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        熱壓式蒸餾水機(jī)和多效蒸餾水機(jī)制備注射用水的質(zhì)量比較

        2022-03-16 05:25:52趙書藝韓祥東趙小潔徐永浩張齊明勾洋梅
        醫(yī)療衛(wèi)生裝備 2022年2期
        關(guān)鍵詞:出水口水口熱壓

        趙書藝,韓祥東,趙小潔,祁 軍,徐永浩,張齊明,勾洋梅,劉 曉

        (蘭州蘭生血液制品有限公司,蘭州 730046)

        0 引言

        注射用水在生物制藥的生產(chǎn)、配制過(guò)程中有多種用途,是最常見的原料[1]。有多種方法可以制備注射用水,其中熱壓式蒸餾法和多效蒸餾法是生產(chǎn)注射用水最常用的2種方法[2]。多效蒸餾法的主要過(guò)程是原料水首先進(jìn)入冷凝器和初級(jí)蒸餾冷卻器,再進(jìn)入第一效蒸發(fā)器后產(chǎn)生蒸汽,生成的蒸汽通過(guò)氣液分離器去除蒸汽中的帶雜質(zhì)的水,在第一效蒸餾中產(chǎn)生的純蒸汽傳遞到第二效中,用于在較低壓力和溫度下產(chǎn)生第二效蒸餾的蒸汽。如此不斷重復(fù),直至最后一效以及前面各效產(chǎn)生的蒸汽冷凝成注射用水。熱壓式蒸餾法的主要過(guò)程是原料水在排管中沸騰,生成的蒸汽通過(guò)氣液分離器去除蒸汽中的雜質(zhì),純蒸汽進(jìn)入壓縮機(jī)從而產(chǎn)生更高的飽和壓力,壓縮產(chǎn)生的具有更高壓力的蒸汽被排放到管外的蒸發(fā)器中進(jìn)行冷凝并釋放其潛熱至管內(nèi)的沸水中,蒸汽在管外凝結(jié)成注射用水[3]。本文對(duì)熱壓式蒸餾水機(jī)和多效蒸餾水機(jī)制備的注射用水進(jìn)行連續(xù)檢測(cè),以確保制備的注射用水符合制藥用水要求。

        1 材料和方法

        1.1 注射用水的制備設(shè)備

        本研究分別采用吉林華通制藥設(shè)備有限公司生產(chǎn)的LD3000/6S多效蒸餾水機(jī)和楚天華通醫(yī)藥設(shè)備有限公司生產(chǎn)的VCS12000/H熱壓式蒸餾水機(jī)制備注射用水,均以純化水為原料水。

        LD3000/6S多效蒸餾水機(jī)(如圖1所示)利用列管降膜蒸發(fā)原理,受各效蒸發(fā)器不同壓力的驅(qū)動(dòng),第一效產(chǎn)生的純蒸汽可作為下一效的加熱蒸汽,以此類推,經(jīng)過(guò)多效的換熱蒸發(fā),原料水被充分汽化,各效產(chǎn)生的純蒸汽則在換熱過(guò)程中被冷凝成注射用水[4-5],生產(chǎn)能力是6 t/h。

        圖1 LD3000/6S多效蒸餾水機(jī)示意圖

        VCS12000/H熱壓式蒸餾水機(jī)(如圖2所示)利用高能效蒸汽壓縮機(jī)壓縮,經(jīng)多級(jí)分離產(chǎn)生純蒸汽,通過(guò)壓縮機(jī)把電能轉(zhuǎn)換成熱能,提高二次蒸汽的熱焓,并使其繼續(xù)進(jìn)入蒸發(fā)器進(jìn)行汽水換熱,可最大限度地降低外部工業(yè)蒸汽的消耗,依靠蒸汽機(jī)械再壓縮技術(shù)實(shí)現(xiàn)低成本制備注射用水[5],生產(chǎn)能力是8~12 t/h。相比多效蒸餾水機(jī),熱壓式蒸餾水機(jī)具有節(jié)約能耗、產(chǎn)水量大等特點(diǎn)[6-7]。

        圖2 VCS12000/H熱壓式蒸餾水機(jī)示意圖

        1.2 方法

        1.2.1 檢測(cè)方法

        對(duì)本公司2019年1—7月采用多效蒸餾水機(jī)生產(chǎn)的注射用水和2019年9月至2020年3月采用熱壓式蒸餾水機(jī)生產(chǎn)的注射用水的質(zhì)量進(jìn)行比較。取樣點(diǎn)分為熱壓式蒸餾水機(jī)和多效蒸餾水機(jī)的總出水口和總回水口4個(gè)點(diǎn),取樣頻次為每周取樣1次,共取樣28周。檢測(cè)指標(biāo)包括性狀、pH值、氨、硝酸鹽、亞硝酸鹽、電導(dǎo)率、總有機(jī)碳、不揮發(fā)物、重金屬、細(xì)菌內(nèi)毒素和微生物限度。

        1.2.2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

        注射用水質(zhì)量指標(biāo)應(yīng)符合《中華人民共和國(guó)藥典》(2020年版)(以下簡(jiǎn)稱《中國(guó)藥典》)的相關(guān)要求[8-9]。

        1.2.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

        所有數(shù)據(jù)為多效蒸餾水機(jī)和熱壓式蒸餾水機(jī)總出水口和總回水口各28個(gè)注射用水的樣品檢測(cè)結(jié)果,采用OriginPro 9.0繪圖,采用Excel 2013軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì),并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析,P<0.05表示差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

        2 結(jié)果

        多效蒸餾水機(jī)和熱壓式蒸餾水機(jī)注射用水總出水口和總回水口的質(zhì)量指標(biāo),包括性狀、pH值、氨、硝酸鹽、亞硝酸鹽、電導(dǎo)率、總有機(jī)碳、不揮發(fā)物、重金屬、細(xì)菌內(nèi)毒素和微生物限度均符合《中國(guó)藥典》的相關(guān)要求。

        2.1 注射用水的pH值檢測(cè)結(jié)果

        多效蒸餾水機(jī)和熱壓式蒸餾水機(jī)生產(chǎn)的注射用水的pH值范圍均為5.9~6.4,無(wú)顯著性差異(P>0.05),均符合《中國(guó)藥典》標(biāo)準(zhǔn)(見表1),監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)總體趨勢(shì)平穩(wěn)(如圖3、4所示)。

        圖3 多效蒸餾水機(jī)和熱壓式蒸餾水機(jī)總出水口注射用水的pH值比較

        表1 2種設(shè)備制備的注射用水的pH值指標(biāo)結(jié)果

        2.2 注射用水的電導(dǎo)率檢測(cè)結(jié)果

        多效蒸餾水機(jī)和熱壓式蒸餾水機(jī)生產(chǎn)的注射用水的電導(dǎo)率范圍分別是0.5~0.7μS/cm和0.4~0.7μS/cm(測(cè)定溫度為25℃),熱壓式蒸餾水機(jī)出水口注射用水的電導(dǎo)率顯著低于多效蒸餾水機(jī)的電導(dǎo)率(P<0.05),多效蒸餾水機(jī)和熱壓式蒸餾水機(jī)總回水口注射用水的電導(dǎo)率無(wú)顯著性差異(P>0.05),均符合《中國(guó)藥典》標(biāo)準(zhǔn)(見表2),監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)總體趨勢(shì)平穩(wěn)(如圖5、6所示)。眾所周知,電導(dǎo)率是表征物體導(dǎo)電能力的物理量,水的電導(dǎo)率與水的純度呈負(fù)相關(guān)。因此,熱壓式蒸餾水機(jī)相比多效蒸餾水機(jī)制備的注射用水質(zhì)量更好。

        圖5 多效蒸餾水機(jī)和熱壓式蒸餾水機(jī)總出水口注射用水的電導(dǎo)率比較

        表2 2種設(shè)備制備的注射用水的電導(dǎo)率指標(biāo)結(jié)果

        圖4 多效蒸餾水機(jī)和熱壓式蒸餾水機(jī)總回水口注射用水的pH值比較

        2.3 注射用水的總有機(jī)碳檢測(cè)結(jié)果

        多效蒸餾水機(jī)和熱壓式蒸餾水機(jī)生產(chǎn)的注射用水的總有機(jī)碳的范圍分別為0.06~0.14 mg/L和0.06~0.13 mg/L,無(wú)顯著性差異(P>0.05),均符合《中國(guó)藥典》標(biāo)準(zhǔn)(見表3)??傆袡C(jī)碳監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為離線檢測(cè),總體趨勢(shì)平穩(wěn)(如圖7、8所示)。

        圖7 多效蒸餾水機(jī)和熱壓式蒸餾水機(jī)總出水口注射用水的總有機(jī)碳比較

        表3 2種設(shè)備制備的注射用水的總有機(jī)碳指標(biāo)結(jié)果

        圖6 多效蒸餾水機(jī)和熱壓式蒸餾水機(jī)總回水口注射用水的電導(dǎo)率比較

        2.4 注射用水的微生物限度檢測(cè)結(jié)果

        多效蒸餾水機(jī)和熱壓式蒸餾水機(jī)總出水口和總回水口注射用水的需氧菌總數(shù)均為0(遠(yuǎn)低于10 cfu/100 mL),無(wú)顯著性差異(P>0.05),表明2種設(shè)備制備的注射用水微生物限度均符合《中國(guó)藥典》標(biāo)準(zhǔn)(見表4,如圖9、10所示)。

        圖9 多效蒸餾水機(jī)和熱壓式蒸餾水機(jī)總出水口注射用水的微生物限度比較

        表4 2種設(shè)備制備的注射用水的微生物限度指標(biāo)結(jié)果

        3 討論

        中國(guó)、美國(guó)、歐盟、日本制備注射用水的方法主要有蒸餾法和反滲透(reverse osmosis,RO)法,其中,蒸餾法是國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的首選方法[10]。隨著注射用水制備設(shè)備的發(fā)展,從塔式蒸餾器到多效蒸餾器再到氣壓式蒸餾器(也稱熱壓式蒸餾水機(jī)),制備的注射用水質(zhì)量逐步提升,設(shè)備能耗逐步降低[6,11]。第一代蒸餾水機(jī)——塔式蒸餾水機(jī),因能耗高、生產(chǎn)技術(shù)落后、制備注射用水的質(zhì)量低,已被具有生產(chǎn)技術(shù)先進(jìn)、操作便捷、噪聲低、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)的多效蒸餾水機(jī)和具有耗能低、產(chǎn)量高等優(yōu)點(diǎn)的熱壓式蒸餾水機(jī)取代[12]。

        多效蒸餾水機(jī)和熱壓式蒸餾水機(jī)比較見表5[10,12]。多效蒸餾水機(jī)的優(yōu)勢(shì)是采用傳統(tǒng)方法,可靠性高,但能耗較高。熱壓式蒸餾水機(jī)的優(yōu)勢(shì)是開機(jī)運(yùn)行所需的蒸汽壓力低,能滿足工業(yè)蒸汽緊張時(shí)的生產(chǎn)需求;原料水的電導(dǎo)率要求低;出水溫度較低,能滿足中國(guó)《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范》(good manufacturing practice,GMP)中的注射用水可采用70℃以上保溫循環(huán)的要求,也能防止紅銹的滋生;產(chǎn)水量大,且濃水排放量較低,更節(jié)水。熱壓式蒸餾水機(jī)僅用11~16 kJ的壓縮功來(lái)回收釋放蒸汽中所含的約1 056 kJ的潛熱。另外,熱壓式蒸餾水機(jī)中的熱交換器也有利于減少系統(tǒng)的能量消耗[13],因此,熱壓式蒸餾水機(jī)的最大優(yōu)勢(shì)是在制水過(guò)程中熱效率較高。熱壓式蒸餾水機(jī)的核心是壓縮機(jī),雖然經(jīng)過(guò)50 a的發(fā)展,提高了壓縮機(jī)的可靠性,減少了壓縮機(jī)的噪聲和能耗,但其仍有一定的改造空間[6]。

        表5 多效蒸餾水機(jī)和熱壓式蒸餾水機(jī)比較

        圖8 多效蒸餾水機(jī)和熱壓式蒸餾水機(jī)總回水口注射用水的總有機(jī)碳比較

        圖10 多效蒸餾水機(jī)和熱壓式蒸餾水機(jī)總回水口注射用水的微生物限度比較

        無(wú)論是多效蒸餾水機(jī)還是熱壓式蒸餾水機(jī),在制備注射用水用于生物制藥生產(chǎn)時(shí),都要進(jìn)行持續(xù)的檢測(cè),以確保其符合質(zhì)量指標(biāo)。因此,需要根據(jù)《中國(guó)藥典》評(píng)估各種質(zhì)量參數(shù),如pH值、電導(dǎo)率、總有機(jī)碳、微生物限度、細(xì)菌內(nèi)毒素和硝酸鹽等,特別是反映注射用水質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo):電導(dǎo)率、總有機(jī)碳、微生物限度和細(xì)菌內(nèi)毒素[12]。在制藥工業(yè)中,注射用水制水設(shè)備能穩(wěn)定運(yùn)行,制備的注射用水符合《中國(guó)藥典》要求,是生物制藥行業(yè)注射用水制備設(shè)備選用的要求[14]。本文采用的多效蒸餾水機(jī)和熱壓式蒸餾水機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定,連續(xù)監(jiān)測(cè)的28周注射用水的質(zhì)量均符合《中國(guó)藥典》標(biāo)準(zhǔn)[9]。多效蒸餾水機(jī)和熱壓式蒸餾水機(jī)制備的注射用水,pH值范圍為5.9~6.4,總有機(jī)碳范圍為0.06~0.14,微生物限度值均為0,符合并遠(yuǎn)低于《中國(guó)藥典》標(biāo)準(zhǔn)[9],且均無(wú)顯著性差異。而熱壓式蒸餾水機(jī)制備的注射用水的電導(dǎo)率顯著低于多效蒸餾水機(jī),其他指標(biāo)包括性狀、氨、硝酸鹽、亞硝酸鹽、不揮發(fā)物、重金屬和細(xì)菌內(nèi)毒素均符合《中國(guó)藥典》標(biāo)準(zhǔn)。這表明多效蒸餾水機(jī)和熱壓式蒸餾水機(jī)均能制備符合要求的注射用水,并且熱壓式蒸餾水機(jī)制備的注射用水純度更高、質(zhì)量更好。另外,熱壓式蒸餾水機(jī)具有節(jié)約能源并降低成本的優(yōu)勢(shì)。目前,熱壓式蒸餾水機(jī)制備的注射用水監(jiān)測(cè)結(jié)果的相關(guān)文獻(xiàn)較少,本文提供了熱壓式蒸餾水機(jī)用于制備注射用水的示例,并證明熱壓式蒸餾水機(jī)應(yīng)用于生物技術(shù)制藥中的可靠性。

        本研究尚未對(duì)熱壓式蒸餾水機(jī)制備的注射用水進(jìn)行日常監(jiān)控,不足以評(píng)估季節(jié)變化對(duì)水質(zhì)的影響。在季節(jié)更替方面,熱壓式蒸餾水機(jī)制備的注射用水質(zhì)量情況仍待進(jìn)一步研究。

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