Получение воды очищенной и воды для инъекций в промышленных условиях

Ультрафильтрация. Ультрафильтрация предназначена для удаления из воды пирогенов и других растворенных органических веществ, молекулярная масса которых превышает 10 000.

Оборудование представляет собой системы мембран. Ультрафильтрационные мембраны имеют диаметр пор 0,001 - 0,05 мкм. Вещества, задерживаемые ультрафильтрационной мембраной, располагаются в области  молекулярных масс от 10 000 до 1 000 000. Вода проникает через мембрану, в то время как загрязнения задерживаются.

Правильность работы системы  контролируется по разности давления воды до и после мембран.

Дистилляция. В процессе дистилляции вода переводится в пар и обратно в жидкую фазу, при этом происходит отделение примесей. Дистилляция является наиболее эффективным методом очистки воды для разных целей. В качестве оборудования на этой стадии используются одно- или многокорпусные дистилляторы. Наиболее эффективны многокорпусные установки. В них вода последовательно перегоняется через несколько колонн (обычно от 3-х до 8-ми). Исходная вода проходит в противотоке с конденсатом и поэтапно нагревается на каждой ступени. Одновременно с этим охлаждается и конденсируется дистиллят, что приводит к значительной экономии энергии.

Дистилляционная установка  должна согласовываться с резервуаром  для хранения воды, т.е. включаться и  выключаться в зависимости от уровня в резервуаре. Должен осуществляться непрерывный автоматический контроль качества дистиллята по удельной электрической  проводимости. При неудовлетворительном качестве дистиллят должен быть возвращен  на повторную обработку. В случае устойчивого неудовлетворительного  качества дистиллята необходимо остановить систему и провести санацию. Возобновление  наполнения резервуара возможно только при уверенности в удовлетворительном качестве дистиллята.

Микрофильтрация. Микрофильтрация позволяет удалить из воды мелкие частицы и микроорганизмы. Фильтр с диаметром отверстий 2-3 мкм используется перед мембранами обратного осмоса и ультрафильтрации. Фильтр с диаметром отверстий 0,22 мкм используется в конце системы получения воды для инъекций и в системах распределения с целью предотвращения механической и микробиологической контаминации.

4.10. Деионизация. Деионизация позволяет очистить воду от ионов - заряженных частиц. Оборудование для деионизации представляет собой колонки с ионообменной смолой. Различаются деионизаторы раздельного действия (катионо - анионообменники) и смешанного действия.

Контроль правильности работы деионизаторов осуществляется измерением удельной электрической проводимости воды на выходе из системы.

5. Схемы очистки  воды

Для получения воды очищенной  и воды для инъекций применяются  последовательные многоступенчатые схемы. При выборе конкретной схемы необходимо учитывать результаты анализа исходной воды и имеющееся в наличии  оборудование. Следует отметить, что  в зависимости от конкретных условий, можно применять процессы, не упомянутые в этой главе. Главное, чтобы в  результате полученная вода соответствовала  требованиям действующих нормативных  документов.

Схема получения любого типа воды, а также любые изменения  в ней должны пройти валидацию.

6. Схемы получения  воды очищенной

На практике применяются 3 схемы получения воды очищенной. За исходную воду принимается вода из местного водопровода.

Схема 6.1 включает следующие процессы: грубая фильтрация, умягчение, фильтрация через угольный фильтрдистилляция. При выборе схемы 6.1. требуются большие капитальные затраты. Расход энергоносителей значительно больше, чем в других вариантах.

Выбор схемы 6.1. может быть целесообразен в случае, если предприятие  уже имеет в наличии свободный  дистиллятор и достаточное количество промышленного пара.

Схема 6.2 включает следующие процессы: фильтрация через угольный фильтр, деионизация, грубая фильтрация, умягчение.

При выборе схемы 6.1.2. требуются  наименьшие капитальные затраты. Расходы  энергоносителей невелики. Однако в  эксплуатации часто возникают трудности  в связи с необходимостью регенерации  ионообменников кислотами и щелочами.

Схема 6.3 включает следующие процессы: подогрев и термостатирование, грубая фильтрация, умягчение, фильтрация через угольный фильтр, фильтрация через фильтр с диаметром отверстий 3 мкм, обратный осмос.

Схема 6.3. наиболее оптимальна. При этом не требуются большие капитальные затраты. Оборудование не требует частой регенерации. Эксплуатационные расходы невысоки.

7. Схемы получения  воды для инъекций

За исходную воду принимается  вода очищенная.

Схема 7.1. заключается в  одном процессе - дистилляции. Выбор  схемы является наилучшим. Дистилляция, как метод получения воды для  инъекций рекомендуется всеми международными организациями, курирующими производство лекарственных средств.

Схема 7.2. включает процесс  обратного осмоса. Используя сочетание  схем 6.1. и 6.2. можно получить систему  получения воды для инъекций из водопроводной  воды. На практике это реализуется  в использовании двухступенчатой  установки обратного осмоса. Получение  воды для инъекций методом обратного  осмоса не требует больших капитальных  затрат. Недостатками этого метода является продолжительность времени  обработки воды, высокие требования к мембранам и большие отходы воды.

Схема 7.3. включает комплекс процессов: деионизация, фильтрация через фильтр с диаметром отверстий 0,22 мкм.

Исходная вода для схемы 7.3. должна быть приготовлена по схемам 6.1. или 6.3. Выбор схемы позволяет  экономить как капитальные, так  и эксплутационные затраты.

Воду для инъекций можно  получить на установках типа Milli-Q, в  которых используется сочетание  схем 6.1. и 6.3, что позволяет получить высокоочищенную апирогенную воду с удельным электрическим сопротивлением до 18 МОм-см при 25°С (удельное электрическое  сопротивление воды для инъекций, полученной по схеме 6.2.1. - 2 МОм-см). При  таком удельном электрическом сопротивлении  вода обладает большой активностью, что необходимо учитывать при  организации хранения воды. Выбор  схемы 6.2.3. целесобразен для приготовления  сред, предназначенных для культивирования  клеток тканей.

В промышленных условиях воду для инъекций получают из деминерализованной воды, т.е. освобожденной от нежелательных  катионов и анионов. Для получения  апирогенной воды необходимо удалить  микроорганизмы и пирогенные вещества - это продукты жизнедеятельности  и распада микроорганизмов , микробные  клетки будут удаляться при перегонке  в виде капельной фазы , что проводиться  разными способами :

1. например, центробежный  способ улавливания капельной  фазы в аквадистилляторе «Финн  - аква»;

2. в термокомпрессионном  аквадистилляторе капельная фаза  испаряется на стенках трубок  испарителя;

3. в трехступенчатом горизонтальном  аквадистилляторе - капельная фаза  удаляется из пара в верхней  части каждого корпуса барботируется  через ситчатую тарелку с постоянным  слоем проточной апирогенной  воды.

Для этого используют следующие  аппараты : дистиллятор « Финн - аква», «термокомпрессионные аквадистилляторы», трехступенчатые горизонтальные аквадистилляторы.

Аквадистиллятор «Финн - аква» (рис .1). Принцип работы: деминерализованная вода подается через регулятор давления (1) в конденсатор - холодильник (2) ,проходит теплообменники камер (3), нагревается в зону испарения (5). Здесь вода нагревается с помощью системы трубок, обогреваемых паром изнутри, до кипения. Создается интенсивный поток пара, который направляется во второй корпус, а капли с помощью центробежной силы прислоняются к стенкам и стекают вниз. Корпус 1 обогревается техническим паром, который выводится в линию технического конденсата.

Избыток деминерализованной воды через трубку (6) подается из корпуса (1) в корпус (2) и (3).Вода из корпуса 2 по трубе 7 и корпуса 3 по трубе 8 поступает  в холодильник - конденсатор (2), а  потом в специальный теплообменник  для дистиллята 9 , где температура 80-95 С. Воду проверяют на качество, если не соответствует, то выбрасывают. Преимущества перед другими аквадистиляторами:

1) образующемуся потоку  пара придают спиралеобразное  вращательное движение с большой  скоростью, за счет центробежной  силы капли прижимаются к стенкам  аппарата и стекают в нижнюю  часть испарителя;

2) в установке питающая  вода подается снизу вверх;

3) дистиллят охлаждается  в теплообменнике 9 до температуры  80-90С, что предотвращает рост  микроорганизмов.

 

Рис. 1. Аквадистиллятор «Финн-аква».

Условные обозначения: 1- регулятор давления; 2- конденсатор-холодильник; 3 - теплообменники трех корпусов камер  предварительного нагрева; 4- парозапорное устройство линии технического конденсата; 5- система трубок теплообменников (зона испарения); 6 - трубы для подачи избытка  воды в испаритель следующего корпуса; 7-труба для слива конденсата в конденсатор-холодильник; 8 - труба для поступления вторичного пара в холодильник 2 ; 9 - специальный теплообменник для дистиллята.

Термокомпрессионный аквадистиллятор (рис. 2). Принцип работы состоит в следующем: деминерализованная вода подается в регулятор давления (4) и через регулятор уровня поступает в нижнюю часть конденсатора - холодильника (1 ) ,заполняет его межтрубное пространство и поступает в камеру предварительного нагрева (5) , а из нее - в трубки испарителя (6).Здесь вода закипает и пар заполняет межтрубное пространство (2) и откачивается компрессором (3).В камере испарения создается разряжение и вода в трубках закипает. Вторичный пар в компрессоре сжимается, проходит в межтрубное пространство и нагревает воду в трубках до кипения. В межтрубном пространстве образуется конденсат, который направляется в верхнюю часть конденсатора холодильника, охлаждается и собирается в сборник дистиллята.

 

Рис.2. Термокомпрессионный  аквадистиллятор.

Условные обозначения: 1-конденсатор - холодильник; 2-паровое пространство камеры предварительного нагрева; 3 - компрессор;4-регулятор  давления деминерализованной воды; 5 - камера предварительного нагрева воды деминерализованной; 6-трубки испарителя; 7-регулятор уровня деминерализованной воды; 8-сборник дистиллята.

Трехступенчатый горизонтальный аквадистиллятор (рис. 3) состоит из трех корпусов, может быть и более , работает на деминерализованной воде. Корпус (1) представляет собой испаритель с трубчатым паровым нагревателем (5), технический греющий пар подается в верхнюю его часть, а отработанный выводится в нижней части. Внутрь испарителя заливается нагретая в конденсаторе-холодильнике (2) вода деминерализованная до постоянного уровня и нагревается до кипения.

Пар верхней части каждого  корпуса проходит через ситчатую тарелку с постоянным слоем проточной  апирогенной воды ( 4) . Барботаж способствует эффективному задержанию капель из пара. Очищенный пар поступает в  нагреватель второго корпуса  и нагревает воду до кипения. Вторичный  пар второго корпуса барботирует  через слой воды в ситчатой тарелке  и поступает в нагреватель  третьего. Очищенный вторичный пар  третьего корпуса поступает в  конденсатор-холодильник 2 - общий для  всех корпусов. Капельная фаза удаляется  из пара.

Преимущества аквадистиллятора объясняются тем, что вода получается достаточно хорошего качества:

1) в корпусах-испарителях  большая высота парового пространства;

2) удаление капельной  фазы производится за счет  того, что вторичный пар проходит  через ситчатую тарелку с постоянным  слоем проточной апирогенной  воды, т.е. барботаж способствует  эффективному задержанию капель  из пара.

Рис. 3. Трехступенчатый горизонтальный аквадистиллятор.

Условные обозначения: 1 корпус - испаритель; 2- конденсатор-

холодильник; 3- сборник дистиллята; 4-ситчатая тарелка с апирогенной  водой; 5-испаритель с трубчатым паровым  нагревателем; 6- воздушный фильтр.

8. Хранение воды  очищенной и воды для инъекций

Хранение воды очищенной. Воду очищенную хранят в закрытых емкостях, изготовленных из материалов,

обеспечивающих сохранение свойств воды в пределах требований действующих нормативных документов и защищающих ее от инородных частиц и микробиологических загрязнений.

Материалами сосуда для хранения воды очищенной могут быть полипропилен, тефлон, нержавеющая сталь AISI 316 или  другие инертные материалы

Хранение воды для инъекций. Воду для инъекций хранят при температуре от 3°С до 7°С или от 80°С до 95°С в закрытых емкостях, изготовленных из материалов, обеспечивающих сохранение свойств воды в пределах действующих нормативных документов и защищающих ее от попадания механических включений и микробиологической контаминации. Длительность хранения устанавливается после валидации.

При необходимости длительного  хранения воды для инъекций необходимо организовать ее циркулирующюю при  температуре в интервале 85-90°С. Для  этого применяются специальные  сосуды. В качестве материала всех поверхностей, находящихся в контакте с водой для инъекций, рекомендуется  использовать нержавеющую сталь 02Х17Н13М2 (международное обозначение AISI 316L) электрополированную  с шероховатостью поверхности (Ra) не более 0,8 мкм.

Сосуд для хранения воды для инъекций должен быть оборудован:

¦ мешалкой;

¦ рубашкой для подачи пара и охлаждающей воды;

¦ системой душирования для  обеспечения непрерывного смачивания всей внутренней поверхности сосуда;

¦ системой термостатирования;

¦ гидрофобным воздушным  фильтром;

¦ взрывной мембраной;

¦ манометром;

¦ системой регулирования  уровня.

9. Системы распределения  воды очищенной и воды для  инъекций

Системы распределения воды очищенной и воды для инъекций предназначены для доставки воды к точке потребления при неизменном ее качестве.

В систему распределения  входят трубопровод, насосная система, контрольно-измерительные приборе, точки ответвления к потребителям.

Система распределения может  быть тупиковой или закольцованной. Закольцованная система имеет начало и конец в сосуде для хранения воды.

Система распределения может  быть холодной и горячей. В холодной системе распределения вода находится  при комнатной температуре. В  горячей системе распределения  вода находится при температуре 85-90°С.

Требования к материалам поверхностей, находящихся в контакте с водой аналогичны требованиям, предъявляемым к материалам, находящимся  в контакте с водой при ее хранении.