第七章制药公用系统工程

第七章 制药公用系统工程7.1 制药工业建筑与安全防火7.2 公用工程7.3 制药用水供应系统7.4 自动控制与设计条件7.5 废弃物处理7.1 制药工业建筑与安全防火v药品生产所需的洁净环境是靠特殊结构的厂房或车间和净化空气系统共同实现的， “ 厂房 ” 或 “ 车间 ” 是工业建筑的主要组成。v制药工业建筑除了具有一般工业建筑的基本功能外，必须符合 GMP规范，能够降低人为差错、防止药品交叉污染和混杂，构成药品质量的保证体系之一。7.1.1 工业厂房结构分类和基本组件一、工业厂房结构分类按构成材料分：v 砖混结构v 钢筋混凝土结构v 预应力钢筋混凝土结构v 钢结构按层数分：v 单层厂房 跨度大，可以很好地安排人、物流分开，避免了交叉污染的可能；占地面积多、建筑物空间高大、屋面保温、隔热、防水、排水面积大和天窗构造较复杂v 双层厂房 上下两层的柱网不同，底层采用小柱网，减少楼板的跨度；二层采用大柱网，可以满足生产工艺的要求v 多层厂房 采用垂直运输和水平运输相结合的方式，并以垂直运输为主二、制药工业厂房的基本组件1 基础 位于建筑物最下部的承重物件，承受着建筑物的全部荷载，并将这些荷载传给地基。2 墙 建筑物的承重构件和围护构件。3 柱 框架或排架结构的主要承重构件，必须具有足够的强度和刚度。4 地面与楼板层 要求能承受得住预定在房间内的生产活动。5 楼梯 楼房建筑的垂直交通设施，供人们上下楼层和紧急疏散之用，有足够的通行能力以及防火和防滑。6 屋顶与吊顶 建筑物顶部的围护构件和承重构件，由屋面层和结构层所组成。7 门与窗 非承重构件，门主要供人们内外交通和分隔房间之用；窗则主要起采光、通风以及分隔、围护的作用。7.1.2 原料药和制剂厂房的安全防火v 制药工业用厂房分为化学合成原料药、生物代谢或合成原料药、以草本植物为主的天然药物有效成分提取物等原料药生产用厂房和最终相配套的医用药剂生产用厂房，医药工业厂房对安全防火和环境卫生都有非常高的要求。v 制药工业厂房的安全防火要根据生产过程中使用、产生及存储的原料、中间品和成品的物理化学性质和数量及其火灾爆炸危险程度和生产过程的性质等情况来确定考虑建筑物自身的耐火等级和厂房结构，并设计防火墙、防火门、防爆墙以及用于泄压的轻质屋顶和轻质墙。根据我国建筑设计防火规范等的规定， 生产火灾危险分为甲、乙、丙、丁和戊类。v 对于原料药的化学合成过程等生产用厂房，通常的防火基本措施是其建筑物 采用一、二级耐火等级 ；对于原料药的结晶精制和干燥等工序、医药制剂生产用洁净厂房的耐火等级要求不低于二级，使建筑构配件耐火性能与甲、乙类生产相适宜，从而减少火灾的产生几率。在做好生产厂房防火的同时必须做到安全疏散，以保证生产人员的人身安全：1 厂房安全出口的数目不应少于 2个； 且洁净厂房每一生产层、每一防火分区或每一洁净区的安全出口的数量，均不应少于 2个安全出口，且应分散均匀布置，从生产地点至安全出口不得经过曲折的人员净化路线。2 厂房的地下室、半地下室的安全出口的数目不应少于两个。 地下室、半地下室如用防火墙隔成几个防火分区时，每个防火分区可利用防火墙上通向相邻分区的防火门作为第二安全出口，但每个防火区必须有一个直通室外的安全出口。3 厂房内最远工作点到外部出口或楼梯的距离，不应超过规定值。 4 甲、乙、丙类厂房和高层厂房的疏散楼梯应采用封闭楼梯间，高度超过 32m的且每层人数超过 10人的高层厂房宜采用防烟楼梯间或室外楼梯。5 高度超过 32m的设有电梯的高层厂房，每个防火分区内应设一台消防电梯（可与客、货梯兼用）。6 洁净厂房同一层的外墙应设有通向洁净区的门窗或专用消防口，以方便消防人员的进入及扑救。7.2 公用工程制药工业生产公用系统包括给排水、注射用水、供气和供热、强电和弱电、制冷以及通风和采暖等系统。7.2.1 给水排水给排水系统涉及处理以及排水用的泵房、冷却塔、水池、给排水管网、消防设施和纯水生产供应设施。一、给水系统v制药企业用水包括饮用水、软水、脱盐水、冷冻水、循环冷却水等。v饮用水通常由城镇给水管网供给，对洁净度级别要求不高的工艺水亦可用城镇给水管网供给的饮用水，v而锅炉用水则是将直流水经过离子交换树脂处理而成的软水，v而药物制剂以及基因药物生产过程用水则要求使用纯水作为工艺水或原料，v循环冷却水多用作生产设备的传热介质或其他二次利用场合。任何一个给水系统都包括原水取用设施、水处理或净化设施、输水泵及泵房、输水管和管网组成。常用的给水系统模式为：市政管网水源 厂区管网 屋面水箱用水点 室内消防管网室外消火栓 火点厂区给水系统示意图二、排水系统v排水系统应根据排水性质的不同可划分为：清洁废水系统、生活污水系统、生产污水系统、雨水排水系统。生产污水系统排出的污水经处理，达到国家排放标准后排出。v制药工业排出水包括：生产过程产生的工艺污水，生产环境与人员洁净过程产生的洗涤废水等。系统由排水设备、排污点（接口）、排水管、地面污水收集、排出的集水坑、地沟等与各种水质监测、控制用仪器仪表组合而成。7.2.2 供热和供气v供热包括为保证生产设备的加热以及冬季采暖而提供蒸汽、热水（油）或热空气；v供气包括压缩空气、二氧化碳等专用气体。v制造与供应用设施：锅炉房、供热站、脱盐水（软化水）装置、空压站、空气净化站、特种气体和燃气供应站等。o 蒸汽供热系统 最洁净、最通用、也是最有效的介质之一，产生、输送蒸汽并使用蒸汽的设施组成了蒸汽供热系统。包括，蒸汽锅炉、去离子水装置、蒸汽分配装置、供汽管网和耗热体系与设备。o 有机载热体供热系统 以高温有机载热体为加热介质的供热系统的设施主要有载热体的储罐、附有膨胀箱的加热器、循环泵和设置补偿器的管路等组成。供热系统的温度可以实现自控，不受压力的影响，并且温度波动少。o 高温空气 用于玻璃以及金属制品，如安瓿、注射和输液瓶以及产品设备等的消毒和去热源。 一、供热系统二、供气系统v燃气供气系统 以燃气的性质分为煤气输送系统、天然气和液化石油气输送系统。v压缩空气系统 无特殊要求的工厂，采用温度为环境温度、压力在 0.6MPa的普通压缩空气即可。对于生物制药的生物发酵过程、酶催化过程以及细胞组织培养过程，要求无菌和无杂质的净化空气、或净化的氮气、或净化的二氧化碳等惰性气体或营养性气体。（ 1）仪表供气系统 气动仪表正常是以 0.5 0.7 MPa的压缩空气作为其动力来源的。（ 2）发酵空气系统 要求有效滤除包括噬菌体在内的所有可能增殖的生物粒子。7.2.3 供配电v 工厂电源大多数来自于国家电网供电的 110kV及以下的地方电网和 /或工厂自备电厂，通过工厂变电所，又称终端降压变电所实现工厂供电。v 制药厂用电主要包括 ：用于生产的动力用电设备、车间和建筑物照明、防雷及安全自动报警系统、通讯工具与显示仪表等用电设施。v 制药工业厂区动力及照明一般采用 三相四线制 （ 380V 220V），供给电源进入车间后，经总配电柜，各分配电柜引至各用电设备，可选用放射式或树干式等供电方式，对大容量的用电设备采用降压起动的方式以减少起动电流对线路电压质量的影响。v 由于制药工业的特殊性，停电容易造成生产安全事故，故 采用双回路进线供电系统 ：一路电源来自发电厂或者电力系统变电站，作为正常的工作电源，而另一路电源则来自邻近单位的高压联络线，作为备用电源。7.2.4 冷冻一、制冷方法蒸气压缩式制冷 工质（制冷剂液氨、氟里昂等）的蒸气首先被压缩到比较高的压力，被外部冷却介质（冷却水或空气）冷却而转变为液体，再经节流，使压力和温度同时降低，利用低压力下工质液体的气化即可吸热制冷。应用最广泛、制冷温度范围广（环境温度至 -150 ）、单机容量范围大、规格多、效率较高。吸收式制冷 以热能（包括废热、余热）为动力，利用溶液的特性来完成工作循环，主要有氨水吸收式制冷装置和溴化锂吸收式制冷装置：（ 1）氨水吸收式制冷装置 制冷量的调节范围在 10%100%，单级即可达 40 的低温，操作方便、易于维护管理。（ 2）溴化锂吸收式制冷装置 其以热能为动力，耗电很少。主要用于空气调节制冷和为生产工艺提供 0 以上的冷媒水 。7.2.5 采暖通风v通风和采暖分为自然和人工、强制和非强制类，v对于一般性厂房其通风和采暖系统主要借助建筑结构与自然风和阳光构成，v对包括洁净厂房在内的特殊厂房其通风和采暖是靠专门的设备和管网来实现的。一、非洁净厂房的通风采暖1 通风自然通风的设计原则：（ 1）厂房纵轴应尽量布置成东、西向，以避免有大面积的窗和墙受日晒影响。（ 2）厂房主要进风面一般应与夏季主导风向成 60 900角，不宜小于 450角。（ 3） “凹 ”或 “山 ”形建筑物各翼的间距一般不应小于相邻两翼高度（由地面到屋檐）和的一半，最好在 15m以上。（ 4）在放散大量热量的单层厂房四周，不宜修建披屋。（ 5）放散大量热和有害物质的生产过程，宜设在单层厂房内。（ 6）如热源和有害物质放散源布置在车间内的一侧时，以放散热量为主时，应布置在夏季主导风向的下风侧；以放散有害物质为主时，一般布置在全年主导风向的下风侧。（ 7）自然通风进风口的标高：夏季进风口下缘距室内地坪愈小，对进风愈有利，推荐采用 0.6 0.8m；冬季及过渡季进风口下缘距室内地坪一般不低于 4m。2 空气的热湿处理（ 1）表面式空气处理 加热剂或冷却剂通过散热器对空气进行冷热交换，通过散热器对空气加热的称为加热器，对空气冷却的称为表面冷却器：（ 2）淋水式空气处理 在淋水室中利用水温不同能达到所需的空气温、湿度，又可达到增温增湿作用。不同温度的水直接喷淋于所需处理的空气中，使其产生热质交换，从而达到调节空气温、湿度的目的。（ 3）空气加湿空调系统中，冬季空气湿度很低，过渡季节停用制冷设备时湿度不够，需用加湿器对空气增湿。集中加湿方法有：淋水室中喷循环水和喷蒸汽加湿。药厂中常用喷蒸汽加湿方法。3 空气除湿 冷冻除湿 利用风机使空气通过冷冻系统的热交换器而降温使空气中水分析出。 固体除湿 利用硅胶的吸附作用或氯化钙的吸收作用除去空气中的水分。 液体除湿 利用二缩三乙二醇（三甘醇）等水溶液表面的蒸汽分压远低于空气中水蒸汽分压，吸收空气中的水分。 二、洁净厂房的采暖通风1 空气净化v 洁净厂房的通风与采暖是一体的，系统包括安装有初效、中效过滤器、末端高效或亚高效过滤器的组合式空调机组与风管和风量调节阀等。洁净厂房的净化空气的供给系统所用关键设备是空调器，故又称为空调净化系统。v 所谓净化 就是指为了达到必要的空气洁净度，而去除污染物质的过程。洁净室是根据需要对空气中尘粒、微生物、温度、湿度、压力和噪声进行控制的密闭空间，并以其空气洁净度级别符合有关规定为主要特征。v 影响洁净室空气洁净度的 因素 很多：大气含尘浓度，过滤器的效率，人员密度及活动状态，洁净服的发尘性能，围护结构的材质及发尘性能，围护结构的密封性，设备发尘，过滤器下风侧部件的密封性，室内压力状态以及管理水平等。（ 1）空气过滤的原理v 惯性作用： 含尘气体通过纤维时，气体流线发生绕流，但尘粒由于惯性作用径直前进与纤维碰撞而附着。这一作用随气速和粒径的增大而增大。v 扩散作用 ：由于气体分子热运动对微粒的碰撞而使粒子产生布朗运动，因扩散作用便与纤维接触而被附着。尘径越小、气速越低，扩散作用越明显。v 拦截作用 ：含尘气流通过纤维层时，若尘粒的粒径小于密集的纤维间隙时，或尘粒与纤维发生接触时，尘粒即被纤维阻留。v 静电作用 ：含尘气流通过纤维时，由于摩擦作用，尘粒和纤维都可能带上电荷，由于电荷作用，尘粒可能沉积在纤维上。v 其他 ：重力作用，分子间力等（ 2）空气过滤器的主要指标 风量：通过过滤器的风量（ m3/h） =过滤器面风速（ m s） 过滤器截面积（ m2）3600 过滤效率 在额定风量下，过滤前后空气含尘浓度的变化与过滤前含尘浓度之比，如对一个过滤器，此过滤器效率为：如串联第二个过滤器，过滤器效率为 ：串联后之总效率 为：n个过滤器串联，则总过滤效率为： 穿透率与净化系数：穿透率（ K）表示微粒穿透过滤器的程度，指过滤后含尘浓度与过滤前含尘浓度之比，即： K=c2/c1或 K=1- 净化系数（ KC）表示经过滤器后尘粒浓度降低的程度，以穿透率的倒数表示。即：KC = K-1 阻力： 过滤器阻力由滤材阻力和过滤器结构阻力两部分组成。滤材阻力和滤速的一次方成正比。结构阻力为气流通过框架、波纹板等结构的阻力。过滤器全阻力 P： P=CuPm 其中 uP为滤速；对高效过滤器， C 3 10， m=1.35 1.36。 容尘量： 正常运行的过滤器阻力达到规定值（一般为初阻的 1倍或数倍）时，或效率下降到初始效率的 85以下时过滤器上沉积灰尘的质量。表示过滤器允许沾尘的最大量，超过此值过滤器阻力过大，效率下降。（ 3）影响过滤效果的因素 尘粒的粒径： 尘粒的粒径越大，惯性作用和拦截作用越显著，过滤效果越高；反之，粒径越小，扩散作用越显著。 过滤速度： 随着滤速的增加，惯性作用增大；反之，减小风速，扩散作用增大。故随着滤速增加，过滤效率先是下降，然后上升。 纤维直径和密实性： 纤维直径减小时，过滤效率提高。纤维密实性增加，气速增加，惯性和拦截作用提高，但阻力增加得比效率大得多，故过滤器的纤维密实性应适当。 附尘影响： 随着尘粒在纤维表面沉积，过滤效率有所增加。但积尘到一定程度后，尘粒可能重新飞散，效率不断下降。2 空气净化过滤器及空调净化系统（ 1）空气净化过滤器空气净化过滤器按其效率可分初效、中效、高效或亚高效过滤器四类。 粗效