【正文】 為滿足工藝過程的各種需要，制藥工藝過程的設計用水量是根據具體的藥品品種在生產工藝過程中的直接用水量和輔助過程間接用水量之和決定的。而其計算用水量則由一天中生產過程的高峰用量與平均用量綜合確定。工藝用水系統中的用水量與采用的工藝用水設備的完善程度、藥品生產的工藝方法、生產地水資源的情況等因素有關。一般來說，工藝用水點越多，用水工藝設備越完善，每天中用水的不均勻性就越小。如前所述，工藝用水系統分單個與多個用水點、僅為高溫用水點或僅為低溫用水點、既有高溫用水點又有低溫用水點、不同水溫的用水點中，既有同時使用各種水溫的情況，又有分時使用不同水溫的情況，等等。必須在設計計算以前確定制藥用水系統的貯存、分配輸送方式，以確定出在此基礎上的最大瞬時用水量。工藝過程中最大用水量的標準，根據藥品生產的全年產量，按照具體每一天分時用水量的統計情況來確定，確定用水量的過程中應考慮所設置的工藝用水貯罐的調節(jié)能力。其主要的設計依據就是工藝管道所通過的設計秒流量數值。通常，按照全部用水點同時使用確定流量。制藥用水是流體的一種類型，它具有流體的普遍特性。而管道內部流體的速度是指流體每單位時間內所流經的距離。因此，針對制藥用水的特殊性，利用水的流體動力特性，恰當地選取分配輸送管道內水流速度，對于工藝用水系統的設計至關重要。具體就是在制藥用水系統中越來越多地采用各種消毒、滅菌設施；并且將傳統的單向直流給水系統改變?yōu)榇撗h(huán)方式。為此，美國藥典對制藥用水系統中的水流狀態(tài)提出了明確的要求，希望工藝用水處于“湍流狀態(tài)”下流動。通常，流體的速度在管道內部橫斷面的各個具體點上是不一樣的。工業(yè)上流體管道內部的流動速度，可供參考的有以下的經驗數值：（1）普通液體在管道內部流動時大都選用小于3 m/s的流速，~ m/s，~3 m/s；（2）低壓工業(yè)氣體的流速一般為8~15m/s，較高壓力的工業(yè)氣體則為15~25 m/s，飽和蒸汽的流速可選擇20~30 m/s，而過熱蒸汽的流速可選擇為30~50 m/s。雷諾根據以不同流體和不同管徑獲得的實驗結果，證明了支配流體流動形式的因素，除流體的流速q外，尚有流體流過導管直徑d、流體的密度ρ和流體的黏度ц。此數值稱為雷諾準數，以Re表示。應注意，雷諾準數為一個純粹數值，沒有單位，因而是無因次數。例如在米s2/ m4）/( kg而采用尺磅秒英制時也能得到同樣的結果。Re數值若大于2300，流體流動的狀態(tài)則開始轉變?yōu)橥牧?。因而只有當Re等于或大于10000時，才能得到穩(wěn)定的湍流。須注意，這個臨界值系與許多條件有關，特別是流體的進入情況，管壁的粗糙度等。由于微生物的分子量要比水分子量大得多，即使管壁處的流速為零，如果已經形成了穩(wěn)定的湍流，水中的微生物便處在無法滯留的環(huán)境條件中。（1） 滯流流體在管道內部流動時，其每個流體質點穩(wěn)定地沿著與管軸中心平行的方向有條不紊的流動。流體處于滯流狀態(tài)下時，流速沿導管直徑依拋物線的規(guī)律分布。（2） 湍流流體在管道內部流動時，流體質點不按同一方向移動，而是作不規(guī)則的曲線運動，各質點的運動速度在大小和方向上都隨時間發(fā)生變化，流體質點間的運動跡線極其紊亂而流線很易改變的流動稱為紊流或湍狀流動，簡稱湍流。由于在湍流中流體質點的相互撞碰，其流速在大小和方向上均時有變化，并趨向于一個平均值。按照上述對流速在管道內部分布的描述可知，即使流體確為湍流，其接近管壁處仍可能存在一層滯流的邊界層。在真正的滯流層中，流體速度近似地成直線下降，到管壁處速度趨于零。邊界層的厚度為Re數的函數。實際上，在湍流中同時有滯流層存在；而在滯流中也可能有湍流的存在，這是因為部分流體質點在滯流時有變形和旋轉的現象。上述流速分布情況系指流體的流動已達穩(wěn)定狀態(tài)而言。對于湍流，實驗證明，其流經的直管距離達到40倍管道直徑以后，穩(wěn)定的狀態(tài)才方可獲得。工藝用水管道的水力計算，通常，根據各用水點的使用位置，先繪出系統管網軸測圖，再根據管網中各管段的設計秒流量，按照制藥用水的流動應處于湍流狀態(tài)，即管內水流速度大于2m/s的要求，計算各管段的管徑、管道阻力損失，進而確定工藝用水系統所需的輸送壓力，選擇供水泵。一般情況下，管道的直徑是由系統內經濟流速確定的。配管中流體的阻力，對于同一流量來說，管徑越大，阻力損失越小。制藥工藝管道內滿足微生物控制的流速采用2~3m/s。通常，直管段的壓力損失可用K=(m H2O/m)計算。在工藝用水系統管道局部阻力計算時，通?？刹贿M行詳細的計算，而采用沿程阻力損失的百分數，常取值為20%。： 管接頭的阻力損失管徑/mm203250≤63管接頭類型阻力系數ξ圓弧彎頭1．51．00．60．590176。彎頭0．3T型接頭1．5入口0．5出口1．0④管道中的壓力損失，有下列兩種公式： Σ△р=Σ△рy+Σ△рfi+Σ△рva式中р——總管道的阻力；рy——管道的沿程阻力；рfi——管接頭的阻力；рva——閥門阻力。（υ2/2g）ρ⑤閥門中的壓力損失 △рva=（Q/Kv）2 v ρ= 圖31閥門特殊的流量Kv的定義（3）管道阻力的計算方法根據管道的布置方式，制藥用水系統阻力計算的步驟略有區(qū)別，但無論系統為不循環(huán)管道系統或循環(huán)的管道系統，由于循環(huán)系統中通常是水回至貯罐內，水泵本身并不能形成閉環(huán)路，因系統中通常是水回至貯罐內，水泵本身并不能形成閉環(huán)路，因此，它們的計算方法是相同的。制藥用水系統設備選型一、制藥用水系統設備的特殊要求制藥用水系統內選用的設備，其基本特性與非制藥用水系統設備的性能并無多大的區(qū)別。制藥用水系統只是在對微生物的控制上，有其特殊的要求，而系統中采用的水處理設備均圍繞控制系統內微生物的要求作相應的處理。例如，系統中如果采用活性炭過濾裝置或軟化器，則因為活性炭的吸附作用而攔截在過濾器上流側的有機物會不斷地增多，如果沒有相應的除菌措施周期性地對活性炭過濾器進行消毒處理，降低活性炭過濾器上流側的生物負荷，則經過一段時間的使用后，盡管活性炭過濾器本身的功能（降低余氯量和去除有機物）并沒有減小，但由于其上流側的有機物的堆集，會使活性炭過濾器使用后水中微生物的指標超過處理前的進水指標。因此，應該根據工藝用純化水系統內部所采用的水處理設備的功能和特點，圍繞控制和減少微生物的污染作文章。例如，如果是采用熱處理的方法（巴斯德消毒或蒸汽滅菌），則活性炭過濾器或軟化器的制造材料應采用耐溫的材料，比如不銹鋼；而當采用化學消毒劑（臭氧或雙氧水）時，則設備的制造材料可以不考慮耐溫問題，轉而考慮設備耐腐蝕的壽命問題，比如采用玻璃鋼樹脂內襯PE?？傊?，純化水處理設備和系統管道均應有防止污染和定期消毒處理、降低生物負荷或恢復至有生物負荷水平的能力。注射用水系統尤其重視微生物指標的控制。對于這些設備或零部件，注射用水系統的特殊要求與純化水系統相比較近乎于苛刻。對純蒸汽系統設備的特殊要求純蒸汽設備首先應能生產出具有注射用水同樣水質指標的純蒸汽，純蒸汽的壓力在克服管道系統阻力的基礎上，能夠滿足滅菌設備或對系統管道進行濕熱滅菌的壓力與溫度要求。純蒸汽設備和蒸餾水機一樣，蒸餾器的換熱部分應能夠防止冷卻水泄漏對純蒸汽產生的污染。無論是哪一種系統設計形式，都圍繞著制藥用水的特殊情況，針對工藝用水的制備、貯存、分配輸送和微生物控制等方面的要求進行綜合性設計。典型純化水系統流程設計要點純化水系統可以單一使用目的設計，也可以作為注射用水的前道工序來處理。典型純化水系統的配置，其設計要點簡介如下。在非低水位時仍具備源水泵、計量泵啟動的條件，水箱材料多采用非金屬，如聚乙烯（PE）。為防止出現故障，泵還應設有自動報警系統。加藥箱的材質亦多為非金屬材料（如PE），計量泵的定量加藥應與源水泵運轉同步進行。這些雜質與水形成溶膠狀態(tài)的膠體微粒，由于布朗運動和靜電排斥力而呈現沉降穩(wěn)定性和聚合穩(wěn)定性,通常它們不可能用自然沉降的方法除去，而應經源水預處理，即用添加絮凝劑來破壞溶膠的穩(wěn)定性，使細小的膠體微粒絮凝成較大的顆粒，通過砂濾和炭濾預過濾除去這些顆粒。由于源水中氯離子對金屬的氧化性，以及時間久了會使金屬的表面發(fā)生晶間腐蝕。（5） 活性炭過濾器在本例的水系統中采用了反滲透處理工序，而反滲透進水除了要求淤集密度指數SDI≤5之外，還有另一個進水指標，即余氯，為此配置了活性炭過濾裝置。為了進一步純化源水，使之達到反滲透濾膜的進水指標要求，在工藝流程中通常設計一級活性炭過濾器。活性炭的這種結構特點，使它的吸附表面積能達到500~2000m2/g，由于一般有機物的分子直徑都略小于2~5nm，因此活性炭對有機物的吸附最有效?；钚蕴砍四苊撀燃拔接袡C物外，還能除去水中臭味、色度，以及殘留的濁度，在水系統中的綜合處理能力極強。經以上二級處理，源水的純度得到大大提高。因此，活性炭過濾器的罐體可采用玻璃內襯PE膽的非金屬罐體，或不銹鋼內襯橡膠罐體。這對防止反滲透膜表面結垢，提高反滲透膜的工作壽命和處理效果意義極大。軟化器的濾料采用鈉型陽離子樹脂。精濾是源水進入反滲透膜前最后一道處理工藝。否則，部分固體微粒就會滲入反滲透膜中，使反滲透膜阻塞。高壓泵的性能穩(wěn)定可靠，以保證水系統的運行。（9）反滲透主機水系統的反滲透主機主要部分是反滲透膜組件，由于反滲透的出水偏酸性，金屬的膜殼會逐漸被腐蝕，因此，膜殼的選材應保證主機除鹽的作用長期、穩(wěn)定可靠的達到設計要求。反滲透的控制系統可采用微電腦PLC控制，來實現反滲透膜組件的順洗、制水、水箱滿、藥洗、高壓泵的高低壓保護、過熱保護等工藝過程的全自動控制，并應帶有電導率的隨機顯示。（11）一級純化水泵（中間增壓泵）水系統的一級純化水泵應設置高過熱保護器、壓力控制器、水量監(jiān)控器，以提高泵的壽命。（12）酸堿再生箱與水力噴射泵為確?；齑仓械年庪x子樹脂和陽離子樹脂的再生需要，系統設置了適當容量的酸堿再生箱2只并配套噴射泵。（13）混床離子交換裝置為了使經過反滲透主機處理后的水質達到電阻率≥2MΩ通常在水系統反滲透主機后設置有離子交換的深度除鹽裝置。（14）微孔過濾器，是為了去除經上述處理后在純化水中殘留的微小顆粒和離子交換裝置中所泄漏的破碎樹脂等，使出水最終達使用條件中對供水水質的所有要求。（16）二級純化水泵二級純化水泵應采用衛(wèi)生級泵。泵應設置高過熱保護器、壓力控制器、水量監(jiān)控器，以提高泵的壽命。泵的使用功率應足夠大，足以使系統內水的流速2m/s。（18）巴斯德滅菌器在整個水系統中，有兩處需要對微生物進行特殊控制。為使該處理單元具有確定的處理微生物的能力，又不會因微生物積累過多而對下流側造成污染，有必要對其進行定期的消毒。在這個例子中，采用了巴斯德滅菌器完成上述所需的定期消毒滅菌。通常，每周消毒滅菌1次，整個消毒過程持續(xù)1~2h。巴斯德滅菌的消毒周期視微生物污染水平而定，例如當微生物超過50CFU/ml時消毒處理