專利名稱：生產(chǎn)純水的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及純水生產(chǎn)領(lǐng)域。具體地，本發(fā)明涉及注射用水的生產(chǎn)，其中不使用精餾過程。
對水的質(zhì)量要求與水的化學(xué)及微生物性質(zhì)相關(guān)?？梢酝ㄟ^測量電導(dǎo)率適當(dāng)監(jiān)測化學(xué)質(zhì)量。從微生物觀點來看，被監(jiān)測的性質(zhì)為無菌和發(fā)熱性。細(xì)菌例如破壞細(xì)胞膜成碎片進(jìn)入其環(huán)境中。這些碎片主要為脂多糖，作為熱原，即生熱劑。這些均為相對熱穩(wěn)定的化合物，可以要求高溫和延長加熱時間使其分解或失去有害性質(zhì)。在高質(zhì)量精餾過程中從水中除去熱原，也可以由于其中所使用的膜中很窄的孔而通過反滲透除去。
在醫(yī)藥領(lǐng)域中，對用于注射制劑的水采用最高的純度要求，即所謂的注射用水(WFI)級。生產(chǎn)注射用水時，上述比微生物小的生物體應(yīng)該被除去。在藥典中限定了被批準(zhǔn)用于生產(chǎn)WFI級水的方法。1996年出版的，23卷US藥典規(guī)定注射用水可以通過精餾或反滲透法進(jìn)行生產(chǎn)。而相應(yīng)的歐洲藥典只允許采用精餾法。
高級精餾過程需要很大的投資，并且生產(chǎn)成本也高。反滲透是更經(jīng)濟(jì)的方法，但常常需要較高的維修成本。
利用超濾可以從水中除去大分子，如熱原。但所使用的膜通常對熱和惡劣的化學(xué)條件敏感。在過濾過程開始之前，應(yīng)該首先從裝置本身除去微生物和熱原，另外在生產(chǎn)過程中應(yīng)該定期對進(jìn)料口進(jìn)行清洗、滅菌，并除去熱原。大多數(shù)超濾設(shè)備均不適合這種應(yīng)用。
US5104546公開了一種生產(chǎn)無熱原水的方法，其中使用一種橫向流動的超濾元件，該元件包括位于陶瓷載體上的氧化鋯膜。可以通過化學(xué)處理如利用硝酸使這種材料除去熱原。陶瓷過濾元件的熱穩(wěn)定性是很強(qiáng)的，它們可以反復(fù)進(jìn)行蒸汽滅菌。
國際專利申請WO98／28060公開了一種制造平的多孔陶瓷濾片的方法，這種濾片適用于死端及橫向流動過濾。適當(dāng)選擇材料，所形成的過濾元件可以具有在滅菌條件下操作所要求的物理及化學(xué)耐受性能。
US4664793公開了一種生產(chǎn)純水的設(shè)備，其中純化水在一個包括貯存容器的主管路中循環(huán)。當(dāng)管路中的細(xì)菌濃度已經(jīng)達(dá)到預(yù)定的閾值時，對所述管路中的水按間歇方式進(jìn)行熱處理(60-90℃)。該管路包括死端過濾單元和換熱器，換熱器利用外部冷卻水將純化水冷卻至工作溫度。但為了達(dá)到所要求的滅菌水平，要求指定的溫度保持較長時間時，利用這些設(shè)備還不能生產(chǎn)注射用水。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種權(quán)利要求4的用于生產(chǎn)純化水的設(shè)備，該設(shè)備的主要部件為連續(xù)操作的加熱滅菌部分和過濾部分，當(dāng)需要時其過濾能力足以生產(chǎn)無熱原的水。
過濾元件的材料應(yīng)該是足夠惰性和熱穩(wěn)定的；過濾元件優(yōu)選為陶瓷材料的，如上文引述的國際專利申請WO98／28060中所公開的類型，并且具有大的表面積體積比，以及位于整體型陶瓷載體上的功能性過濾膜。陶瓷材料包括例如以鋁、鈦和鋯的氧化物、碳化物或氮化物為基礎(chǔ)的材料。其它可能的過濾材料包括金屬，如燒結(jié)的耐酸鋼。具有所要求的耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性的特殊聚合物，包括PTFE(聚四氟乙烯)、FEP(氟化乙丙烯)、PEEK(聚醚醚酮)、PES(聚醚砜)，也可以使用。
過濾元件的分離能力應(yīng)該與產(chǎn)物水的純度要求對應(yīng)，如果需要的話，應(yīng)該足以分離熱原。對于分離內(nèi)毒素或熱原來說，通常采用的孔尺寸范圍為1nm-20nm；對于病毒，通常對應(yīng)的孔尺寸范圍為4nm-100nm；對于細(xì)菌，通常的孔尺寸為100nm-30μm。
優(yōu)選地，幾個過濾單元(圖中為2個)并聯(lián)使用，從而可以如下文所述在操作過程中進(jìn)行反洗和維修。
來自過濾管路的返回流(10)通過控制閥(11)在過濾管路和廢物流(3)之間分流。本發(fā)明方法的特征是過濾管路(5，6，8，9，10)與過濾單元一起形成高溫區(qū)，該區(qū)域在生產(chǎn)純水的過程中持續(xù)處于無菌狀態(tài)。由于過濾單元的壓力損失而降低壓力的純水通過管(12)進(jìn)入換熱器(5)，在換熱器(5)中，所述水的溫度通常降低到沸點以下，而熱量被帶到過濾管路的起始部位。換熱器(5)優(yōu)選為管殼式換熱器，其中管的端部連接到兩端的夾套板上，在管和端板之間的連接處發(fā)生泄漏時，防止純化的產(chǎn)物水被過濾管路的水污染；相反，過濾管路的水會漏到外面。
通過控制閥(13)，純化后的水被帶到管(16)中的消耗點。在裝置開車過程中，廢水可以通過支路(17)轉(zhuǎn)移。
優(yōu)選地，過濾單元在進(jìn)料端和產(chǎn)物端配有測壓元件以及這些測量值的比較元件。在操作過程中隨著沉積物的積累，當(dāng)過濾單元的壓降達(dá)到閾值時，可以通過并聯(lián)的過濾單元用純水進(jìn)行反洗，從而關(guān)閉一個或兩個產(chǎn)物閥門(14，15)，打開閥門(7)。
設(shè)備材料應(yīng)滿足技術(shù)及管理要求，除了過濾單元的材料外，可以選擇的材料通常為耐酸鋼和PTFE。在過濾管路中循環(huán)的水的溫度恒定高于其常壓沸點，管路壓力可以為上文所述的15bar或者更高，應(yīng)該設(shè)計該設(shè)備可以在相關(guān)溫度下在升壓下操作；隨后，應(yīng)該相應(yīng)地選擇泵、管和閥門，并按照相關(guān)的壓力容器標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)則設(shè)計容器。
當(dāng)在連續(xù)過程中有持久的高溫區(qū)時，可以取消通常在純化水生產(chǎn)設(shè)備中定期進(jìn)行的單獨滅菌階段。調(diào)節(jié)在滅菌區(qū)內(nèi)最短的水處理時間，使溫度達(dá)到在過濾元件壓力端進(jìn)行連續(xù)滅菌所采用的溫度。滅菌部分的溫度高于100℃；優(yōu)選高于140℃；最優(yōu)選的是在140-150℃的范圍內(nèi)。由于水在任何位置均不蒸發(fā)，并且離開過程的物流中的大部分能量均被轉(zhuǎn)移給進(jìn)料物流，因此能量節(jié)約是較好的。蒸發(fā)水所需要的能量為在壓力下將水加熱到140-150℃所需能量的3倍左右。
所公開的設(shè)備是針對生產(chǎn)純化水而設(shè)計的，但對本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員來說，在考慮其物理及化學(xué)性質(zhì)時，也可以對其它水溶液液體滅菌和純化，這是很明顯的。
權(quán)利要求
1．一種通過加熱滅菌和過濾生產(chǎn)純水的連續(xù)方法，其特征在于-滅菌步驟，其中水在無蒸發(fā)的條件下被加熱到100℃以上，并保持足夠長的時間，以在所述水中達(dá)到預(yù)定的滅菌水平，并且在生產(chǎn)過程中，在該滅菌步驟中使盛水的裝置處于無菌狀態(tài)，-在所述滅菌步驟之后的過濾步驟，其中基本上在滅菌步驟的溫度下過濾無菌水，使之達(dá)到所要求標(biāo)準(zhǔn)的純度。
2．權(quán)利要求1的方法，特征在于滅菌步驟的溫度高于140℃，優(yōu)選在140-150℃的范圍內(nèi)。
3．權(quán)利要求1或2的方法，特征在于所生產(chǎn)的純水為“注射用水”質(zhì)量。
4．生產(chǎn)純水的設(shè)備，包括用于加熱滅菌及用于過濾的裝置，特征在于-加熱水的裝置，在高于100℃時，使水保持為液態(tài)，并保持足夠長的時間進(jìn)行滅菌-至少一個具有足夠的分離能力的過濾單元，使水足夠純，符合所要求的標(biāo)準(zhǔn)-包含所述過濾單元的過濾管路，該管路適合于保持溫度高于100℃，并且使溫度高于100℃的水循環(huán)。
5．權(quán)利要求4的設(shè)備，特征在于所述的至少一個過濾單元的分離能力足以生產(chǎn)注射用水。
6．權(quán)利要求4或5的設(shè)備，特征在于包括至少兩個過濾單元和按照與過濾流動相反的方向引導(dǎo)純水至任一過濾單元的純水端洗滌所述過濾單元的裝置。
7．權(quán)利要求4-6中任意一項的設(shè)備，特征在于包括從離開設(shè)備的水流帶走熱量傳給進(jìn)料水的裝置，所述裝置優(yōu)選為至少一個具有雙端夾套壁的管殼式換熱器。
8．權(quán)利要求4-7中任意一項的設(shè)備，特征在于包括測量過濾單元進(jìn)料端和產(chǎn)物端壓差的元件。
全文摘要
生產(chǎn)高標(biāo)準(zhǔn)純水的方法和設(shè)備,其中水經(jīng)橫向流動的過濾單元循環(huán),持續(xù)保持管路溫度高于100℃。從而有效滅菌,并且當(dāng)使用適當(dāng)?shù)倪^濾器時,甚至可以生產(chǎn)注射用水。通過過濾單元的產(chǎn)物水經(jīng)換熱器預(yù)熱過濾管路。由于在過程中不蒸發(fā)水,因此節(jié)約了能量。
文檔編號C02F1/02GK1282306SQ98812468
公開日2001年1月31日 申請日期1998年11月11日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月12日
發(fā)明者J·特拉瓦, T·納米南 申請人:阿姆斯科歐洲公司蘇門西維利克