水系统工艺流程设计

1、 水系统设计（关于冷却水再考虑）（1） 根据任务书要求和GMP、 EU-GMP 、cGMP相关规定，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蒸汽性状无色澄明液体无色澄明液体 _供给流量16.8m/h以下 16.8m/h以下550kg/h 供给压力0.3MPaG 0.3MPaG190MPa水温40以下 1540（见备 注） _导电率（25）5.1us/cm1.3us/um _TOC500ppb500ppb500ppb微生物生菌数100个/ m l 以下 生菌数 10 个/ m l 以下 生菌数 10 个/ m l 以下热原质250EU/ml 0.25EU/ml0.25E

2、U/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。1. 纯化水的设计流程2. 注射用水的流程设计 1. 纯化水工艺：1.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2.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原水 原水箱 原水泵机滤，碳滤（多介质过滤器） 软化器 精洗设备加NaHSO3 纯水箱工艺使用 UV 杀菌 纯化水泵 纯水

3、储罐 EDI装置 纯水泵二级反渗透膜一级高压泵加阻垢剂 增压泵精密过滤器一级反渗透膜 加碱装置 中间水箱 二级高压泵二注射用水制备：1.注射用水的生产选用节能、高效的多效蒸馏设备2.多效蒸馏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。3.制备流程：纯化水 去除不凝性气体 多效蒸馏水机 微孔滤膜 注射用水 注射用水系统简要流程图 纯水储罐注射用水用点纯蒸汽用气点 HEPA 蒸汽锅炉多效蒸馏水机80注射用水储罐 微孔过滤 HEPA 蒸汽储罐三：纯蒸汽的制备1.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馏水机的第一效蒸发器产生的蒸汽,纯蒸汽冷

4、凝时要满足注射用水的要求。2. 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：原料水通过泵进入蒸发器管程与进入壳程的工业蒸汽进行换热,原料水蒸发后通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。制备原理如下图： 纯蒸汽发生的工作原理图3. 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： 1. 一般工程上计算时，水管路，压力

5、常见为0 .1 - -0 .6 M P a ，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. 5 m/ s 2. 饱和蒸汽的流速一般取2 0- - 40米/秒3. 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：1.注射用水的用量1. 配液注射用水用量 由物料衡算可知，配液注射用水用量为0.30m32.精洗西林瓶注射用水量 XGKCQ100洗瓶机生产能力为450500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=120982450=269min，用水量为0.8（26960）=3.59m33. 精

6、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3.590.6=2.15m34. 精洗铝盖注射用水量 同上述胶塞估计量3.590.6=2.15m35. 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：设备名称耗水量m3洗瓶机0.6配液罐0.3胶塞清洗机0.3铝盖清洗机0.4灌装加塞机0.4冻干机11冻干机21用水量共0.6+0.3+0.3+0.4+0.4+1+1=4m3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12.5m3二纯蒸汽用量 纯蒸汽用于胶塞、铝盖、器具的湿热灭菌，

7、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铝盖灭菌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=1650kg3 纯化水用量1.生产注射用水的纯化水用量 LD1000-5多效蒸馏水机纯化水耗量为1100L/h，生产量1000L/h，则多效蒸馏水机的最小效率为10001100=90.91%。生产注射用水的纯化水用量为12.590.91%=13.75m32. 生产纯蒸汽的纯化水用量 300KG/H纯蒸汽发生器原料水耗量1200L/h，产量1000L/h，纯蒸汽发生器的

8、最小效率为10001200=83.33%，则生产1650kg的纯蒸汽需要消耗的纯化水量为165083.33%=1980L2m33. 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/d4. 粗洗胶塞纯化水用量 同精洗胶塞注射用水用量为2.15m3/d5.粗洗铝盖纯化水用量 同精洗铝盖注射用水用量为2.15m3/d6. 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2m3/d7.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0.002220=0.08m38. 其他设备需要的纯化水用量估计如下表设备名称耗

9、水量m3D级洁具水槽0.005配液罐0.25器具清洗机0.01器具清洗水槽0.06中间控制水槽0.06工衣清洗0.12 其他设备纯化水用水量共0.005+0.25+0.01+0.06+0.12=0.445m3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（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）使用点编号使用点名称用点描述用水温度流量m3/h用水量m3时间段连续用水量间断用水进水口水压进水口位置及标高配口管径备注平均最大每次最大用水量每次最长时间每天使用次数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胶塞精洗胶塞2.15WFI4铝盖精洗铝盖2.15WFI5洗瓶机精洗洗瓶机0.62WFI6配液罐精洗配液罐0.32WFI7胶塞清洗机精洗胶塞清洗机0.32WFI8铝盖清洗机精洗铝盖清洗机0.42WFI9灌装加塞机精洗灌装加塞机0.42WFI10冻干机1精洗冻干机111WFI11冻干机2精洗冻干机211 A（内销）每天纯蒸汽用量估算表【同A（外销）及B】 表（二）使用点编号使用点名称用点描述流量用量kg时间段连续用水量间断用水进水口水压进水口位置及标高配口管径备注平均最大每次最大用水量每次最长时间每天使用次数PS01胶塞灭菌机胶塞灭菌3002P

11、S02铝盖灭菌机铝盖灭菌1502PS03湿热灭菌柜器具灭菌1002PS04冻干机1在线灭菌3001PS05杠杆及2在线灭菌3001PS06其他灭菌500 A(内销)每天纯化水用量估算一览表 表（三）使用点编号使用点名称用点描述用水温度流量用水量m3时间段连续用水量间断用水进水口水压进水口位置及标高备注平均最大每次最大用水量每次最长时间每天使用次数PW01生产注射用水13.75PW02生产纯蒸汽2PW03粗洗西林瓶3.59PW04粗洗胶塞2.15PW05粗洗铝盖2.15PW06主要设备主要设备粗洗4PW07男女洗手0.08PW08其他设备清洗其他设备0.445PW09备用2使用点编号使用点名称用

12、点描述用水温度流量m3/h用水量m3时间段连续用水量间断用水进水口水压进水口位置及标高配口管径备注平均最大每次最大用水量每次最长时间每天使用次数WFI1配液配液注射用水0.16WFI2西林瓶精洗西林瓶0.8m3/h4WFI3胶塞精洗胶塞2.4WFI4铝盖精洗铝盖2.4WFI5洗瓶机精洗洗瓶机0.62WFI6配液罐精洗配液罐0.32WFI7胶塞清洗机精洗胶塞清洗机0.32WFI8铝盖清洗机精洗铝盖清洗机0.42WFI9灌装加塞机精洗灌装加塞机0.42WFI10冻干机1精洗冻干机111WFI11冻干机2精洗冻干机211 A(外销）注射用水用量每天使用情况一览表 表（四) A(外销)每天纯化水用量估

13、算一览表 表（五）使用点名称用点描述用水温度流量用水量m3时间段连续用水量间断用水进水口水压进水口位置及标高备注平均最大每次最大用水量每次最长时间每天使用次数PW01生产注射用水13.20PW02生产纯蒸汽2PW03粗洗西林瓶4PW04粗洗胶塞2.4PW05粗洗铝盖2.4PW06主要设备主要设备粗洗4PW07男女洗手0.08PW08其他设备清洗其他设备0.445PW09备用2 使用点编号使用点名称用点描述用水温度流量m3/h用水量m3时间段连续用水量间断用水进水口水压进水口位置及标高配口管径备注平均最大每次最大用水量每次最长时间每天使用次数WFI1配液配液注射用水0.15WFI2西林瓶精洗西林

14、瓶0.8m3/h3.16WFI3胶塞精洗胶塞2.17WFI4铝盖精洗铝盖2.17WFI5洗瓶机精洗洗瓶机0.62WFI6配液罐精洗配液罐0.32WFI7胶塞清洗机精洗胶塞清洗机0.32WFI8铝盖清洗机精洗铝盖清洗机0.42WFI9灌装加塞机精洗灌装加塞机0.42WFI10冻干机1精洗冻干机111WFI11冻干机2精洗冻干机211 B注射用水用量每天使用情况一览表表（六） B每天纯化水用量估算一览表 表（七）使用点编号使用点名称用点描述用水温度流量用水量m3时间段连续用水量间断用水进水口水压进水口位置及标高备注平均最大每次最大用水量每次最长时间每天使用次数PW01生产注射用水12.10PW02

15、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主要设备主要设备粗洗4PW07男女洗手0.08PW08其他设备清洗其他设备0.445PW09备用2根据每日的注射用水用水量确定相关数据：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）流体设计参数序号流体名称流量设计压力Mpa水温1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（WFI）max.14M/h0.3305饱和蒸汽6冷凝水 表

16、（二）一般工程计算数据一览表名称数据水管路压力0.10.6Mpa水管内水流速13m/s纯化水、注射用水循环时干路流速1.5m/s饱和蒸汽流速2040m/s管道选型的简单计算：根据流体在管内常用流速，流体流量=管截面积流速。根据公式D=计算管径，式中D 管道内径mVs 流体的体积流量m3/sU 流体的平均流速m/s1. 注射用水总管管径的计算 取U=2m/s Vs=14.0m3/h=3.8910-3m/s D=0.050m管道压力设计为0.2Mpa,选用D=55mm316L不锈钢管，注射用水总管管径规格为552.5.2. 注射用水各使用点支管管径的计算（1） 配液注射用水（20）管道管径按配液罐

17、容量为200L注射用水1分钟完成，则体积流量Q1=200L/min=3.3310-3m3/s D1=0.046m选用的管径规格为502.5（2）清洗西林瓶注射用水（80）管道管径 Q2=0.8m3/h=0.2210-3m3/sD2=0.012m选用的管径规格为152（3） 清洗胶塞注射用水（80）输送管道管径 Q3=800L/h=0.2210-3m3/s D3=0.012m选用的管径规格为152（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152（5） 清洗配液罐的注射用水（80）输送管道管径选用的配液罐容量为200L，清洗时间6min，则体积流量Q5=2

18、00L/6min=0.5610-3m3/sD5=0.019m选用的管径规格为252（6） 清洗冻干机注射用水（80）输送管道管径3. 饮用水管道管径计算设引用水Vs=3M/h=3m3/h=0.8310-3m3/sD=0.023m选用D=25mm316L不锈钢管，引用水总管管径规格为252.54. 纯化水循环输送管道的计算Vs=14.0m3/h=3.8910-3m3/sD=0.050m纯化水管道压力为0.3Mpa纯化水选用管径规格为552.5.（1） 产生注射用水输送管道管径Vs=6.0m3/h=1.6710-3m3/sD=0.032m产生注射用水输送管道管径规格为352.5（2） 产生纯蒸汽管

19、道输送管径Vs=1.0m3/h=0.2810-3m3/sD=0.013m产生纯蒸汽输送管道管径规格为202.0（3） 粗洗西林瓶纯化水消耗管道管径Vs=1.8m3/h=0.510-3m3/sD=0.018m粗洗西林瓶纯化水消耗输送管道管径规格为252.0（4）粗洗胶塞纯化水消耗管道管径Vs=1m3/h=0.2810-3m3/sD=0.013m粗洗胶塞纯化水消耗输送管道管径规格为202.0粗洗铝盖纯化水消耗输送管道管径规格为202.0粗洗主要设备纯化水消耗输送管道管径规格为202.05.纯蒸汽循环输送管道计算 （1） 饱和蒸汽的流速一般取2 040米/秒，则取纯蒸汽流速 U=30m/s 一般来说

20、发出的蒸汽在0.30.35MPa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，190水蒸气的比体积V=0.1568m3 流量 VS=Ms*V=0.026m3/s根据 D=0.033m纯蒸汽总管道输送规格为402.5（2） 胶塞灭菌输送蒸汽管道管径Ms=300kg/h=0.083kg/s 流量 ： VS=Ms*V=0.013m3/s D=0.023m纯蒸汽胶塞灭菌管道输送规格为252.0（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.

21、006m3/s D=0.016m纯蒸汽铝盖灭菌管道输送规格为202.0（4） 湿热灭菌柜输送管道管径Ms=100kg/h=0.028kg/s 流量 ： VS=Ms*V=0.004m3/s D=0.013m湿热灭菌柜管道输送规格为152.0（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302.0 管道选型汇总表管道用途管径规格管道材料注射用水主管552.5316L不锈钢配液支管502.5西林瓶清洗管道152胶塞清洗管道152铝盖清洗管道152配液罐清洗管道252冻干机清洗管道饮用水主管252.5纯化水主管352.5产注射用水管

22、道202.0产纯蒸汽管道252.0粗洗西林瓶202.0粗洗胶塞202.0粗洗铝盖202.0粗洗主要设备202.0纯蒸汽总管402.5胶塞灭菌管道252.0铝盖灭菌管道202.0湿热灭菌柜管道152.0冻干机1302.5冻干机2302.5 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）快开接口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

23、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GMP第九十九条：“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70以上保温循

24、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 80 以上保温或在 65 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GMP水系统实施指南：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。2.能量消耗是适中的因为

25、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。3.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。注射用水冷却方式的选择（如下图，换热器安装在用水点上） 注射用水加热冷却循环系统的设置1 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，不会出现死角车间各自已形成 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

26、独自的回路，既不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错开和安排设计选择注射用水布置方式是并串联方式（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“并串式”，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1 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冷却水及冷却器传热面积的简单计算方法：1.冷却水流量的计算设80循环的注射用水通过热交换器冷却至20,由于列管式热交换器适