边，但其所含有的盐分并不渗透。 这样逐渐地融合直到两边的含盐浓度相等为止。 自然的渗透过程很长。

87 反渗透膜的分离处理过程 为了加快这个融合过程，可以在含盐量高的水一侧增加一个压力，让渗透停止，这就是膜的渗透压力。
再把压力加大，水就可以反向渗透，则盐分留下来，这就形成了反渗透的除盐原理。 即在有盐分的水中（如源水），加以比自然渗透压力更大的压力，使渗透向相反方向进行，把源水中的水分子压到膜的另一边，变成洁净的水，从而达到去除水中盐分的目的。

88 反渗透膜的分离处理过程 图1-8为反渗透除盐原理图。 图1-8 反渗透除盐原理

89 反渗透膜的分离处理过程 反渗透技术应用的关键在于起除盐作用的反渗透膜的性能。 反渗透膜是一种只允许水通过而不允许溶质透过的半通透膜。
按照其物理形态可将反渗透膜分为对称膜、不对称膜和复合膜。 对称膜又称均质膜。 复合膜通常是用两种不同的膜材料，分别制成表面活性层和多孔支撑层。

90 反渗透膜的分离处理过程 不对称膜指膜的断面为不对称结构，主要有醋酸纤维素膜和芳香族聚酰胺膜两大类。
从应用情况来看，醋酸纤维素膜较经济，透水量大、除盐率高，但不耐微生物侵蚀。 芳香族聚酰胺膜价格较高，但机械强度好，适合于制成头发丝细的中空纤维，使用芳香族聚酰胺膜制成的反渗透装置体积比较小。

91 反渗透膜的分离处理过程 反渗透分离过程关键是要求膜具有较高的透水率和脱盐性能。 因此，反渗透膜要求具有以下基本要求：
膜的机械强度大，压密实作用小； 单位面积膜的透水速度快，除盐效率高； 膜的化学稳定性好，耐酸碱能力强，不易受微生物污染； 性能衰减慢，使用寿命长。

92 表1-8为不同的膜分离过程的区别。 表1-8 不同的膜分离过程的区别

93 反渗透系统运行原理 综上所述，反渗透系统处理水的原理是采用一个半通透的膜，用一个高的压力使水通过半通透膜，使之改善处理水的化学、微生物和内毒素方面的质量指标。 在反渗透系统中，水流由源水（原料水）、产品水（渗透水）和废水（排放水）组成。 为了达到预期的质量指标及足够可靠性，应根据不同的水源水质情况，决定是否需要对反渗透的源水进行预处理或者改变系统的配置。

94 反渗透系统运行原理 反渗透系统控制污染的方法如下： 对水系统进行适当的预处理，选择适当的滤膜，进行完好性苛刻条件（挑战性）试验；
将膜设计成螺旋形以改善冲洗效果； 定期对反渗透膜进行消毒；监控膜两端的差压； 测定反渗透膜前端进料水的电导率、微生物污染及水的总有机碳水平等。

95 反渗透系统运行原理 反渗透系统结构的特点是系统可以任意自由组合，可将反渗透膜的串联线路扩大成分级并联线路、分级排污，或用双通道及组合设计法来强化系统的控制性能。 例如，可采用双通道设计来改善反渗透系统运行的可靠性、系统出水的质量和提高系统处理水的能力。 反渗透系统可以单独使用，也可以与离子交换系统、电法去离子系统结合起来使用，以提高水系统的总体处理能力，改善产品水的质量。

96 反渗透装置及组合形式 ① 螺旋卷式反渗透组件 ② 中空纤维式反渗透组件
目前，制药工业中常用的反渗透装置有两种基本形式，即螺旋卷式和中空纤维式。此外，还有管式、板框式、条式等形式。 ① 螺旋卷式反渗透组件 ② 中空纤维式反渗透组件

97 ① 螺旋卷式反渗透组件 螺旋卷式反渗透装置膜的组合方式，是在两层反渗透膜的中间夹一层出水导网，再密封。
即将成对的膜环绕着一个中心管卷绕起来，用中心管收集渗透液体，如图1-9。 处理水通过反渗透膜的两个用导网隔开的渗水面间隙。

98 图1-9 螺旋卷绕反渗透组件 1-源水；2-废弃液体；3-反渗透水出口；4-源水的流向；5-反渗透水的流向；6-膜的保护层；7-膜组件与外壳之间的密封；8-收集反渗透水的多孔管；9-隔离网；10-反渗透膜；11-反渗透水的收集系统；12-反渗透膜；13-隔离网；14-连接两层膜之间的缝线

99 ① 螺旋卷式反渗透组件 而平行于中心管流动，渗透液（出水）流至中心管收集起来，成为产品出水。
螺旋卷绕反渗透组件的优点是单位体积内堆状膜的体积大，结构紧凑。 缺点是比较容易堵塞。 因此，对反渗透的进水要求较高，要求对进水采取保安过滤措施。

100 ② 中空纤维式反渗透组件 中空纤维通常用内径为42~50μm、外径约84~90μm的芳香聚酰胺材料的膜组成U形的管束。
产品水通过中空的纤维管壁流入集水总管中，收集起来。浓水则从围绕中空纤维管束的外缘处收集排出，如图1-10。

101 图 中空纤维式反渗透组件 1-端板；2-O型密封圈；3-咬紧弹簧夹圈；4-导流网；5-中空纤维膜；6-中空纤维断面放大；7-环氧树脂管板；8-多孔支撑板；9-进水分配多孔管，10-外壳

102 反渗透装置对源水的要求 为了确保反渗透装置正常运行，选择并确定恰当的运行及监控参数是十分必要的．这些技术参数主要包括进水温度、pH、运行压力、水质等。 ① 反渗透装置进水的温度 ② 进水的pH ③ 反渗透装置的运行压力 ④ 反渗透装置对源水的水质要求

103 ① 反渗透装置进水的温度 进水温度对反渗透装置的产水量有较大的影响，由于进水水温升高，水的黏度会降低。
进水温度每增加一度，膜的透水能力大约增加2.7％左右。 反渗透膜对温度的特殊要求表明，若能够恒定膜的进水温度，则可以保证装置的产水量和稳定出水的电导率，并且保护反渗透膜组件．延长膜的寿命。 因此，最好在设计水系统时，考虑这个温度稳定的要求，为其设置一台热交换器，控制水温。

104 ② 进水的pH 反渗透装置的运行过程中，pH应控制在4~7之间，因为水偏酸性，对于常用的醋酸纤维素膜来说较合适，当pH在4~7之外时，将加速膜的水解和老化。 对芳香聚酰胺膜，由于对游离的氯离子较敏感，当游离氯小于0.1mg/L时，pH小于8为宜。 当游离氯小于0.25mg/L时，pH大于8为宜。

105 ③ 反渗透装置的运行压力 因为膜的渗透压力与膜本身无关，而与水中的含盐量和水温有关。
提高反渗透系统的运行压力，可以使膜被挤压密实，使盐的透过率减小，水的透过率会成比例增加。 可以保证所要求的水的回收率。 但运转压力过高，会加快膜的衰老．膜压实变形，从而加速膜的透水率降低。

106 ③ 反渗透装置的运行压力 因此，确定一个恰当的运行压力十分重要。 通常，在反渗透系统的运行中，压力以不超过2.75MPa为宜。

107 ④ 反渗透装置对源水的水质要求 反渗透装置进水水质如不满足表1-9的要求时，原则上不允许向装置供水，以免影响出水质量和反渗透装置的正常使用。

108 表1-9 反渗透装置的进水要求

109 加药抑菌 在反渗透系统中加入抑菌剂的原因 异噻唑啉酮抑菌剂
异噻唑啉酮可以使用在较高pH值的水中，特别适合目前反渗透系统采用的碱性处理方案，与膦系列缓蚀剂、聚合物阻垢剂有较好的相容性。

110 在反渗透系统中加入抑菌剂的原因 由于反渗透膜能去除细菌、藻类等微生物，所以通常认为前处理过程中不需要杀菌。
但是实际情况恰恰相反．由于源水中含有的菌源较多，经过活性炭过滤后，其中留存的胶体有机物富含糖类和蛋白质，成了细菌的营养源。

111 在反渗透系统中加入抑菌剂的原因 而且温度、pH值适中，所以会滋生更多的细菌，同时还会产生热原，在经过精滤器和反渗透膜元件时这些细菌和热原物质可能黏附在膜表面及设备、管道的内壁，形成难以去除的菌膜（生物膜），通过长期积累，不仅影响膜元件的寿命，使清洗频率升高，而且会降低出水的质量和产量。

112 异噻唑啉酮抑菌剂 异噻唑啉酮是一种黄绿色或橙黄色透明液体，带有微微的刺激性气味，属于非氧化杀菌剂，
它具有广谱（能杀死水中的细菌、真菌、藻类，包括粘液膜下的微生物）、高效（加药浓度达到0.5mg/L时，就能很好地抑制水中细菌的生长）、低毒（对昆明种小鼠的为2.723g／kg），对环境安全等优点，尤其对微生物细胞膜具有极强的穿透能力，能够对微生物的细胞组织产生分解、破坏作用。是较为理想的抑菌剂。

113 反渗透在制水系统的应用 反渗透系统在制药用水系统中应用越来越多，越来越广泛。
目前，在一些新建或改扩建的制药工程项目中，采用反渗透方法作为纯化水制备中除盐的首选方案。 甚至出现这样一种倾向，即无论源水的质量如何，后续处理以及制药工艺对纯化水水质有无特殊要求，都采用反渗透装置作为系统的除盐手段，一级反渗透达不到水质要求，再加上一级反渗透。

114 反渗透在制水系统的应用 实际上，与水处理系统中的各种除盐装置的选择一样，盲目地、非理性地选择采用反渗透系统的方法是不合适的，应根据制药工艺的具体情况，在水系统中恰如其分的采用反渗透装置，是必要的，经济的，否则会造成资源的浪费。 反渗透装置有各种不同的组合方式，不同的组合方式有着不同的适用范围。 反渗透装置在苦咸水、海水淡化、废水处理和纯化水的制备以及某些物质的浓缩回收等方面都有着广泛的应用。以下着重介绍反渗透装置在制药业纯化水系统中应用情况。

115 反渗透在制水系统的应用 一级反渗透系统 二级反渗透系统 一级反渗透系统+离子交换系统

116 一级反渗透系统 一级反渗透系统通常可以使用在一些水源的水质较好，含盐量不太高的场合，而且出水是作为普通的、非注射级的化学原料药的工艺用水，或是用作某些肠道用中药材提取工艺用水。 这种较简单的反渗透装置（单级），尽管其除盐率较二级或多级反渗透装置低，水质也不高。 但与传统的离子交换方式的除盐相比较，有无酸碱污染，不需要单独的具有防腐蚀、高排污标准的纯化水工房，占地面积小的优点。

117 一级反渗透系统 这就适合一些生产工房面积较小、没有独立制水站、工厂周边环境保护要求高的企业。 典型的一级反渗透系统设计图示如图1-11。

118 1-源水；2-高压泵；3-反渗透装置；4-浓缩水排水；5-纯化水；6-纯化水贮罐
图1-11 一级反渗透系统 1-源水；2-高压泵；3-反渗透装置；4-浓缩水排水；5-纯化水；6-纯化水贮罐

119 二级反渗透系统 二级反渗透系统通常可以作为大多数制药用水的除盐工艺。
这种系统通常使用在源水中含盐量较高，同时对反渗透装置的出水水质的要求也比较高的情况下。 二级反渗透装置是以串联方式，即将第一级反渗透的出水作为第二级反渗透的进水，这个条件下，第二级的排水（浓水）的质量远远高于第一级反渗透的进水。

120 二级反渗透系统 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。
这种设计获得的水质完全可以满足化学原料药制造所需的工艺用纯化水、固体口服的中药制剂生产用水、化学药品制剂（肠道制剂）生产工艺用水、多数注射级的非肠道制剂生产工艺辅助用水和注射用水对源水水质的要求。 典型的二级反渗透系统设计如图1-12

121 图 二级反渗透系统示意图 1-源水；2-高压泵；3-反渗透装置；4-浓缩水排水；5-一级反渗透出水；6-中间贮罐；7-二级高压泵；8-二级反渗透装置；9-二级浓缩水排水返回至一级入口；10-纯化水出水

122 一级反渗透系统+离子交换系统 这种系统特别适合制药用水的综合性使用，例如工艺用水系统不仅仅使用于某种单独的药品制造，而可能是既使用在肠道药品（如固体口服药品）的生产，又使用在非肠道药品（注射级药品）的工艺过程。 水系统既要满足工艺用纯化水的供应，又要满足注射用水的源水使用要求。 一级反渗透系统与离子交换联合的除盐系统之间的具体组合方式是由进水水质、反渗透装置产水的水质及所要求得到的出水水质来确定的。

123 一级反渗透系统+离子交换系统 通常，对系统出水的质量要求不是太高时，可用一级反渗透系统+串联复合床离子交换系统或一级反渗透系统+混合床离子交换系统除盐。 当要求系统的出水质量较高时，就必须采用一级反渗透系统+串联复合床离子交换系统+混合床离子交换系统。

124 一级反渗透系统+离子交换系统 在制药工艺用纯化水系统中，这种混合式的反渗透组合方式，往往使用在对水的纯度要求高的注射级药品的制备工艺用水中。
当制药工艺对蒸馏水机的出水纯度要求高于药典标准而蒸馏水机的性能稍差，蒸馏水出水水质又不得降低时，就必须设法改善蒸馏水机进水的质量，因此需要采用这类综合性反渗透装置组合的方式，见图1-13。

125 1-源水；2-高压泵；3-反渗透装置；4-浓缩水排水；5-一级反渗透出水；6-中间贮罐；7-泵；8-离子交换混合床；9-纯化水出水
图1-13 反渗透+离子交换联合除盐系统 1-源水；2-高压泵；3-反渗透装置；4-浓缩水排水；5-一级反渗透出水；6-中间贮罐；7-泵；8-离子交换混合床；9-纯化水出水

126 §1.2.6 超过滤 超过滤是水处理中另一种类型的膜分离技术。 超滤技术在液体处理的应用十分广泛，基于超过滤膜的分离范围十分宽广。
§ 超过滤 超过滤是水处理中另一种类型的膜分离技术。 超滤技术在液体处理的应用十分广泛，基于超过滤膜的分离范围十分宽广。 超过滤可以用来分离去除水中的有机体、各种细菌、热原物质、多数病毒，可以用于胶体、大分子有机物质的分离，可以分离多种特殊溶液。 由于超过滤可以在常温条件下进行，对热敏感的物质的分离也极其有利。

127 §1.2.6 超过滤 同时，超过滤的过程中不会发生相变，因此有能耗低的优点。
§ 超过滤 同时，超过滤的过程中不会发生相变，因此有能耗低的优点。 另外超过滤仅以压力作为过滤工艺的推动力，装置结构简单，操作方便。 因此，发展十分迅速。应用面有迅速扩大的趋势。

128 § 超过滤 本节内容: 超过滤的基本原理 超过滤膜的结构和过滤特性 超过滤运行工艺参数的确定原则 超过滤膜的清洗处理

129 超过滤的基本原理 超过滤为切向流过滤，简称TFF，是防止浓度极化造成滤速下降最有效的方法。
超过滤主要进行分子量级的分离，若采用正压或负压，会很快在超过滤膜的表面形成高浓度的凝胶层，造成过滤速度的急剧下降而采用切向流的过滤方法正好克服了普通正压过滤或负压过滤法的致命缺点，即当液体以一定的速度连续的流过超过滤膜表面时，在过滤的同时也对超过滤膜的表面进行着冲刷，从而使超过滤膜的表面不会形成阻碍液体流动的凝胶层，保证稳定的过滤速度。

130 超过滤的基本原理 在膜分离技术中，超过滤（UF）、反渗透（OR）和微过滤（MF）之间，并没有明显的区别和界限。
只是超过滤在大孔径的一边和微孔过滤相重叠，而在小孔径的一端则与反渗透重叠。 超过滤的原理为交叉流动（切向流），使水与过滤介质平行流动，水中不能通过超滤膜的大颗粒就随浓缩的溶液被排出系统（通常有流入水量的5％~10％）。 这就允许超滤膜能够自我净化，进而减少更换滤膜的频率。

131 超过滤的基本原理 在超过滤的过程中同时存在着3种不同的情况： ①颗粒在超过滤膜的表面和微孔上面产生吸附；
②颗粒的粒径大小与滤膜的孔径相似时，颗粒在孔隙中滞留，引起超过滤膜的堵塞； ③颗粒的粒径大于滤膜的孔径时，颗粒在膜表面处于机械截留状态，对颗粒实现筛分。

132 超过滤的基本原理 超过滤与反渗透的主要区别在于超过滤膜的结构与反渗透膜有所不同。超过滤膜可以使盐和其他电解质通过，而胶体与分子质量较大的物质则被滤除。超过滤的原理如图1-14所示。

133 图 超过滤的原理

134 超过滤膜的结构和过滤特性 由于超过滤所需的压力较低，超过滤的膜比较厚实。 超过滤膜由纤维素或非纤维素的聚合物，注塑于多孔的支承材料构成。
孔径约为0.002~0.02μm。 超过滤的膜组件的主要形式为中空纤维型和螺旋卷型。 超过滤的过程属动态过滤，在超过滤过程中，来自泵的动力在膜的表面产生相互垂直的切向力和法向力。

135 超过滤膜的结构和过滤特性 在垂直于膜的法向力的作用下，水透过膜面与被截留物质分离。 而另一个切向力将膜截留下来的物质冲走排出。
因此超过滤膜的表面不容易形成吸附沉积层，膜的透水速率衰减较慢，运行的周期相对较长。

136 超过滤运行工艺参数的确定原则 超过滤技术可以作为水处理的中间工序或最后的净化工序。
与反渗透系统相似，超滤系统的效能取决于系统的配置及其他单元操作，这种过滤可以用作在特定位置对贮存罐的流出物进行控制。 超过滤运行的工艺参数与滤膜的过滤特性相关，与超过滤的液体性质相关（单纯的水或是含有大量蛋白质的水），对超过滤装置运行的参数要求显然是不一样的，不同的滤膜及滤液在不同的pH条件下，运行参数也各不相同。

137 超过滤运行工艺参数的确定原则 在制药工艺使用的纯化水的制备过程中，对常用的纤维素或非纤维素聚合物来说，当装置的外壳采用聚砜时，超过滤装置运行的工作压力可控制在0.7MPa左右，滤液的温度不能超过45℃，pH的取值范围较宽，一般可在1.5~13之间选取。

138 超过滤膜的清洗处理 超过滤膜经过较长时间的运行以后，膜的表面会逐渐形成污染物和凝胶质的沉淀，在系统水压的作用下被压紧呈致密状，从而使装置的运行阻力逐渐加大，膜的透水能力降低。 此时，使用普通的冲洗手段难以使膜的流通能力得以恢复。 因此，需要常用特殊的化学处理法对膜表面进行清洗处理。 ① 清洗处理方法 ② 清洗步骤

139 超过滤膜的清洗处理 对于制药用水系统中采用的超过滤装置来说，从卫生安全角度考虑，原则上最好不采用化学清洗的方法。
假如由于特殊的原因，不得不对装置采用化学清洗时，应尽量采用其残余物容易去除的化学清洗剂。 在上述清洗步骤完成以后，应对此化学清洗剂的残余量进行检测控制，以满足药典对制药用水的要求。

140 ① 清洗处理方法 过滤的清洗处理使用物理和化学的方法进行，原则上应首先采用物理清洗的方法对超过滤膜进行清洗，例如，使用无添加剂的水对膜进行强力冲洗。 只有在物理清洗不能满足膜恢复透水量所需的情况时，才采用化学方法处理。

141 ① 清洗处理方法 物理清洗方法按照冲洗水流动方向的有两种：膜的两端无压力差的等压冲洗法和两端存在压差的反洗法。
反洗法能够将膜表面的堆集物冲走，有效地恢复膜的透水能力．比等压法更有效。

142 ① 清洗处理方法 化学清洗的方法按其作用性质，分为碱性清洗、酸性清洗、氧化还原清洗和生物酶清洗四大类。
其中，碱性清洗主要使用0.1%~0.5%的NaOH水溶液。酸性清洗多采用0.1mol/L盐酸溶液和0.1mol/L的草酸溶液，以及1%~3%的柠檬酸溶液等。

143 ① 清洗处理方法 氧化还原清洗主要用于去除有机物质污染，采用0.5%~1%的NaOCL和1%~1.5%H2O2等作为清洗剂。
生物酶清洗主要使用于去除油脂和蛋白质，采用胰蛋白酶和胃蛋白酶作为清洗剂。

144 ② 清洗步骤 使用热水(膜承受温度范围的上限)，冲洗超过滤装置中的膜和配管；
根据上述清洗剂的适用范围，选择适当清洗剂对整个超过滤系统进行循环冲洗处理； 使用无盐水冲洗系统，稀释去除清洗剂及其残余物；

145 ② 清洗步骤 在规定的运行参数下，检查系统的透水能力，确定是否需反复进行前述清洗过程；
最后，可以采用适当的消毒方式对已清洗好的超过滤膜及管道系统进行消毒处理，并暂存待用。

146 §1.2.7 微孔过滤 微孔过滤技术在水系统中起重要作用，设计中可选用的过滤器种类很多，它们用于各种不同的目的。
§ 微孔过滤 微孔过滤技术在水系统中起重要作用，设计中可选用的过滤器种类很多，它们用于各种不同的目的。 颗粒碳、石英砂、沙子等用于大型水系统的粗过滤器和用于较小型水系统的简式过滤器．以及用于微粒控制的膜式过滤器。 它们的过滤效率差异很大，处理的工序也不尽相同，过滤处理单元和系统构型及其过滤介质也不相同。

147 § 微孔过滤 本节内容: 微孔过滤的基本原理 微孔过滤的类型 微孔滤膜的种类及性能 过滤介质及其结构

148 图1-15 截留过滤 截留捕获 切向流捕获

149 截留捕获 截留捕获的过滤（如垂熔玻璃漏斗、砂芯过滤器等）主要是把不溶性固体微粒全部截留在过滤介质深层的作用，以及把大于过滤器介质孔隙的微粒截留在过滤介质表面的过筛作用。 截留捕获主要由3种作用组成，有筛网状的过滤介质利用孔径对固体颗粒进行筛分，包括筛网隔离和筛网嵌入，以及介质对固体颗粒的吸附作用，如图1-15所示。

150 截留捕获 使用这种过滤方式，随着过滤介质的表面和深层上的颗粒逐渐增多，孔隙被逐渐堵塞变小，有效的过滤面积会逐步减少。
较小的颗粒对过滤器介质造成的堵塞要比较大的微粒要大，因为较小的颗粒可能进入过滤介质的孔隙结构的内部，造成对孔隙的堵塞，而较大的微粒则会留在过诚介质的表面，形成饼状物，堵塞过滤介质，缩短过滤器的寿命。 因此，使用截留过滤机理的过滤器主要使用于单一批次的生产工艺中。

151 截留捕获 通常，在工艺过程中使用两种方式来衡量截留捕获过滤的性能，即过滤器的过滤效率和流量。
随着过滤过程的进行，孔隙会逐步堵塞，使过滤介质的孔径减小，导致过滤介质除去指定大小的微粒的能力增加，即过滤效率提高。 但是，由于堵塞造成的孔隙减少，孔径缩小，单位过滤介质面积上，单位时间内通过的液体会随之减少，即过滤器的流量下降。

152 截留捕获 此时，为了维持较大的流量，只能不断加大过滤介质两端的压力差。
但过滤介质两端的差压不允许超过某个压力限度，而应根据生产工艺的实际情况，选用截留方式的过滤器，并充分注意它的使用寿命。

153 切向流捕获 又称十字流过滤。 是按照待过滤液体的流动方向与过滤介质的设置方向相平行（而不是按通常的过滤方式，将液体流动的方向与过滤介质相垂直的布置）。 用这种布置的方法，能够消除由于孔隙堵塞带来的大部分流量的衰减。 切向流捕获的原理如图1-16所示。

154 图 切向流捕获的原理图

155 切向流捕获 利用平行于过滤介质的较大流量的循环流动，使颗粒在过滤介质上的堆积降低到最小程度。
当流动中的液体能以颗粒在过滤介质表面沉积速度相等的速度把颗粒带走时，切向流捕获就可以稳定进行。 若与其他的过滤系统相比，切向流捕获过滤可以使通过过滤介质的流量增加几个数量级。 因此，为延长过滤介质的寿命，大多数超滤系统都以切向流方式运行。

156 切向流捕获 切向流铺获方式的特点如下: 切向流捕获的过滤方式中，过滤器不再受到截留颗粒的影响．可以较大的增加过滤的流量；
在切向流过滤系统中，小颗粒已经有循环流体带走，进入孔隙内部堵塞过滤介质的概率大为降低；

157 切向流捕获 对过滤的悬浮液体中的颗粒的回收率要求较高时，切向流过滤系统的优势比较明显，因为在切向流过滤系统运行中，含有亚微米级颗粒的高浓度悬浮液体会被迅速过滤掉，而并不需要起凝聚作用的添加剂；

158 切向流捕获 大多数切向流捕获过滤系统在出现堵塞的时候，可以通过对系统进行反冲洗，或者利用化学清洗的方法来恢复其最初具有的高渗透率状态；
切向流捕获方式的过滤系统，由于除过滤需要驱动压力以外，还需要使流体循环流动的动力，因而能耗较传统过滤方式大。

159 微孔过滤的类型 按滤膜结构可分为深层过滤、表面过滤和膜过滤；按滤膜作用可分为澄清过滤、预过滤和终端过滤。
深层过滤和其相应的澄清过滤，常用过滤器介质的厚度在3~20mm之间，呈不规则的交错方式堆置，过滤孔径分布较宽。

160 微孔滤膜的种类及性能 过滤器按照在工艺过程中的用途可分为除菌过滤器和一般性杂质过滤器，过滤器的滤材呈多样化，常见的有沙芯棒滤器、玻璃棒滤器、非石棉板框压滤器、微孔滤膜过滤器等。 这些过滤器的过滤方式还分为压滤与抽滤，用于各种用途。

161 过滤介质及其结构 在制药用水制备中．通常使用微孔薄膜过滤器作为反渗透等除盐设备的保安过滤器、用水终端的除菌过滤以及制药用水贮罐的呼吸除菌过滤。 完整的过滤器由滤芯与滤器外壳组成。 滤芯采用树脂材料，多做成平板式滤膜，广泛适用于液体、气体的过滤。

162 过滤介质及其结构 常用的滤材有以下几种。 ①聚偏二氟乙烯（PVDE） ②聚丙烯（PP） ③聚砜 ④尼龙 ⑤聚四氟乙烯（PTFE）
⑥金属复合膜

163 ① 聚偏二氟乙烯（PVDE） 聚偏二氟乙烯膜为亲水性膜，能够耐受反复洗涤并湿热灭菌，特别适合使用在澄清过滤工序。

164 ② 聚丙烯（PP） 聚丙烯热熔纤维膜，具有广泛的化学适应性，孔径在0.1~60μm，滤膜过滤精度不受压力波动的限制。
通常制成筒式浊器，多用于物料的粗滤。 聚丙烯膜的主要特点是低压差、高流通量、可以多次重复冲洗使用、寿命长、过滤精度好、价廉，特别适合预过滤处理；聚丙烯同时具有亲水性和亲气性，适用于各种液体及气体的过滤。

165 ② 聚丙烯（PP） 广泛地使用在纯化水（反渗透系统的预过滤、去离子水预过滤及精密过滤）、蒸馏水中。
聚丙烯材料可以耐受在线灭菌的121℃蒸汽消毒。

166 ③ 聚砜 聚砜是一种亲水性除菌级滤芯材料，可制成具有微孔率，占滤膜表面积80％以上及理想的微孔形状的滤膜，聚砜滤材的流通量大、耐温、耐热，多用于物料的精过滤。 广泛地使用在纯化水、注射用水的精密过滤和除菌过滤工艺中。 聚砜可以反复的耐受121℃在线蒸汽灭菌。 能作“滤器完整性检查”。

167 ④ 尼龙 尼龙膜为亲水性膜，使用前不需要预先湿润，孔径均匀、强度高。 能够保证有效的截留性能。 在溶液中化学相溶性好。
适用于各类物料精过滤。 尼龙膜广泛地使用于纯化水、注射用水的精密过滤和除茵过滤工艺。 尼龙膜可以反复耐受121℃在线蒸汽灭菌。 能够接受完整性试验的检查。

168 ⑤ 聚四氟乙烯（PTFE） 聚四氟乙烯膜为独具亲水性和疏水性两种功能的膜，具有广泛的化学适用性、生物安全性和热原控制指标。常用于水及气体精滤。 聚四氟乙烯疏水性膜，常用于气体的除菌过滤，在气体过滤中，具有大流通量、耐高温、耐强酸强碱，化学适应性宽广，适用于各类气体的过滤处理过程。用于气体过滤时，能够100％地截留0.02μm以上的各种噬菌体、细菌和微粒。 聚四氟乙烯亲水性膜，常用于液体的除菌过滤．化学适用性强，耐高温、耐强酸强碱和臭氧。

169 ⑤ 聚四氟乙烯（PTFE） 聚四氟乙烯膜可以反复的耐受121℃在线蒸汽灭菌。能作“滤器完整性检查”。

170 ⑥ 金属复合膜 金属复合膜，具有完全的疏水特性，所有的材料均为耐温材料，极限温度可以达到180℃，在工艺用水系统中，金属复合膜过滤器最适宜使用在需要采用纯蒸汽进行在线灭菌的贮罐或系统的呼吸过滤器中。

171 § 过滤器的组合形式 常见的组合形式是将澄清过滤、预过滤和除菌过滤组合在一起 (图1-17)。 图1-17 过滤器的组合方式示意图

172 §1.2.8 过滤器的组合形式 ①过滤器系统的设计和操作运行中应注意的问题 ②过滤器的控制措施
§ 过滤器的组合形式 当工艺用水过滤器的直径为10~30in（1in=25.4mm）时，其滤芯孔径的选择原则一般取：预过滤为1μm；最终过滤为0.22μm。 ①过滤器系统的设计和操作运行中应注意的问题 ②过滤器的控制措施

173 ① 过滤器系统的设计和操作运行中应注意的问题
选用过滤器的大小要适当，以防止由于流速不当引起的沟流或介质损失； 避免被泥沙阻塞，防止微生物生长及过滤介质的损失； 避免蒸汽冷凝水阻塞贮罐排气管，导致贮罐损坏; 避免微生物在滤膜表面的堆集，给贮罐或去离子设备树脂的微生物污染带来风险。

174 ② 过滤器的控制措施 对过滤系统内水压力和流速进行监控； 对过滤器进行反冲、消毒或定期更换过滤介质； 在排气口使用流水性过滤器；
在排气口的过滤器上安装温控外套，以防止蒸汽冷凝；

175 ② 过滤器的控制措施 在初次使用前将过滤器灭菌，此后定期灭菌、定时更换；
应严格控制过滤器用于水处理系统或分配回路，因为过滤器也会成为微生物的污染源。造成污染的风险在于滤膜的破裂或微生物生长穿透滤膜。

176 §1.3、注射用水的制备 水在蒸馏系统通过加热蒸发、汽液分离和冷凝等过程达到去除化学物质和微生物的目的。
蒸馏过程有许多种，包括单效、多效蒸馏法和蒸汽压缩法等，在较大型的蒸馏系统中多采用单效、多效蒸馏和蒸汽压缩法，因为它们的产水能力及蒸发效率都较高。 蒸馏水制备系统对源水的水质要求没有膜处理系统那样苛刻，这是由于蒸馏和膜处理纯化的机理完全不同。

177 §1.3、注射用水的制备 ⑴ 蒸馏过程的设计应注意的要点 杂质的聚集与排出； 蒸发装置的汽流； 盲管问题的解决；
泵和蒸汽压缩机等动力系统的密封设计及方式，以及蒸馏装置在开机和运行期间的电导率变化及其控制。

178 §1.3、注射用水的制备 ⑵ 蒸馏质量控制的方法: 提高蒸馏器汽液分离的可靠性； 提高蒸馏过程分离去除热原的能力；
能够对高位水和低位水的水位目检或设自动显示； 采取有效措施解决蒸馏水冷凝器的冷却水对被冷凝蒸馏水可能的污染；

179 蒸馏装置本身应具有消毒灭菌的能力； 使用消过毒的泵和蒸汽压缩机； 正确地排水，并防止排水倒流造成的污染； 加强用水的控制； 对系统使用在线电导率测试，且能够自动将不合格的水分向废水流出的装置。

180 §1.3、注射用水的制备 介绍: §1.3.1 蒸馏设备 §1.3.2 反渗透法 §1.3.3 超过滤法
§1.3.4 蒸馏法的优点及法定地位 介绍:

181 §1.3.1 蒸馏设备 本节内容: 一、多效蒸馏水机 二、汽压式蒸馏水机 三、其他形式的蒸馏水机
四、多效式蒸馏水机与压气式蒸馏水机的性能比较

182 §1.3.1 蒸馏设备 蒸馏设备的品种繁多，按蒸馏方式分为塔式、多效式、压汽式等，按制造的材料分为玻璃蒸馏器、铜管蒸馏器和不锈钢蒸馏器等。
应根据注射用水的特殊要求考察和评估蒸馏设备的性能。 目前，制药用水系统广泛使用的蒸馏水制备设备大多数采用以下两种类型。

183 一、多效蒸馏水机 多效蒸馏水机通常由4~5个蒸发器和蒸馏水冷却器组成，一号蒸发器（柱）和蒸馏水冷却器采用内外双换热管胀管端板结构，以确保工业蒸汽与纯蒸汽／供水系统之间无渗漏。 每只蒸发器有n根蒸发管，总长达几百米。几个蒸发器的结构基本相同，参见图1-18。

184 图1-18 蒸发器示意图

185 一、多效蒸馏水机 蒸馏水机每个蒸发器由两个立式筒体组成：蒸发器的内胆通工业蒸汽，用于加热纯化水，蒸汽的冷凝水则由底部排放至凝水管道。
蒸发器外筒体用于收集蒸发产生的纯蒸汽及没有被蒸发的纯化水。 外筒体的顶部是进水贮罐，进水在蒸发管的内表面蒸发。 蒸发管由进水贮罐向下，其下部通向外缸体。

186 一、多效蒸馏水机 内容: 多效蒸馏水机的原理 多效蒸馏水机工作流程 多效蒸馏水机的结构

187 多效蒸馏水机的原理 第一级蒸发器的运行有以下特点：高压下喷人蒸发器内的纯化水在蒸发管壁形成水膜并快速蒸发成蒸汽。
蒸发器内部设螺旋管板高速离心装置，已蒸发的蒸汽以高速汽流的形式进入一狭窄的螺旋形通道，自下而上旋转上升，蒸汽中夹带的杂质及液滴由此获得了一个500g以上的离心力，并被甩向汽流的外侧积聚在蒸发器外壳体的内表面上，靠重力向下流至蒸发器的底部，与经预热的新鲜源水混合，进入第二级蒸发器继续蒸馏。

188 多效蒸馏水机的原理 与此同时，已蒸馏纯化的汽则从顶部经出口进入第二级蒸发器作为第二个蒸发器的热源，它与第二级蒸发器的进水热交换后，变成注射用水（图1-18）。 这种结构的蒸馏水机对热原、微粒等杂质能可靠地分离。采用螺旋式旋风分离器还可以用于除去软化进料水中的溶解性气体，排气点设在多效蒸馏水机后道的冷凝器上。

189 图1-18 蒸发器示意图

190 多效蒸馏水机工作流程 蒸发器的另一个立式筒体应采用双列管结构设计的U形管冷凝器。冷凝器作为多效蒸馏水机的一部分，这种特殊设计可以有效地排除气体。新鲜制备得到的注射用水温度达97℃，可以直接进入加热贮罐和分配系统，而无需再加热。 多效式蒸馏水机（图1-19）结构紧凑简洁，性能可靠。

191 图1-19 多效式蒸馏水机

192 多效蒸馏水机的结构 由于没有动力部件，蒸馏水机基本无需维修。
蒸发器安置有两个压力容器：其内部容器作为一个热交换器；而外部容器配备以双夹套结构，形成一个汽液分离系统。 蒸馏器可从装置的前方和后方移开。 由于分离的可靠性，通常多效式蒸馏水机进料水的电导率只要达到5μS/cm以上，即可以满足蒸馏要求。

193 多效蒸馏水机的结构 进水（纯化水）经过4~5只热交换器升温至大约150℃，然后进入第一级蒸发器开始蒸馏过程。
蒸发器的进水压力约为0.5MPa。 进入一号蒸发器的纯化水自上而下地在蒸发管内不断升温、蒸发，没被蒸发的纯化水及离心分离物则流人蒸发器的底部，通人二级蒸馏蒸发器，继续蒸馏。 各蒸发器间温度依次降低10℃左右

194 多效蒸馏水机工作流程 第一号蒸发器以锅炉蒸汽为热源，其他蒸发器则以前一个蒸发器的蒸发产生的纯蒸汽为热源；
第一号蒸发器以工业蒸汽为热源，工业蒸汽的冷凝水以废水排放，其他蒸发器因以纯蒸汽为热源，得到的冷凝水为去热原料水； 第一，第二号蒸发器的结构型式完全相同，中心管内部不通水；

195 图1-20 多效蒸馏水机流程示意

196 多效蒸馏水机工作流程 从第三号蒸发器起，蒸发器的冷凝水水质已经达到了注射用水标准，该冷凝水经冷凝器进入蒸馏水贮罐，部分注射用水经中心管（热交换）进入冷凝器； 最后一效蒸发器，即第四号（四效蒸馏水机）或五号（五效蒸馏水机）的蒸发器下部有母液排放口，废气排放口设在冷凝器上部； 系统流程中的4~5只立式热交换器均无蒸馏功能；

197 多效蒸馏水机工作流程 当多效蒸馏水机的进水电导率高于设定值时．蒸馏水机停止运行； 多效蒸馏水机的蒸馏水收率一般在90％~95％。

198 多效蒸馏水机的结构 多效蒸馏水机的所有热交换器（蒸发器、冷却器）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。
第一个冷凝器、预加热器、后冷凝器和最终冷却装置由两条独立的管路组成，以符合GMP要求。 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。

199 多效蒸馏水机的结构 多效蒸馏水机的制造材料，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十电抛光镜面处理，设备管道的连接全部采用自动轨迹TIG焊接。 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。

200 多效蒸馏水机的结构 蒸发器（柱）、预加热器和最终冷凝器等受热部件的外表面，从安全、卫生、节约能耗诸方面考虑，应覆盖＞30mm厚的矿锦保温层，保温层的外部还应覆盖一层304不锈钢抛光薄板。 多效蒸馏水机应根据中国压力容器标准规范制造并按该标准安装验收。 多效蒸馏水机的控制和仪表，应能确保设备的全自动运行，根据以周为计时标推的计时器或蒸馏贮罐的水位控制，开始工作或停止工作。

201 多效蒸馏水机的结构 设备开始工作10min以后，应开始生产出注射用水。
最初一段时间生产出来的产品可以在控制系统的管理下自动流到废液贮罐．多效蒸馏水机还应能够保证对设备自身进行纯蒸汽消毒。 此后，当蒸馏水机出水的导电值达到预设定值标准时，蒸馏水自动进入贮罐，此时注射用水的导电率则被自动记录下来。

202 二、汽压式蒸馏水机 汽压式蒸馏水机（如图1-21）生产的蒸馏水在使用F硬度0°的软水作为源水时，可以获得1μS/cm的电导率。
使用1μS/cm的去离子水作为源水时，最终得到的蒸馏水的电导率可达到0.3μS/cm。 这类蒸馏水机的出水温度可设定在25~30℃间，也可调节到85℃以上。 源水的使用压力在0.1MPa左右时，能得到完全去除氧气、pH大约为7的注射用水。

203 图1-21 汽压式蒸馏水机

204 二、汽压式蒸馏水机 汽压式蒸馏水机的优点是；得到的蒸馏水水质较好；可以任意调节获得25℃的冷蒸馏水或85℃的热蒸馏水；蒸馏水的生产在只需要0.1MPa的压力，并不需要一个压力系统；设备可以使用去离子水或软化水；具有最大的能源利用效率；在制备蒸馏水的整个过程中均不需要消耗冷却水；运行可靠且较安静。

205 二、汽压式蒸馏水机 内容： 运行原理 构造特点

206 运行原理 汽压式蒸馏水机的运行如图1-22所示，它基于允许最大热能效率的热泵原理。
至少是符合饮用水标淮的原料进水（通常采用纯化水）经过在蒸馏水热交换器(3)或浓缩热交换器(4)后，再通过不凝性气体排出器预热(8)交换，然后逆流通过进入设备蒸发器本体中蒸发冷凝器(2)的管于内，在蒸发冷凝器(2)的下部设有蒸汽盘管加热器(17)和电加热器(g)，锅炉蒸汽加热盘管(17)或电加热元件(9)提供的能量使蒸发冷凝器内的源水加热至沸腾汽化状态。

207 图1-22 汽压式蒸馏水机流程图 1-蒸发器；2-蒸发冷凝器；3-蒸馏水热交换器；4-浓缩热交换器；5-压汽机；6-液位指示计；7-流体静压柱；8-空气热交换器；9-加热元件；10-蒸馏水泵；11-浓缩水泵；12-进水；13-蒸馏水出口；14-浓缩水排出；15-常规排水；16-不凝性气体出口；17-锅炉蒸汽加热盘管；18-凝结水出口；19-疏水器；20-除雾装置；21-呼吸除菌过滤器

208 运行原理 蒸发冷凝器(2)中蒸发出来的二次蒸汽进入蒸发器(1)，此时蒸发器内的温度为105℃，再经过除雾装置(20)以去除由于蒸汽速度过快而带入的雾状液滴、固体物质和杂质，除沫后的蒸汽进入压汽机(5)，此时的蒸汽被压缩、温度高达l20℃。 压缩后的高温压缩蒸汽重新进入蒸发冷凝器(2)的冷凝管之间冷凝成为蒸馏水，再利用这部分高温压缩蒸汽释放的汽化潜热使管内的水蒸发，此时，蒸发冷凝器内的水受热蒸发沸腾，产生二次蒸汽，再进人蒸发器内，去除其中的雾状液滴，进入压气机内压缩，重复前面的过程。

209 运行原理 冷凝物在流体静压柱(7)中还原并进入蒸馏水交换器(3)．放热和在蒸馏水泵(10)的压力下，蒸馏水(13)输出。
浓缩液由浓缩液泵(11)输送至释放热量给原料进水的交换器(4)。 在流体静压柱内释放的不凝性气体，被送进预热进水的冷凝器中(8)。

210 运行原理 由于极低的蒸发率和蒸发腔室的高度，使其靠重力能保证蒸发器中纯蒸汽的净化。除雾装置增加了特别的保护措施。大容量的流体静压蒸馏柱制造出的蒸馏物能减少不凝性气体的缓冲区域。

211 构造特点 汽压式蒸馏水机的设计和尺寸应保证最大的工作效率、较长的寿命和易维修保养。
设备的构件应完全使用经过高精度表面抛光处理和钝化处理的316L不锈钢材料制造。 不锈钢的接缝采用自动轨迹TIG钨极惰性气体保护电弧焊接。 设备中使用的垫圈采用卫生级的聚四氟乙烯材料制造。 设备的保温材料采用矿棉，并用304L不锈钢薄板包裹保温材料表面。

212 构造特点 蒸汽加热盘管材料采用无缝管。 不凝性气体的热交换器采用双管板式结构，以避免当热交换器出现泄漏时产生的交叉污染。
预热器采用盘管式热交换器。 蒸馏压缩泵应采用316L不锈钢制造。 蒸汽压缩机应具有高效率的旋转活塞和高性能的制造保证，压缩机的旋转速度非常低，以使压缩机具有最小的机械磨损和压力，构造简单，最少的维修保养费用和较安静的运行环境。

213 构造特点 蒸汽压缩机与纯蒸汽接触部分应由惰性的特殊合金制成，不应有在超纯蒸汽的作用下对压缩机产生腐蚀。
压缩机表面可镀镍处理或完全采用不锈钢材料制造。 压缩机的两个回转轴之间的传输应置于完全分离的变速箱内，防止任何形式的油污染产生。 汽压式蒸馏水机的控制系统应能根据贮罐的液位自控运行，应有预加热的调节系统、注射用水出口水质警报调节系统，设备能够方便的定期清洗。

214 三、其他形式的蒸馏水机 ① 塔式蒸馏水机 ② 电热蒸馏水器

215 ① 塔式蒸馏水机 塔式蒸馏水机是国内制药工业中传统的蒸馏水设备，其结构原理如图1-23所示。 主要由蒸发器、隔沫除雾装置和冷凝器等部件组成。

216 图1-23 塔式蒸馏水机

217 ① 塔式蒸馏水机 塔式蒸馏水机的工作原理是在制备蒸馏水时，先往蒸发器内送入纯化水，水位保持大半蒸发器的高度。
① 塔式蒸馏水机 塔式蒸馏水机的工作原理是在制备蒸馏水时，先往蒸发器内送入纯化水，水位保持大半蒸发器的高度。 然后打开进汽阀门，送入的锅炉蒸汽经过蒸汽选择器去除蒸汽中央带的液滴，再通过盘管式热交换器经热交换后喷射人废气排出器中。 此时，不凝性气体、废气（二氧化碳、氨气等）从废气排出器的小孔中排出，回水则流入蒸发器内，作为蒸发器的补充水，而过量的水由溢流管排出。

218 ① 塔式蒸馏水机 塔式蒸馏水机蒸发器内的单级蒸馏水，受到盘管式换热器的加热持续蒸发，蒸发出的蒸汽通过隔沫除雾装置时，沸腾的泡沫和大量的雾状液滴被挡住。 流回到蒸发器内，蒸汽继续上升，而后碰到拱形的挡水罩时，蒸汽会绕过挡水罩上升，泡沫和雾滴再次受到控制并分离。 上升的蒸汽在塔的顶端冷凝器中冷凝后汇集到挡水罩四周的凹槽内，流人第二冷凝器内进一步冷却，最后形成成品蒸馏水。

219 ① 塔式蒸馏水机 塔式蒸馏水机由于其结构上的缺陷，去除热原的能力较弱，致使蒸馏水的质量不高(尤其是出水的电导率较高)．并且不能自动排出不合格的蒸馏水，目前已日趋淘汰，仅在一些小型的、非工业化的场合中采用。

220 ② 电热蒸馏水器 属于小型蒸馏水设备，多应用在无锅炉蒸汽的场合。
② 电热蒸馏水器 属于小型蒸馏水设备，多应用在无锅炉蒸汽的场合。 蒸馏器内安装有数个电加热器(管)，电加热器浸入水中加热水使水蒸发，如图1-24所示。 电热蒸馏水器为单蒸馏器，水只通过一次蒸馏，所生产的蒸馏水达不到注射用水的质量要求．只具有用于洗涤工艺的质量水平。

221 图1-24 电加热蒸馏器

222 ② 电热蒸馏水器 电热蒸馏水器通常试验国标饮用水作为冷凝剂，饮用水经过冷凝器后温度升高，再作为源水由漏斗加入蒸发器内，蒸发器利用漏斗上的溢流管维持合适的水位。 蒸发器内的水被电加热器加热汽化，得到的二次蒸汽经过挡板去除其中的雾状液滴，然后进入冷凝器进行热交换，最后被冷凝成为蒸馏水。

223 四、多效式蒸馏水机与压气式蒸馏水机的性能比较
① 运行特点 ② 设备的调节 ③ 蒸馏水出水的可调节性 ④ 能耗

224 运行特点 多效蒸馏水机的运行过程无运转动力部件，动力消耗小，操作过程安静，维修量较小，寿命较长。
汽压式蒸馏水机有蒸汽压缩机等传动、运转部件，有一定的噪声。有易损零部件，维修量较大。

225 设备的调节 多效蒸馏水机仅调节进水和锅炉蒸汽，控制简单、调节比较方便。整机启动较快（大约需要10~15min）。

226 蒸馏水出水的可调节性 多效式蒸馏水机的出水大约在95℃以上，不用加热即可能够满足GMP贮水在80℃以上的要求。但不能提供冷蒸馏水。
汽压式蒸馏水机的出水可根据用途要求在25—85℃之间随意调节。

227 能耗 多效蒸馏水机的锅炉蒸汽耗量大，但不用动力电。 汽压式蒸馏水机锅炉蒸汽耗量小，制备过程中不需要使用冷却水，需要动力电。
两者综合能耗相差不大。表1-10为多效式蒸馏水机与汽压式蒸馏水机的几个性能指标的比较。

228 能耗 表1-10 两种蒸馏水机的技术经济、性能比较

229 §1.3.2 反渗透法 美国药典从第19版开始，已经将反渗透法收载为法定的注射用水生产方法之一。
由于反渗透系统在常温条件下运行，反渗透滤器并不具备可靠的抗微生物污染的能力。 因此，使用反渗透系统制备注射用水出现微生物污染的情况并不少见。 使用反渗透系统来制造注射用水，至少要采用两个反渗透处理单元串联，即采用两级反渗透系统。

230 §1.3.2 反渗透法 此外，反渗透单元的进口和下游管路中还应安装大功率的紫外线杀菌灯，以控制反渗透器的进水和出水的微生物指标，尤其要求控制因系统停用时倒流回来的水对反渗透滤膜的污染。 使用反渗透制备注射用水时，还应对反渗透系统中安装的阀门严格注意，若是在系统中安装了球阀，就会给系统带来污染的风险。 因为这种阀不是卫生级的阀门，不应在注射用水系统中采用。

231 §1.3.2 反渗透法 因为当阀关闭时，球阀的中心部分有水存留，是一盲区，易于长菌，有可能成为水系统生物污染源。
注射用水系统应采用卫生级的隔膜阀，而且其隔膜片应对注射用水无毒、无析出物、无添加物。 反渗透系统制备注射用水应说明的另一个问题是，可在其贮存及分配系统采用80℃以上循环的方法。 采用反渗透装置生产注射用水。

232 §1.3.2 反渗透法 要特别注意在这种系统中应尽量避免采用PVC或某些不适于注射用水输送的塑料管。
由于反渗透系统是一个典型的冷水系统，系统中接头处极易受到污染。 PVC管的潜在问题是具有浸出性，假如一个反渗透系统生产出的注射用水被证实符合药典的要求，但没有保证其配水管道系统中采用的PVC或某种类型的塑料管无浸出性的证据，则这个系统仍是无法接受的。

233 §1.3.2 反渗透法 不过，并非所有非金属管道都不适用于输送注射用水，例如PVDF材料是一种高卫生性能的热塑材料，可以广泛的适用于生命科学领域的用水系统中。 使用反渗透系统制备注射用水时，还应注意系统中除菌过滤器的设置。

234 §1.3.2 反渗透法 有时，为提高出水的微生物指标，在反渗透系统中设置孔径为0.22μm的除菌过滤器，应注意到，使用该过滤器后的出水指标水平较高，可能会掩盖整个系统中微生物污染的程度，而当这种系统中内毒素成为首要考虑的问题时，设置一个除菌过滤器可以降低微生物污染，但不一定能降低系统内部的内毒素污染。

235 §1.3.2 反渗透法 如果在一个水系统中安装过滤器，则安装目的应非常明确，即去除微粒还是除菌。
此外，应在该系统的标准操作规程（SOPs）中规定过滤器更换的频率。 在水系统循环管道中，原则上不提倡使用除菌过滤器。 尽管除菌过滤器可以改善过滤器下游的微生物指标，但当注射用水系统停止工作，系统内部水不再流动时，被截留在除菌过滤器上游的微生物可能会重新成为系统中的污染源。

236 §1.3.2 反渗透法 应使用热力或紫外等方法控制系统内的微生物污染。
用于制备注射用水的反渗透系统中所使用的薄膜过滤器。其孔径应较大，主要用来过滤大的粒子，保护反渗透膜，防止其堵塞。 除菌过滤器主要应该设置在注射用水的各个用水点，单向使用，不应参与水的循环过程。

237 §1.3.3 超过滤法 超过滤法是一种选择性的膜分离过程，其过滤介质被称为超滤膜，原理及性能已详细介绍。
超过滤膜由高分子聚合而成，膜的孔径大约为0.02~0.54μm，界于微孔滤膜和反渗透膜的孔径之间，能够有效地去除源水中的杂质，如胶体大分子，致热原等杂质微粒。

238 §1.3.3 超过滤法 超滤系统的过滤过程采用切向相对运动技术，即切向流技术，使过滤过程在滤膜表面切向流过时完成，大大降低了滤膜失效的速度，同时又便于反冲清洗，能够较大地延长滤膜的使用寿命，并且有相当的再生性和连续可操作性。 这些特点都表明，超滤技术应用于水过滤工艺是相当合适有效的。 应当指出，目前在制药行业中，超过滤技术更多地用在浓缩和提取药物的有效成分，而不是用于制水。

239 §1.3.4 蒸馏法的优点及法定地位 由于注射用水是制药工业用量最大使用最为广泛的原辅材料，确保药品的质量，必须首先确保注射用水的质量。
从这一目标出发，各国根据本国的实际糟况，对注射用水的生产方法作了十分明确的规定。

240 §1.3.4 蒸馏法的优点及法定地位 USP（24版）规定．注射用水必须由符合美国环境保护协会或欧共体或日本法定要求的饮用水经蒸馏或反渗透纯化而得。 欧洲药典（1997版）规定“注射用水为符合法定标淮的饮用水或纯水经适当方法蒸馏而得”。 中国药典（2000版）规定，本品（注射用水）为纯化水经蒸馏所得的水。

241 §1.3.4 蒸馏法的优点及法定地位 由此可见，蒸馏是世界各国公认的制备注射用水首选方法，历史悠久，结果可靠，蒸馏设备随着科学技术的进步不断改善，不仅提高了注射用水的质量，而且对源水的质量的要求不再那么苛刻。

242 §1.3.4 蒸馏法的优点及法定地位 例如，一些特殊型号蒸馏水机能以电导约在400μS的深度软化水为源水，稳定地生产出符合现行美国药典要求的注射用水， 蒸馏水机生产厂能为用户在多次蒸馏水机中心的主管中，再增加一只旋风分离器，以致在源水热原及微生物污染水平不甚稳定的情况下，仍能稳定有效控制出水质量。

243 §1.3.4 蒸馏法的优点及法定地位 从另一方面来看，蒸馏过程是一个热处理过程，以多效蒸馏水机为例，第一个蒸发器的温度高达150℃，最后一个约在110℃，蒸馏过程同时又是消毒灭菌过程，在蒸馏水机新鲜注射用水的出口处取样总是检不出菌，这是众所周知的事实。 系统及水质稳定、可靠、使用安全是制药企业将蒸馏作为注射用水首选制备方法的主要原因。

244 §1.3.4 蒸馏法的优点及法定地位 至于反渗透，尽管用它制备注射用水在理论和实践上是可行的，在先进工业国家，使用反渗透材料符合要求，其制备工艺成熟可靠，水质可以达到药典规定的指标，故为美国药典所收载。 但是，从总体上说，反渗透系统的稳定性不如蒸馏法。

245 §1.3.4 蒸馏法的优点及法定地位 当反渗透系统成功地生产出符合标准的注射用水时，另一个必须考虑的问题则是注射用水的储存与分配，世界各国在GMP中均对注射用水的储存及分配作了明确的规定，WHO的GMP（1992版）第17.33指出：水处理系统的设计、安装和维护应能确保供水达到适当的质量标准。 水系统不应超设计负荷运行。

246 §1.3.4 蒸馏法的优点及法定地位 在水的生产、贮存和输送过程中，应采取防止微生物生长的措施，如在80℃以上或-4℃以下连续循环。
我国《药品生产质量管理规范》（1998年修订）第三十四条也规定纯化水、注射用水的制备、储存和分配应能防止微生物的滋生和污染。 贮罐和输送管道所用材料应无毒、耐腐蚀。 管道的设计和安装应避免死管和盲管。

247 §1.3.4 蒸馏法的优点及法定地位 贮罐和管道要规定清洗、灭菌周期。 贮罐的通气口应安装不脱落纤维的疏水性除菌滤器。
注射用水的储存可在80℃以上保温、65℃以上保温循环或4℃以下存放。 要是将药典的规定及GMP有关条款撇在一边不谈，只谈系统的工艺技术及运行管理，绝大多数制药企业，从实际出发，必然选择蒸馏法，因为他们十分清楚，与其将注射用水降到4℃以下循环，远不如采用在蒸馏后接一个热循环系统合算。

248 §1.3.4 蒸馏法的优点及法定地位 超过滤方法制备注射用水确实也可以制备符合药典要求的注射用水。国内也有采用此法制备注射用水的情况，然而由此法制备的注射用水不得用于药品的生产，因为没有一个国家的药典收载这一方法。

249 §1.4、工业蒸汽及纯蒸汽的制备 介绍: § 工业蒸汽的制备 § 纯蒸汽的制备 § 工业蒸汽与纯蒸汽的历量差异

250 §1.4、工业蒸汽及纯蒸汽的制备 制药企业广泛地使用蒸汽，本节拟通过对工业蒸汽及纯蒸汽的制备方法的阐述，使读者理解二者的差别，以便在制药过程中正确选用蒸汽，避免误用。

251 §1.4.1 工业蒸汽的制备 在药品生产中大量地使用锅炉蒸汽，锅炉蒸汽又称工业蒸汽。
§ 工业蒸汽的制备 在药品生产中大量地使用锅炉蒸汽，锅炉蒸汽又称工业蒸汽。 目前我国生产的工业锅炉，普通采用的水循环方式是自然循环，因此在讨论工业蒸汽制备方法时，需对自然循环原理及锅炉的主要部件作一简要介绍。

252 图1-25 自然循环原理

253 § 工业蒸汽的制备 自然循环的原理可以参见图1-25，锅中水的循环回路是由上锅筒、下降管、下集箱和上升管（即水冷壁）组成一个连通器。 下降管布置在炉膛外面．它不受热，管内流动的是水。 上升管布置在炉膛内，受到高温热辐射，其中的水有一部分汽化变成水蒸气，故上升管内是汽水混合物。

254 § 工业蒸汽的制备 由于汽水混合物的重度γqs，比不受热的下降管内水的重度为γs小，于是就产生了一个流动压头，形成了如图1—25中箭头所示的有规律地、连续地循环流动回路。 这时上升管内的汽水混合物上升进入上锅筒，蒸汽被分离出来由上部的蒸汽引出管排出；而水又重新进入下降管向下流人下集箱，继续进行再次循环。 锅筒是锅炉的关键组成，它是汇集、贮存、净化蒸汽和补充给水的圆筒形容器。

255 §1.4.1 工业蒸汽的制备 工业锅炉的锅筒一般是由12~40mm厚的锅炉钢板或合金钢板制成。
§ 工业蒸汽的制备 工业锅炉的锅筒一般是由12~40mm厚的锅炉钢板或合金钢板制成。 根据锅炉形式不同，一台锅炉有一个、两个甚至三个以上锅筒。 由于它们的位置和作用不同，一般将上锅筒叫汽包，下锅筒叫泥鼓。 近代中型以上的中、高压锅炉，多数为单锅筒，直流锅炉已完全取消了锅筒，这样，既可节约价格昂贵的合金钢材，又加工简单。

256 §1.4.1 工业蒸汽的制备 上锅筒下部连接许多上升管和下降管，上部接出饱和蒸汽管，给水管接至内部配水槽上，补给水。
§ 工业蒸汽的制备 上锅筒下部连接许多上升管和下降管，上部接出饱和蒸汽管，给水管接至内部配水槽上，补给水。 为了改善汽水品质，在锅筒内部装置汽水分离器和排污装置。 汽水分离器分为隔板式、百叶窗式和旋风分离式等多种，目的是将蒸汽中的水分和盐分分离出来。 排污装置则是装在水面下10cm左右的排污管，将浓缩的含盐分较高的炉水连续排出炉外，改善炉水品质。

257 §1.4.1 工业蒸汽的制备 为保证锅炉安全运行，在上锅筒的一端装有两只以上水位计，顶部装有两只安全阀，一只排空阀和压力表接出管。
§ 工业蒸汽的制备 为保证锅炉安全运行，在上锅筒的一端装有两只以上水位计，顶部装有两只安全阀，一只排空阀和压力表接出管。 在制备工业蒸汽时，源水经处理后压入锅筒，在加热过程中，部分水汽化．汽水混合物在锅筒内纯化分离，成为工业蒸汽，送入输送管道，同时，锅炉水不断补充，浓水不断排放，以保证蒸汽达到一定的纯度。 锅炉用水必须经过适当处理。

258 § 工业蒸汽的制备 工业蒸汽源水的水质直接影响到它在相关制药工艺中的应用，因为制造工业蒸汽的锅炉并不像蒸馏水机那样带高效的汽雾分离器或隔沫装置，水质的优劣一则影响锅炉的效率和使用寿命，也会影响到制药工艺相关的使用环节。 另一个重要因素是工业蒸汽的传送，工业蒸汽的输送管道通常都用碳钢，进了制药车间后才会与不锈钢管道相接，因此，工业蒸汽夹带的杂质往往比经处理过的源水还要差。

259 §1.4.1 工业蒸汽的制备 为了减少工业蒸汽带来微粒及铁锈方面的污染，可选择金属复合膜过滤器将工业蒸汽过滤。
§ 工业蒸汽的制备 为了减少工业蒸汽带来微粒及铁锈方面的污染，可选择金属复合膜过滤器将工业蒸汽过滤。 金属复合膜透气性良好，且能耐180℃的高温，是较理想的工业蒸汽过滤器。

260 § 纯蒸汽的制备 概述: 纯蒸汽的制备有两种方法，一种是从多效蒸馏水机第一个蒸馏器中得到，相当于一效蒸馏法；另一种是用专门的纯蒸汽发生器制得。 用于制造纯蒸汽的源水有两种，纯化水或注射用水。 在这两种情况下，得到的蒸汽纯度都达到了同样的质量水平。 本节主要介绍纯蒸汽制备设备的结构、工作原理及其他相关的问题。

261 § 纯蒸汽的制备 本节内容: ⑴ 纯蒸汽发生器 ⑵ 多效蒸馏水机自产纯蒸汽

262 ⑴ 纯蒸汽发生器 本节内容: ① 工作原理 ② 构造特点 ③ 性能特点 ④ 质量影响因素 ⑤ 纯蒸汽质量监控 ⑥ 源水的预处理

263 ⑴ 纯蒸汽发生器 使用纯蒸汽发生器的一个重要的目的是要得到已去除细菌内毒素的蒸汽。
⑴ 纯蒸汽发生器 使用纯蒸汽发生器的一个重要的目的是要得到已去除细菌内毒素的蒸汽。 这种蒸汽除物理状态不同以外，具有与注射用水相同的内在品质。 例如进水的电导率在10μS/cm以内时，产出的纯蒸汽电导率通常在0.2~0.5μS/cm，最大1μS/cm。 通常情况下，纯蒸汽发生器的设计水平是：从带有汽液分离装置的纯蒸汽发生器中取出的纯蒸汽的冷凝水，其热源水平应比加入纯蒸汽发生器的源水的热源水平减少3~4个对数单位。 纯蒸汽发生器原理如图1-26所示。

264 图1-26 纯蒸汽发生器原理示意 图1-27 纯蒸汽发生器

265 ⑴ 纯蒸汽发生器 纯蒸汽发生器多为垂直式（如图1-27），其原则流程如图1-28。
⑴ 纯蒸汽发生器 纯蒸汽发生器多为垂直式（如图1-27），其原则流程如图1-28。 单独的蒸发空间和汽液分离装置可以作为蒸发器放在同一个容器内或装在不同的容器中。 所有的纯蒸汽发生器，都具有蒸发器和热交换器，都使用锅炉蒸汽作为热源。 热交换器（包括蒸发器）均为双管板式的设计，以防止来自锅炉蒸汽的污染。

266 ① 工作原理 源水通过泵送入蒸馏器(柱)和热交换器的管道。 通过液面控制器使蒸馏器内液面达到稳定水平。
① 工作原理 源水通过泵送入蒸馏器(柱)和热交换器的管道。 通过液面控制器使蒸馏器内液面达到稳定水平。 锅炉蒸汽或过热水进入热交换器，使蒸馏器内的水达到蒸发温度，蒸汽及未及完全蒸发的微小水珠的混合物，在旋风分离器中高速旋转，使含有不挥发性的热原物质和杂质微小水珠产生一个大的离心力．被抛向外侧并靠重力下落，进入底部，而已蒸发的水则以蒸汽的形式向上，进入分配系统。

267 ① 工作原理 源水不断进人，废水不断排出，纯蒸汽不断进入分配系统。
① 工作原理 源水不断进人，废水不断排出，纯蒸汽不断进入分配系统。 由纯蒸汽发生器所产生的纯蒸汽的压力，一般在0~0.6MPa之间．可供工艺用水系统及其他工艺设备在线灭菌使用。 在一定的范围内，纯蒸汽发生器的产汽量和汽压可通过调节锅炉蒸汽的压力及进水量来实现。

268 1-源水进水；2-纯化水箱；3-蒸汽凝水；4-纯蒸汽出口；5-蒸馏器；6-加热器；7-蒸汽进口；8-给水泵；9-预热器
图1-28 纯蒸汽发生器流程图 1-源水进水；2-纯化水箱；3-蒸汽凝水；4-纯蒸汽出口；5-蒸馏器；6-加热器；7-蒸汽进口；8-给水泵；9-预热器

269 ② 构造特点 纯蒸汽发生器由两个平行的主要部件构成；一是具有双层胀接换热管端板的外壳和无缝管子束组成的蒸馏器，另一个是净化柱。
② 构造特点 纯蒸汽发生器由两个平行的主要部件构成；一是具有双层胀接换热管端板的外壳和无缝管子束组成的蒸馏器，另一个是净化柱。 这两个主要部件由316L不锈钢制造。密封垫圈的材料用注射级的聚四氟乙烯制造。 外壳与无缝管子束组成的蒸馏器可以拆卸，以作必要的维护及检查。 蒸馏器和热交换器以矿棉作保温材料，保护层的表面用AISI 304不锈钢抛光板材覆盖保护。

270 ② 构造特点 纯蒸汽发生器具有自动排除不凝性气体的装置，并有适当的控制系统，具有以下几个功能。
② 构造特点 纯蒸汽发生器具有自动排除不凝性气体的装置，并有适当的控制系统，具有以下几个功能。 通过蒸馏器内部的液位控制，自动调整进水量。进水量不足或过大时，有警报和自动停机装置； 通过自动调节锅炉蒸汽阀的压力，以便在0~0.6MP范围内调节所需所生产的纯蒸汽压力。 可通过可编程序控制器(PLC)对纯蒸汽发生器的产汽工序进行自动控制。

271 ③ 性能特点 制药用水系统在线灭菌使用的纯蒸汽发生器，可以根据生产要求在0~100％的产汽范围内调节。
③ 性能特点 制药用水系统在线灭菌使用的纯蒸汽发生器，可以根据生产要求在0~100％的产汽范围内调节。 能够自动地调节蒸馏器的进水量和锅炉蒸汽的压力，使运行处在匹配的运行状态，确保纯蒸汽发生器达到设定的去除热原的能力。 蒸馏器内的升温速度和贮水量，能够满足纯蒸汽发生器在很短的时间内从开机达到正常状态。 操作过程噪声小．设备维修方便，不需特别的空间及高度。

272 ④ 质量影响因素 纯蒸汽发生器的操作比较简单。
④ 质量影响因素 纯蒸汽发生器的操作比较简单。 纯蒸汽的生产需控制锅炉蒸汽的压力及进水量，因此需要一个锅炉蒸汽的控制阀及蒸发器内部的液位控制装置。 锅炉蒸汽的压力必须高于纯蒸汽的压力，压差越大，纯蒸汽的产量就越多。 为了得到合适的纯蒸汽产出，锅炉源蒸汽的汽压应比普通制药用锅炉蒸汽压（例如一般灭菌设备使用的加热蒸汽）至少高出0.3~0.4MPa，锅炉蒸汽的消耗量比所得的纯蒸汽高l0％到20％。

273 ④ 质量影响因素 在匹配情况下，蒸发器热交换表面的温度差接近最大值，以保持蒸汽发生器有大的产出。
④ 质量影响因素 在匹配情况下，蒸发器热交换表面的温度差接近最大值，以保持蒸汽发生器有大的产出。 如果锅沪蒸汽压力在最大值附近，而纯蒸汽压力却在最低值时，通过汽液分离器的汽流速度太大，会将含有内毒素的雾状水珠带入纯蒸汽，影响蒸汽质量。 因此设备带警报装置并有自动关闭功能，防止流速过大，确保纯蒸汽的质量。 另一方面，当纯化水的进水量太大时，来不及蒸发的微小水珠容易夹带人纯蒸汽中，导致纯蒸汽质量失控。 会造成产品质量方面的风险。

274 ⑤ 纯蒸汽质量监控 纯蒸汽纯度需要在工艺使用点控制。取样可使用专用取样装置，它由取样阀及一冷凝换热装置组成。
⑤ 纯蒸汽质量监控 纯蒸汽纯度需要在工艺使用点控制。取样可使用专用取样装置，它由取样阀及一冷凝换热装置组成。 也可采用实验室冷凝器，但须注意安全。取样时，用纯蒸汽汽流冲流取样管并使纯蒸汽样品冷却，成为冷凝水（应为注射用水）。 按注射用水的标准对冷凝水的质量进行检验及评估。

275 ⑥ 源水的预处理 纯蒸汽发生器使用纯化水或注射用水为其源水，主要有以下三个方面的原因。
⑥ 源水的预处理 纯蒸汽发生器使用纯化水或注射用水为其源水，主要有以下三个方面的原因。 ①防止纯蒸汽发生器内部形成水垢 纯蒸汽发生器的运行温度高，源水的总溶解固体必须处在很低的水平，特别是源水中硅的含量。纯蒸汽设备说明书中一般规定硅的含量须低于l×10-6，此外，源水的硬度应检测不出。

276 ⑥ 源水的预处理 ②防止蒸汽发生器及其管道系统腐蚀 在高温条件下，水有很大的腐蚀性，氯离子对不锈钢材料的腐蚀性更大。据文献报道，游离的氯离子通常集中在纯蒸汽发生器及系统管道内的某些区城的细小缝隙中，可达到几十或几百个l×10-6，而在发生器流动的蒸汽中，游离的氯离子的浓度则大大少于l×10-6。在上述的某些区域的细小缝隙中，浸在高温水中不锈钢材料出现腐蚀，随时间的推移，开始呈麻点状的腐蚀，可变为材料线性破裂，通常称为腐蚀破裂，此时，管道将出现泄漏，危及产品质量。

277 ⑥ 源水的预处理 ③防止易挥发物质危及产品质量 蒸馏中难以分离的易挥发物，如胺、醛等等，虽然蒸馏水机及纯蒸汽发生器均有排气装置，但它们一经进入源水中，就会给蒸汽带来质量的风险。 后二项与药品质量相关，因此，对源水的要求可追溯到药典对药品的质量要求。这是纯蒸汽必须使用纯化水及注射用水为源水的根本原因。也是在纯蒸汽发生器进水口处，设电导报警及自动控制设备的理由。

278 ⑵ 多效蒸馏水机自产纯蒸汽 纯蒸汽也可从多效蒸馏水机的蒸馏器中得到，如图1-29所示。
⑵ 多效蒸馏水机自产纯蒸汽 纯蒸汽也可从多效蒸馏水机的蒸馏器中得到，如图1-29所示。 这时多效蒸馏水机的第一个蒸发器通常需用两个隔离阀：一个控制纯蒸汽，不使其进入第二个蒸发器；另一个阀用以控制通往使用点的纯蒸汽。

279 图1-29 多效蒸馏水机制备纯蒸汽流程图

280 ⑵ 多效蒸馏水机自产纯蒸汽 通常，当多效蒸馏水机的蒸馏器生产注射用水时，它不一定能同时又生产纯蒸汽，或在生产纯蒸汽时，不一定能同时满足生产注射用水的需要，水和汽的生产有时会出现矛盾，特别是当生产的实际情况与原设计出入较大时，这种矛盾就会比较突出，这一点应在设计时即予注意。

281 § 工业蒸汽与纯蒸汽的质量差异 工业蒸汽与纯蒸汽存在明显的质量差异，差异来处三个方面：一是源水的质量，二是蒸汽生产过程中分离器的设计及分离效率，三是蒸汽生产设备的材料及加工要求不同。 它们之间的差异最终可用其冷凝水的质量来评估。 应当从二者的差异及其对产品质量的影响来决定在何种情况下使用工业蒸汽或者纯蒸汽。

282 第2章 制药用水系统设备选型 本章内容: §2.1 制药用水系统设备的特殊要求 §2.2 制药用水系统中公用设备的选用

283 §2.1 制药用水系统设备的特殊要求 本节内容: §2.1.1 对纯化水系统设备的特殊要求 §2.1.2 对注射用水系统设备的特殊要求
§2.1 制药用水系统设备的特殊要求 本节内容: §2.1.1 对纯化水系统设备的特殊要求 §2.1.2 对注射用水系统设备的特殊要求 §2.1.3 对纯蒸汽系统设备的特殊要求

284 §2.1.1 对纯化水系统设备的特殊要求 对于纯化水系统来说，水处理流程中的微生物控制始终贯穿于整个处理过程。
应该根据工艺用纯化水系统内部所采用的水处理设备的功能和特点，围绕控制和减少微生物的污染作文章。 另外，还应该根据所选用的消毒方法，恰当的选择设备的制造材料。

285 §2.1.1 对纯化水系统设备的特殊要求 纯化水设备还应具备无不流动死水段的特性，全部设备都应该具有能够将系统内部余水放空的能力，系统外部的水不会倒流回系统而产生污染。 总之，纯化水处理设备和系统管道均应有防止污染和定期消毒处理、降低生物负荷或恢复至原有生物负荷水平的能力。

286 §2.1.2 对注射用水系统设备的特殊要求 与纯化水系统的要求类似，并且更为严格。 注射用水系统尤其重视微生物指标的控制。
注射用水系统中的主要设备为蒸馏水机、贮罐、卫生级输送水泵、阀门和输送管道。 对于这些设备或零部件，注射用水系统的特殊要求与纯化水系统相比较近乎于苛刻。 主要的原则是控制蒸馏水出水的质量，蒸馏水机能够对自身进行灭菌、以防止蒸馏水机的蒸馏水出水与冷却水可能产生的交叉污染，水泵的卫生管理，系统管道对微生物的滞留和滋生情况，系统用纯蒸汽灭菌等等。

287 §2.1.3 对纯蒸汽系统设备的特殊要求 纯蒸汽设备首先应能生产出具有注射用水同样水质指标的纯蒸汽，纯蒸汽的压力在克服管道系统阻力的基础上，能够满足灭菌设备或对系统管道进行湿热灭菌的压力与温度要求。 纯蒸汽设备和管道在不使用的时候，能够与大气隔离，不会受到空气中微生物的污染。 纯蒸汽设备和蒸馏水机一样，蒸馏器的换热部分应能够防止冷却水泄漏对纯蒸汽产生的污染。

288 §2.2 制药用水系统中公用设备的选用 本节内容:
§2.2 制药用水系统中公用设备的选用 本节内容: § 水泵 § 换热器 § 灭菌消毒设备 § 过滤器

289 §2.2.1 水泵 制药用水系统中水的输送主要靠离心泵。
§ 水泵 制药用水系统中水的输送主要靠离心泵。 离心泵的主要结构是叶轮和机壳，机壳内部的叶轮固装在电动机的转轴上，当电动机带动叶轮旋转时，机内流体便获得了流动的能量。 制药用水系统中使用的泵应满足卫生级(sanitary)要求，除要求泵具有通常的流体性能外，还需要特别考虑微生物的控制能力。 常见的卫生型离心泵的结构如图6-l所示：

290 图6-1 卫生型离心泵结构示意图

291 §2.2.1 水泵 当机壳内叶轮随着电动机转轴旋转时，叶片间的液体也随着叶轮的旋转而得到离心力，并使液体从叶片之间的开口处抛甩出来。
§ 水泵 当机壳内叶轮随着电动机转轴旋转时，叶片间的液体也随着叶轮的旋转而得到离心力，并使液体从叶片之间的开口处抛甩出来。 被抛甩出的液体挤入机壳，使机壳内部的液体压力增高，最后液体从导向出口排出。 液体被抛甩出泵体后，叶轮中心部分的压力降低。 泵体外进水口处的液体就能够从泵的吸人口通过叶轮前盘中央的孔口吸入，源源不断地输送液体。

292 ㈠ 普通给水泵 一般情况下，制药用水系统的水泵采用离心泵。针对制药用水的基本要求，水泵的进水方式使用从贮罐中抽水的方法。
通常，在普通的供水系统中设置水泵时，喜欢安装两台泵，一开一备，以提高供水的保险性。而在制药用水系统中，尤其是对系统出水的微生物指标要求很高的注射用水系统中，为控制系统中生物负荷，避免出现某个时间段内系统中某段存在不流动水(有利于微生物繁殖)的情况，提倡只设置一台水泵，此时备用泵只能以更换的方式准备。

293 ㈠ 普通给水泵 水泵从贮罐中抽水时，水泵的总扬程按下式计算：

294 ㈠ 普通给水泵 式中 H——水泵所需的总扬程，m； hb1——水泵吸水高度，即为泵轴至贮罐最低水位间的垂直距离，m；
h2——从最不利的用水点处流出的水的压头(此时管内流速为2m／s)，m。

295 ㈠ 普通给水泵 大多数情况下，工艺用水管道的设计，贮罐底部高于水泵吸水口，故hb1在多数情况下可忽略不计。

296 ①离心泵的类型 离心泵根据泵转轴的位置不同，可以分为卧式和立式两大类。还可以按照机壳型式、吸人方式、叶轮级数等分为若干种类，见表6一l。
制药用水系统中，最常使用的离心泵是单吸单级泵。这种泵所提供选用的流量范围大约是在4.5～100m3/h，扬程约为8～35m。

297 表6一l 离心泵的类型

298 ②离心泵的气蚀与安装高度 当泵的叶轮旋转工作时，入口处的液面压强会低于大气压，从而使液体源源不断地导入泵内。
当液面压力降低时，相应的汽化温度也降低，参见表6—2。 在一定的温度和压力下液面开始汽化，形成汽泡。

299 ②离心泵的气蚀与安装高度 这些汽泡随着液体进入泵内的高压区域，由于该区域压力较高，汽泡将迅速破碎，并在局部区域产生高频率、高冲击力的液击现象，这种液击不断地打击泵内零部件，叶轮受到的打击较大，因而在液轮表面形成蜂窝或海绵状，‘这种现象称为泵的气蚀。

300 ②离心泵的气蚀与安装高度 当汽泡不多、气蚀不严重时，对泵的运行尚影响不大；若气泡太多、气蚀严重时，泵的振动和噪声剧增，影响液体正常的流动，甚至会造成断流。 气蚀现象可由气蚀余量△h来表达。 △h越小，越容易发生气蚀。

301 ②离心泵的气蚀与安装高度 式中△h——泵入口处流体所具有的超过泵内部汽化压力的富裕量，即泵的实际气蚀余量，m；
p1——泵人口处流体的压强，mH2O； pv——液体温度下的汽化压力，mH2O；  ——指定温度下水的密度，kg／m3; v1 ——泵入口处流体的平均流速，（m/s）。

302 ③泵的安装高度 无论是纯化水系统或是注射用水系统，如前所述，由于控制微生物污染的原因，水泵总是安装在低于贮罐液面以下的位置，水泵吸水方式为灌注式。此时水泵的安装高度可由下式(6—3)确定：

303 ③泵的安装高度 式中 [Hg]——泵吸入口的安装高度，m； p0——贮罐中液面压力，m； h1——汽化压力，m。
通常，注射用水贮罐液面的压力p0经常可能等于汽化压力pv，因此

304 ③泵的安装高度 式中 △hmin——泵的临界气蚀余量，在一定的条件下△hmin与泵本身的结构(如泵的吸入口和叶轮的形状等)有关，是泵本身的性能之一，m； 0.3——中国为水泵安全运行规定的一个必须的气蚀余量值，m。

305 ③泵的安装高度 对一般清水泵来说，不发生气蚀的安全量为0.3m(对锅炉给水泵、冷凝泵等，制造厂只提供试验所得的△hmin，而由用尸自行决定安全量)。 此时，[Hg]的计算结果为负值，这表明象的安装位置必须处于贮罐液面的下方，从而使泵处于灌注式吸入管段下工作。 这样才能够保证泵内不会发生气蚀。 这一结果，又正好满足了制药用水系统希望采用灌注式吸水，便于必要时将系统内部水排放干净的要求。

306 ㈡ 卫生级泵 在制药用水系统中除了泵的运行效率以外，对其使用过程中的卫生要求也在不断提高。
通常，在水系统中周期性地受到假单孢菌属细菌的污染的原因多来自仅用于周期性运转的泵。 因此，卫生级泵(sanitary pumps，见图6-2)要求泵具有长效轴封，较低的噪声和高标准的卫生结构。 卫生泵必须通过循环清洁液进行完全清洁，并做到可以进行在线清洁(CIP)。

307 ㈡ 卫生级泵 在制药用水系统中，离心泵是最常见的水泵型式，离心泵主要用于输送低黏度产品。
如前所述，离心泵的原理是在叶轮叶片的旋转间，汇集部分物料，然后将其转送入叶轮通道，利用离心力将物料推出叶轮，使物料以较高压力和速率离开叶轮通道而输送出去。

308 ①卫生级泵的叶轮结构 就卫生和清洁结构的细节而言，泵应该设计成易拆卸的结构形式。
由于传统的闭式叶轮结构由铸铁制成，具有壳体缺陷，不能对泵体内部进行有效的清洁。 如果泵的叶轮由钢板冲压焊接制成，也不可避免地会有裂口，导致细菌存留。 因此，泵的叶轮应该是开式的，即叶片可以从前面取出，可以目测叶片与叶片之间的区域，确保可以发现泵体铸件内表面可能存在的孔眼。

309 如果需要的话，开式叶轮结构也便于进行内表面抛光。见图6—3。
图6-2 卫生级泵（sanitary pumps）示意图

310 ①卫生级泵的叶轮结构 为了提高泵的效率，开式叶轮在叶轮和后盖板之间留有约0.5mm的小间隙。
由于泵的轴承和热膨胀的限制，间隙要小于此值已很困难。 由于开式叶轮产生的轴向力要大于闭式叶轮，在叶轮的后盖板上设计有平衡孔。 平衡孔除了起到平衡的作用以外，这些孔在叶轮后面还能够起到增加循环的作用，因此，在线清洁期间可使泵的清洁达到最佳状态（见图6-4）。

311 图6-3 出水口为45º的卫生级水泵即开式叶轮的典型结构

312 图6-4 开始耶伦盖板上的平衡孔 图6-5 安装了螺纹轴的叶轮

313 ①卫生级泵的叶轮结构 卫生级泵的叶轮可以不用螺钉而通过一个螺纹轴固定到转轴上，这就能够使叶轮前部没有缝隙，容易清洁(见图6—5)。
此设计方案提供了最佳的卫生状态，而且优化了泵的入口状态，使泵的吸水要求非常低。 如果卫生级泵的叶轮通过螺钉来固定，所要求的静止密封装置应安装正确，不得有任何缝隙。 错误的密封安装方式会导致泵的清洁困难，从而可能会产生不卫生的状态（见图6-6，图6-7）。

314 图6-6 螺钉固定叶轮的正确结构 ①-螺钉；②-叶轮

315 图6-7 静止密封结构

316 ②卫生级泵的常见密封类型 卫生级泵的机械轴封在日常的在线清洁过程中必须恰当地清洁处理。
轴封必须由安全的材料制成(批准用于制药生产的)，以避免产品被污染。 同样，轴封也必须尽可能地减少缝隙(因为缝隙中易有物料残留)，并且轴封表面光洁度标准要高。 在产品可能沉积的地方，也必须具有尽可能少的缝隙和要求有高的表面光洁度。

317 ②卫生级泵的常见密封类型 卫生级泵的机械轴封应包括以下主要部件(见图6-8～图6-10)：
a．一个静密封环，安装在泵壳或后盖板中，用一个O型密封圈进行密封； b．一个动密封环，用一个O型圈将轴密封； c．弹簧，包括驱动环或部件。

318 ②卫生级泵的常见密封类型 通常的泵都安装有内部或外部机械轴封，其不同点在于轴封旋转部件位于物料区域的内侧(内部)或外侧(外部)。
图6—8所示为泵通常使用的内部轴封件。将旋转部件置于产品区域内，保证泵输送的介质围绕密封部件进行强制循环。 从卫生角度上看，轴封件结构上的缺点在于有缝隙，弹簧与轴之间有缝隙，动环和O型圈槽的接触处也有缝隙，残渣可能会存留在缝隙中。

319 图6-8 内部轴封 图6-9 内部轴封及罩式弹簧系统

320 ②卫生级泵的常见密封类型 在清洁时难以完全清除干净，有形成污染的可能性存在。
另一种卫生级泵的内部轴封如图6—9，它有一个罩式弹簧系统，弹簧系统中的弹簧和驱动装置安置在旋转的密封壳体内部，由两个。 型密封圈密封，以保证不让介质与弹簧相互接触，防止引起污染。

321 ②卫生级泵的常见密封类型 图6—10所示为典型的外部轴封形式。
它的优点是弹簧和驱动环位于输送的产品区域之外，这样就避免了缝隙，并避免在输送产品区域中存留细菌。 如果轴封件的结构正确，则有足够的液流来自叶轮中的平衡孔，通过轴封，使外部轴封更容易清洁。 从卫生的角度看，这是最佳方案。

322 图6-10 外部机械轴封

323 ③卫生级泵的其他密封类型 除了上述单端轴封以外，还有注水轴封和双端机械轴封两种轴封件的结构类型。 这些类型的密封适用于高要求的场合，例如：
a．泵送粘稠液体或晶体液体，如糖液； b．泵送磨蚀性液体； c．冷却密封以防止产品积垢，或因高温灼烧的密封；

324 ③卫生级泵的其他密封类型 d．当泵的进口压力很低时，即从真空槽泵送时，作为水瓶障，避免空气进入液体；
e．当泵输送无菌产品(如无菌注射用水或无菌药液）时，作为汽屏障，避免空气进入液体。

325 ③卫生级泵的其他密封类型 注水式轴封在结构上是由与单端轴封(主密封)相同的静止和旋转部件组成。
此外，由一个唇形密封件、一个密封的壳体和用于注入介质的两根注水管共同组成注水腔室，注水液(即工艺用水)由腔室流过，用以清洁或冷却密封件，或者在大气与泵送液体之间形成一个水屏障。

326 ③卫生级泵的其他密封类型 双端机械轴封在结构上是由与单端轴封(主密封)相同的静止和旋转部件组成。 此外，双端密封件还有一个密封的壳体。
用于注水介质的两根注水管，一个静密封环和一个动密封环(类似于主动密封环和静密封环)安装在密封壳体中紧贴副动密封环，并与主动密封环固定在一起。

327 ③卫生级泵的其他密封类型 这种结构组成了注水腔室，注水液由此流过。 此时，只有主密封与泵送的产品接触，副密封与注水介质接触。
它与单端面轴封一样提供了最佳的卫生状态。

328 ④物料接触部件 泵上所有与物料接触的部件表面，均应处于可进行有效清洁的状态，因此必须仔细考虑生产和处理的方法。
卫生级泵的泵壳通常是铸造或锻压制成的，其表面光洁度在某些情况下是足够的，但是仍需要作一些机械加工和最后的表面喷砂处理，以获得一个均匀的表面。 表面最小粗糙度Ra=0.8μm，通常已可以满足“便于清洁”表面的特殊要求。

329 ④物料接触部件 泵壳采用锻压是最佳的制造工艺设计方案，因为铸造的泵壳可能会在表面上有空穴(外壳缺陷)或表面下有孔隙，如果表面下面有孔隙，则进一步处理后孔隙就会出现在表面上。 对于其他与产品接触的零部件，如果由于结构方面的原因不能在最后使用转动方式进行精机加工处理，则可能需要用人工进行抛光或磨削。

330 ④物料接触部件 但转动方式处理的金属表面要比人工抛光或磨削的金属表面拥有更加均匀的结构状态。
经验表面，金属材料表面的不规则特性通常要比用表面粗糙度Ra所示的数值，更会影响到零件可清洁的程度。 在选择卫生级用途的离心泵时，重要的是要考察其最佳可清洁性能的有关细节和特性。 泵需要设计成方便在线清洁的方式，以便在经过标准的在线清洁程序以后，能够确保泵的完全清洁，这一点是非常重要的。

331 ④物料接触部件 综上所述，水系统中水泵的设置应着重考虑系统运行过程中泵提供的压力、流量和是否容易滋生微生物。
因为如果泵是静止、而不是连续运转时，其贮罐也同属静态区域，其中有水贮存，在这种条件下，系统静止的部分可能由于时间的关系逐渐滋生微生物。 因此，水系统的循环供水泵大多仅设置1台，而非传统的一开一备两台配置设计；同时，在泵体上低位处应装设有余水排放装置。

332 ④物料接触部件 为了排除离心泵供水时可能引起污染的汽蚀，应充分重视泵的性能曲线和吸水压头要求。
在泵处于供水系统低点的地方时，泵外壳的排泄的要允许系统完全排净。 尤其是对注射用水系统采用的泵应更加重视其抗微生物污染的适宜性。

333 ④物料接触部件 尽管经常使用的泵可能具有双机械密封或其他相容性密封的水冲洗会最大限度地减小污染，但仍有必要重视泵的卫生性能，诸如泵的出水方式、泵在汽蚀下的运行能力、泵的密封类型、泵在水系统中对系统微生物指标的影响等。 在特别关键的水系统中，也可设计备用泵（双泵)，准备在系统旁，采用方便拆装的结构形式以满足快速更换的要求。

334 ④物料接触部件 在特殊情况下亦可以考虑为设置双泵，但其安装必须确保双泵能够在整个系统的水流动过程中同时运转。

335 §2.2.2 换热器 换热器在制药用水系统中通常为水加热器，主要是为用水点和管道消毒提供热水。
§ 换热器 换热器在制药用水系统中通常为水加热器，主要是为用水点和管道消毒提供热水。 根据换热器的热交换方式，换热器可分为表面式和混合式两种方式。 表面式换热器是通过金属表面进行的，被加热的水和放热介质的热媒之间彼此不相接触。 在注射用水系统中常用的有：以蒸汽为放热体的汽一水加热器和用电能的电一水加热器以及以冷却水为吸热体的水一水冷却器。

336 §2.2.2 换热器 混合式水加热器的热交换是在放热体与被加热的水直接接触中进行的，例如淋水式加热器、喷射泵等。
§ 换热器 混合式水加热器的热交换是在放热体与被加热的水直接接触中进行的，例如淋水式加热器、喷射泵等。 以下主要介绍在工艺用水系统中用得较多的壳管式表面换热器和板式换热器。

337 ㈠壳管式换热器 图6-11所示为一种工艺用水系统中经常使用的、典型的固定管端板的壳管式汽一水加热器。
其蒸汽在管束的外表面流动，水在管束的小管内流动，通过管壁进行热交换。 为了增加传热效果，利用隔板在前后水室中把管束分为几个行程，使水在管束内的流速增大，通常应维持在2～3m／s。 此时汽一水加热器的传热系数可达到2000～3500kcal／(m · h·℃)。

338 图6-11 固定管端板的壳管式换热器

339 ㈠壳管式换热器 管束的行程一般是偶数行程，水的人口和出口位于换热器的同一端，便于操作使用和管理。管束和筒式外壳通常采用316 L或304 L不锈钢材料制造。 这种换热器的主要优点是结构简单、重量轻、造价较低、制造方便，并且能够得到较小的壳体内径；缺点是壳体和管端板连在一起，当壳体与管束之间的温差比较大时，由于热膨胀的不同，会引起管子的扭曲，或使管板与壳体之问、管束与管端板之间开裂。

340 ㈡板式换热器 板式换热器由于具有高性能、省空间、省能源、维护简单等优点，已在生命科学领域内的去离子水、制药用水、注射剂系统和生物技术应用等方面获得了高度的肯定，并在这些领域中呈讯速取代壳管式及其他型式换热器的趋势。

341 ㈡板式换热器 板式换热器是由一组波纹金属板组成(见图6—12)。 金属波纹板上设有孔，供传热的两种液体通过。
金属波纹板片安装在一个侧面有固定板和活动压紧板的框架内部，用夹紧螺栓夹紧。 波纹板片上装有密封垫片，以便流体通过并引导流体交替地流到各自的通道内。

342 ㈡板式换热器 流体的流量、物理性质、压力差和温差决定波纹板片的数量和尺寸。
波纹板提高了系统中液体湍流的程度，有利于防止微生物或杂质在换热器内的滞留。

343 图6-12 板式换热器结构示意

344 ㈢换热器结构形式可能对水质产生的影响 制药用水系统对换热器的要求，除了热交换的效率以外，还要求不会因换热器的使用而带来水质的污染。
从上述换热器介绍的内容可以清楚地看出，换热器本身结构上的缺陷可能会导致工艺用水系统被污染，这对注射用水系统来说就更为重要了。

345 ①工艺用水系统对壳管式换热器结构的特殊要求
当固定式管板换热器壳体与管束之间的温差比较大时，为了克服由于热膨胀而引起的管子弯曲，或管板与壳体之间、管束与管端板之间开裂的缺点，这种固定管板式换热器应设计为双管端板式结构，以便在即使出现上述现象而产生泄漏时，也不至于污染工艺用水。 双管端板结构见图6-13。

346 图6-11 固定管端板的壳管式换热器

347 ①工艺用水系统对壳管式换热器结构的特殊要求
从图中可以看出，①及②为两块不锈钢胀接管端板，用于热交换的无缝不锈钢管与①以胀管形式密封，同时又与②相互焊接，冷却水(如自来水)走换热器壳程，注射用水走管程。 万一出现不锈钢管与①胀管连接密封处发生渗漏，冷却水将从该处渗出，直接流人换热器外，不会与注射用水相混，污染注射用水。

348 ①工艺用水系统对壳管式换热器结构的特殊要求
在长期使用过程中，不锈钢管与端板②焊接处可能会因腐蚀而发生渗漏，造成注射用水会发生渗漏。 但由于双端板结构的作用，也不会出现冷却水与其相混的情况。 因此，双端板结构的换热器广泛地使用于制药用水系统中。

349 ①工艺用水系统对壳管式换热器结构的特殊要求
对板式换热器来说，为了便于配制接管，目前多数板式换热器的进出口接管都采用单边。 充分利用全部换热面积，保证流体能够均匀分布在整个板片上。 因此，需要对板式换热器的流区进行特殊的设计，要求即使对一个最宽的板面，也能够保证均匀分布，如图6-14。 良好的分流区域可以显著地降低压力差，以使更为经济的压力差用于传热，从而获得最高的传热系数。

350 图6-14 板式换热器波纹板的分流区域示意

351 ②工艺用水系统对板式换热器结构的特殊要求
与壳管式换热器同样的道理，当制药用水可能受到冷却水的微生物污染时，应该采用双壁板式热交换器。 双壁板式热交换器以双板代替单板，双板之上穿孔会使介质泄漏到板与板间，进而流到外面，确保两种介质无法互混。 双壁板式换热器也适合于多管式热交换器、双管端板结构的壳管式换热器、双路中间冷却器、间接加热式电加热器等所适用的场合。

352 ②工艺用水系统对板式换热器结构的特殊要求
双壁板式换热器的结构如图6-15。 归纳起来，双壁板式换热器的结构具有如下优点： a．在工艺用水系统中，能够彻底避免两种流体混合而产生的污染； b．与普通板式换热器的热交换效率相同； c．重量轻、体积小、基础简单、可节省安装和维护空间，经济性能好； d．拆装简单，只需要增减板片的数量即可容易地调节换热能力；

353 § 灭菌消毒设备 制药用水系统中，微生物的控制是采用对系统设备的贮存单元和配水管道进行消毒灭菌来解决的，目标是将系统出水中的微生物数量控制在药品生产工艺所需的标准以内。 通常，水系统可以用热消毒法或者化学消毒法进行消毒，波长为254nm的紫外光也可以用来连续对水系统进行消毒。

354 ㈠巴斯德消毒器 巴斯德消毒所采用的设备简单，通常使用热交换器，以工业蒸汽或电加热为热源，用以消毒的介质则是系统中的纯化水。
如果纯化水系统使用回路采用纯蒸汽法灭菌，则贮罐必须是耐压容器；而很多情况下的设备并不具备此条件，此时就可以采用巴斯德消毒法。

355 ㈠巴斯德消毒器 在巴斯德消毒器的操作上：先将膨胀水箱的水加热到>80℃的温度，然后才可以开泵送水，同时膨胀水箱上的加热器进水，使水系统保证处于80℃的环境中。 对开始消毒前2min的冲刷管线与设备的水最好排放掉，而后进行15～20min的系统消毒，待整个消毒过程结束，关水泵，同时将水系统中的消毒水排净，再通新鲜水进行新一轮的生产。

356 ㈠巴斯德消毒器 为制药用水系统巴斯德消毒特别设计的板式换热器(见图6-16，图6-17)，具有如下的一些特殊性能。
板式换热器的板片通常设计为人字型波纹板，波纹板片安装组合完成后，其波纹形成相互支撑，使热交换器整体和每一张波纹板片都具有足够的强度，得以承受工作压力。对板片的组合方式，支撑点的数目选择，都充分考虑了高的强度和易清洗的要求。波纹板片与板片之间配合精密，流体在板片之间具有较高的湍流速度，并具有较高的传热性能。工艺用水在板片问流动均匀。波纹板片的波纹槽设计合理，流体在内部具有较小的阻力。

357 ㈠巴斯德消毒器 密封垫圈应具有卫生级要求，最好采用免黏结卫生型垫圈。同时，要求保养时更换垫圈迅速方便，最好在保养更换垫圈时无需将波纹板片取下框架就能够更换。垫圈要求不易老化，密封可靠，无泄漏，并且垫圈的制造材料应满足FDA对制药用水的无毒、无脱落、无析出物、无添加物的要求。

358 ㈠巴斯德消毒器 板式换热器的框架内外表面均符合卫生要求，框架的全部可见部位均应使用高强度的不锈钢制成。框架的设计要便于换热器的保养，尤其要求对板片能够较容易就地保养。框架的设计还要求能够使整个换热器单元在较低成本的前提下，根据换热工况的变化进行扩容或重新组合。

359 ㈠巴斯德消毒器 典型的巴斯德消毒系统的配制包括如下设备：
①一个板式热交换器用于加热管路中循环的纯水，换热器材料为AISI316L。不锈钢材质，双板层结构，作为高温度控制系统； ②一个板式热交换器用于冷却管路中循环的纯水，AISI316L不锈钢材质，双板层结构，作为低温度控制系统； ③热交换介质为冷却水，进水6℃，出水12℃；锅炉蒸汽0.3MPa；

360 ㈠巴斯德消毒器 ④两个温度传感器控制加热过程，一个放在贮罐里面，一个放在回路上定位；用来冷却的交换器通常是纯水温度维持在20°C。

361 图6-16 用于巴斯德消毒的热交换器

362 图6-17 典型巴新德消毒装置的原理图

363 ㈠巴斯德消毒器 假如纯化水使用回路设置了纯蒸汽及巴斯德消毒器两种消毒设施，就必须将贮罐设计为受压容器，此时贮罐上应装设安全阀。
这种设计增加了纯化水系统消毒的灵活性。 通常，能够用巴斯德消毒器解决问题时，就不要用纯蒸汽进行灭菌。

364 ㈡臭氧消毒器 臭氧发生器主要以管式为主，它的外形像一台普通的列管冷凝器，内有几十组乃至上百组相同的放电管。
每组放电管均由2根同心的圆管组成，外管为金属管(常为不锈钢或铝管)，内管为镀金属的导电玻璃管，两管间留有1～3mm的环状放电间隙，在1～2万伏的高压电场下，使干燥净化的空气(或氧气)通过此间隙，即可产生淡蓝色光环，将部分氧气转变为臭氧。

365 ㈡臭氧消毒器 臭氧发生器所产生的臭氧，通过气水接触设备，通常是采用微孔扩散器、鼓泡塔或喷射器、涡轮混合器等，扩散于待处理的水中。
臭氧发生器使用了固体聚合膜来进行电解，而不是用化学液体电解系统来分解水，如图4-2和图4-3示出了两种臭氧发生器的构造原理。 其特点与适当控制媒介进行的阳极反应，使它们特别适合对纯化水系统进行灭菌。

366 ㈡臭氧消毒器 在阳极和阴极间有电解分离作用的膜与两侧能渗透的电极相连，加入阳极一侧的水在阳极和膜之间被电解。
为了保证产生大量的臭氧，阳极必须有高于腐蚀的电势，其反应电势和催化层必须能抑制双原子氧的生成而促进臭氧的生成。

367 ㈢紫外线杀菌器 用于消毒的紫外光波长分别为254nm及185nm，它能降低水系统中新菌落的生成速率；然而对于浮游微生物来说，它仅是部分有效。
通过照射它杀灭水中微生物的量不超过90％；紫外光的穿透性较差，故其石英管应定期清洁。 紫外光单独使用时并不是一种十分有效的消毒手段，因为它不能消除已形成的生物膜。 然而，当它同传统的热力消毒法或化学消毒法配合使用时，其积极作用是可以认定的。

368 ㈢紫外线杀菌器 它能够减少消毒次数，延长两次消毒的间隔时间，因此紫外消毒是制药用水系统中普遍采用的方法。
例如，将其连续对水系统中流动的水进行“在线消毒”；使用紫外光还能用于消除系统中过氧化氢和臭氧的残留。 波长254nm的紫外灯可同时用于消毒及清除臭氧的残留。 因而可以有序地使用臭氧及紫外光，一般消除1mg／L臭氧残留需紫外光 W·s／cm2的照度。

369 ㈢紫外线杀菌器 紫外线装置(见图6-18)应装有功率显示器，以显示其实际功率，不必由人工法去计算它的累计使用时间，这就给系统消毒的管理带来了方便条件。 在制药用水系统中紫外线消毒装置通常安装在处理回路及使用回路上。 在系统中设置有过滤器时，由于紫外消毒的穿透性较差，紫外灯应安装在过滤器下游，即水中微粒较少的管路中，否则其表面容易积污，影响消毒效果。

370 图6—18 水系统用的紫外线消毒装置

371 ㈣采用化学方法消毒应注意的有关问题 对消毒工序应进行验证，以证明其降低和控制微生物污染的能力能够达到合格的水平。
在验证热消毒法时，应对热分布进行研究，以证明整个系统的温度都达到了消毒要求的温度。 在验证化学消毒法时，要求证明达到浓度要求的消毒剂遍布整个系统。 此外，化学法消毒完成后，还应证明水中的化学残留能够有效去除。

372 ㈣采用化学方法消毒应注意的有关问题 一般根据系统监控结果来决定消毒频率。
从微生物学数据分析得出的结论是保证系统维护并建立系统警戒水平的依据。 取样频率的设定应能确保系统处于微生物学监控状态下运行，而且确保系统内部微生物水平不会超过警戒控制水平。

373 §2.2.4 过滤器 过滤器在制药用水系统中起着十分重要的作用。可供设计选用的过滤器种类很多，它们用于各种不同的目的。
§ 过滤器 过滤器在制药用水系统中起着十分重要的作用。可供设计选用的过滤器种类很多，它们用于各种不同的目的。 过滤一般分为深层过滤和筛网式过滤。 常规过滤属深层过滤，亦称囊式过滤。 它用的介质(滤材)，如纸、玻璃纤维、陶瓷、布、毡等，可看作是孔型极不整齐的多孔体。

374 §2.2.4 过滤器 用砂滤器过滤时，粒子是靠陷入介质内部曲折的孔道而被截留，截留率随压力的增加而下降，介质厚，对颗粒的容纳量大。
§ 过滤器 用砂滤器过滤时，粒子是靠陷入介质内部曲折的孔道而被截留，截留率随压力的增加而下降，介质厚，对颗粒的容纳量大。 其滤材可采用颗粒炭、石英砂、沙子等，用于大型水系统的粗过滤器和用于较小型水系统的筒式过滤器，以及用于微粒控制的膜式过滤器，它们的过滤效率差异很大，处理的工序也不尽相同，处理单元和系统构型及其过滤介质也不同。

375 § 过滤器 若将过滤与广义的微粒(离子、有机物、热原、微生物、胶体等)联系起来，并将被过滤的客体由大到小作一排列，便可以得到这样的顺序：常规过滤-微滤-超滤-反渗透。

376 ㈠水系统中过滤器的作用 在工艺用水系统中设置过滤器的主要作用是保安过滤，即尽量减少前级水中的各种杂质和微粒，为后道处理工序的正常运行起保障作用。 例如源水的深层过滤，反渗透装置进水的精密保安过滤等。 在这里要明确一点，设置这些过滤并非为除菌过滤。

377 ㈠水系统中过滤器的作用 原则上，无论是在纯化水系统中，还是在注射用水系统中，都不设置、也没有必要设置除菌级(0.20 μ m)的过滤器。
理由是因为使用除菌级过滤器的日常费用太高，不如使用紫外光更为经济。 FDA并不主张在贮罐的出水点(即工艺用水系统循环干管上)安装孔径为0.22μm的除菌级过滤器，这是因为除菌过滤器本身即是个累积微生物的污染点，需要日常处理。

378 ㈠水系统中过滤器的作用 如果安装在循环干管上，则过滤器的前端会积累大量的微生物，当系统停止或运行后又停止时，可能会出现微生物失控的情况。
此时，可能反而会产生这样的问题，在工艺用水系统中安装除菌过滤器是出于什么目的? 是除菌还是因为产品有特殊要求?是否所有使用点都需要进一步去除微粒? 是否因为分配系统监控的结果不理想等？

379 ㈠水系统中过滤器的作用 通常，在工艺用水系统中除菌级过滤器只应该设置于系统干管外的用水点上，而制药用水系统中的微生物控制则主要依靠其控制措施，例如定期对系统设备和管道进行热消毒或化学消毒，系统严格密封，管道设备的制造尽量避免可能的微生物滞留等等。

380 ㈡水系统中过滤器的类型 工艺用水系统中使用的过滤器主要分预过滤与精密保安过滤两大类。 ①预过滤 ②精密保安过滤

381 ①预过滤 其主要是采用压力预过滤器。 压力预过滤器又分单层、双层及多层滤料等多种形式。所用的材料有石英砂、无烟煤、石榴石、砾石、硬质胶粒等。
层数多时，截污能力越强。 滤料应有合适的级配，各层均有相对密度的差异，便于进行反冲处理。 一般滤速为15m／h，当压差增大0.1MPa时，即应反冲洗。 它可以去除10 μ m以上的悬浮物。

382 ①预过滤 颗粒式和筒式过滤器常用于预过滤，它们能够从供水中去除固态杂质并保护其下游系统的设备免受污染，否则这些固态杂质能够影响设备性能，并能缩短其有效寿命。 在设计和操作运行中预过滤应考虑的问题有：过滤介质的沟流、泥沙的阻塞、微生物的生长以及过滤介质的损伤等，因为这些因素都可能影响过滤器的性能。

383 ①预过滤 预过滤器的控制措施包括：压力和流速的监控、反冲处理、消毒措施以及更换过滤介质。
在过滤系统的设计中一个重要的问题就是选用过滤器的类型与大小要适当，以防止由于流速不当引起的沟流或介质损伤。

384 ②精密保安过滤 通常采用孔径较小的过滤器，其孔径大约在2～10 μ m。该过滤一般采用金属烧结复合膜和微孔薄膜过滤。
金属复合膜过滤器具有完全的疏水特性，所有的材料均为耐温材料，极限温度可以达到180°C。 在工艺用水系统中，可作为蒸馏水机、纯蒸汽发生器和巴斯德灭菌器使用的锅炉蒸汽的过滤器，也可作为要求能够耐受蒸汽在线灭菌的注射用水系统贮罐的呼吸过滤器使用。

385 ②精密保安过滤 微孔薄膜过滤分深度滤膜、褶状滤膜和交叉滤膜三种。
这些滤膜的过滤原理都是采用死腔式过滤，这些滤膜能除去大小在100～0.1nin之间的颗粒。 深度和褶状滤膜允许水通过垂直纤维屏障(最终滤膜)。 由于膜孔的尺寸，颗粒可在这些滤膜的外壁被捕捉住，或者被捕捉在膜的内壁上(为了深度过滤)。 经此过滤过程，滤膜表面上充满了大小颗粒，再要过滤，就需要更换一个新的滤膜。

386 ㈢水系统中过滤器设置的原则 一般来说，对于任何类型的纯化水系统，不希望对贮罐的出水进行过滤，尤其不希望在循环流动的水系统内部使用除菌级过滤器，如采用孔径为o．20pm的薄膜过滤器。 因为循环水系统的上流侧会堆集大量的微生物，当循环系统不流动时，这些微生物会对整个水系统造成污染。

387 ㈢水系统中过滤器设置的原则 另外，由于细菌可能在过滤膜的上面生长，并在最后流出的一侧被发现，尽管膜孔的尺寸在理论上可能比细菌小，它仍是一个可能污染的潜在危险。 还有一个考虑是在膜介质上滋养物的积累，可能会提高微生物生长的机会。 过滤系统的设计应该是采用处理程序来处理预计在贮罐中能够得到的水量，而不应依赖对贮罐流出物进行过滤来控制纯化水中的微生物。

388 ㈢水系统中过滤器设置的原则 因此，除了为保护后道水处理工序的正常运行而安装保安过滤器，去除系统中的微粒子以外，制药用水系统中，尤其是注射用水系统中不应该设置除菌级过滤器。 除菌级的过滤器只能设置在各个用水点处，为满足具体的工艺用途而设置。 工艺用水系统中的微生物控制应以定期采用系统消毒措施为主。