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發(fā)布日期：[2013-05-22] 閱讀次數(shù):[2515]
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| 噴淋裝置在制藥流體工藝系統(tǒng)中的應(yīng)用
在藥品生產(chǎn)和生物技術(shù)領(lǐng)域，噴淋洗裝置的清洗功能和表面潤(rùn)濕功能在潔凈流體工藝系統(tǒng)中已廣泛應(yīng)用。例如，采用中高壓、低流量噴淋技術(shù)可有效去除制藥配液罐壁上的殘留物；采用低壓、高流量噴淋技術(shù)可有效預(yù)防高溫注射用水罐體內(nèi)壁的微生物滋生。當(dāng)前，自動(dòng)清洗制藥配液罐體的在線(xiàn)清洗工藝（CIP，Clean In Place）已得到現(xiàn)代制藥行業(yè)的廣泛認(rèn)可，如何正確選擇和安裝罐體噴淋洗裝置對(duì)配液罐體的清洗驗(yàn)證至關(guān)重要。
清洗的原理
清洗的主要原理是向罐體內(nèi)表面的殘留物施加熱能、機(jī)械能和化學(xué)能，在這些能量的共同作用下實(shí)現(xiàn)配液罐體內(nèi)壁的有效清洗。溫度、機(jī)械作用、化學(xué)作用和時(shí)間是清洗過(guò)程中的四個(gè)基本要素，在清洗技術(shù)領(lǐng)域稱(chēng)為T(mén)ACT模型（Temperature、mechanical Action、Concentration、Time），為實(shí)現(xiàn)有效的清洗，上述四要素缺一不可、相互影響且互為補(bǔ)充。為了保證獲得理想的清洗效果，整個(gè)配液系統(tǒng)內(nèi)還需有合理的拋光度控制與死角控制。一般而言，拋光度等級(jí)越高、死角控制的越嚴(yán)格，系統(tǒng)越容易被噴淋清洗干凈。
清洗原理中的機(jī)械作用對(duì)于配液系統(tǒng)噴淋清洗過(guò)程至關(guān)重要。例如，配料罐體壁主要是通過(guò)清洗劑的噴淋洗狀態(tài)（需要保證足夠的流量和壓力）去除罐體內(nèi)壁的殘留物；藥液輸送管道主要是通過(guò)處于湍流狀態(tài)的清洗過(guò)程去除管道內(nèi)壁的殘留物。早期的清洗實(shí)踐中，機(jī)械作用并未被引入，其清洗理論為T(mén)AT模式，該模式的時(shí)間因素影響最大，其次是化學(xué)作用和溫度因素。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，TCT模式因其清洗時(shí)間太長(zhǎng)、清洗效率低下等原因，已不能滿(mǎn)足工業(yè)化大發(fā)展的需求，機(jī)械作用被引入到清洗理論中，從而形成了TACT模式，典型的現(xiàn)代清洗技術(shù)中，機(jī)械作用的影響已占到了整個(gè)清洗過(guò)程的50%以上，其余三個(gè)參數(shù)的影響相對(duì)較低。在一些難于清洗的工況，TC模式更加有效，該模式中化學(xué)作用和溫度未被引入，機(jī)械作用的影響會(huì)占到整個(gè)清洗過(guò)程的80%以上，其余的影響為時(shí)間因素。
噴淋洗裝置的分類(lèi)
噴淋洗裝置主要用于實(shí)現(xiàn)清洗過(guò)程的機(jī)械作用。依據(jù)工作壓力的不同，噴淋洗裝置被分為清洗球和洗罐器兩大類(lèi)。清洗球主要是指處于中、低壓工作狀態(tài)的噴淋洗裝置，包括固定清洗球、旋轉(zhuǎn)清洗球和切線(xiàn)出水清洗球等；依據(jù)清洗角度的不同，清洗球可分為90°、180°向上、180°向下、270°向上、360°和360°高流量等多種規(guī)格；依據(jù)安裝方式的不同，清洗球可分為焊接式、螺紋式和插銷(xiāo)式、快裝式等多種形式。洗罐器主要是指處于中、高壓工作狀態(tài)的噴射洗裝置，包括介質(zhì)驅(qū)動(dòng)洗罐器和外置馬達(dá)驅(qū)動(dòng)洗罐器等。
噴淋洗裝置的特點(diǎn)
固定清洗球?qū)儆诘蛪毫�、高流量型清洗球，它屬于人�?lèi)最早發(fā)明的噴淋洗裝置，因其安裝簡(jiǎn)單、開(kāi)孔靈活、造價(jià)低廉、使用壽命長(zhǎng)等因素在制藥、食品和飲料行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。固定清洗球的工作原理為小股清洗液從固定清洗球的每個(gè)孔中持續(xù)噴向罐體內(nèi)壁上的固定點(diǎn)，從而以層流的方式將清潔液分配至儲(chǔ)罐壁內(nèi)表面。固定清洗球的理論工作壓力相對(duì)較低（0.5～3bar），常用工作壓力為1～2bar，噴灑時(shí)的沖擊力也相對(duì)較弱，為達(dá)到清洗效果，需消耗大量的清洗液，它主要用于要求較低的清洗任務(wù)。當(dāng)清洗液壓力超過(guò)工作壓力后，固定清洗球?qū)l(fā)生霧化而失去清洗功能。在制藥行業(yè)，固定清洗球因其清洗效果一般、清洗耗水量和洗滌劑用量很大、噴灑孔易堵塞和紅銹等缺陷，已逐漸被切線(xiàn)出水清洗球所取代。
旋轉(zhuǎn)清洗球也屬于使用壽命長(zhǎng)、低壓力、高流量型清洗球，它在固定清洗球上改制了一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的連接部件，連接部件內(nèi)部安裝有導(dǎo)流擋板，利用水流對(duì)導(dǎo)流擋板的沖擊力使清洗球快速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)清洗球可有效避免因少數(shù)噴淋孔堵塞而帶來(lái)的清洗死角，即使旋轉(zhuǎn)清洗球停止轉(zhuǎn)動(dòng)，它依然可以起到固定清洗球的表面潤(rùn)濕功能。旋轉(zhuǎn)噴淋洗球的主要功能是保證罐體內(nèi)壁始終處于自清洗和全潤(rùn)濕狀態(tài)，并可用于較易清洗的罐體。與固定清洗球相比，旋轉(zhuǎn)沖洗能有效節(jié)省清洗時(shí)間，節(jié)省洗滌劑和清洗用水。2010版藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（GMP）要求：純化水、注射用水的制備、儲(chǔ)存和分配應(yīng)能防止微生物的滋生。純化水儲(chǔ)罐和注射用水儲(chǔ)罐是整個(gè)制藥用水系統(tǒng)中流速最慢、微生物風(fēng)險(xiǎn)最高的區(qū)域，罐體內(nèi)壁可能有附著疏松生物膜的風(fēng)險(xiǎn)，因此對(duì)儲(chǔ)罐的定期消毒和保證罐內(nèi)水的連續(xù)循環(huán)是非常重要的。制藥用水儲(chǔ)存與分配系統(tǒng)處于二十四小時(shí)連續(xù)工作狀態(tài)，其回水壓力相對(duì)較低、回水流量相對(duì)較大、儲(chǔ)罐清洗需求相對(duì)較低，罐頂應(yīng)安裝噴淋洗球以確保所有的罐體內(nèi)表面達(dá)到微生物控制的濕度，同時(shí)還能保持罐頂部溫度和罐內(nèi)水溫一致，從而有助于避免不銹鋼的腐蝕反應(yīng)，因此，旋轉(zhuǎn)清洗球非常適用于純化水儲(chǔ)罐和注射用水儲(chǔ)罐。
切線(xiàn)出水清洗球(RSH噴灑頭)屬于中壓力、低流量型旋轉(zhuǎn)清洗球，它在切線(xiàn)出水球體上加制了一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的連接部件，利用水流對(duì)切線(xiàn)出水球體的沖擊力使清洗球快速旋轉(zhuǎn)，其工作原理為清洗液采用扇形渦流方式從切線(xiàn)出水口中持續(xù)噴出，通過(guò)振動(dòng)模式與物理沖擊力相結(jié)合的方式將清潔液體均勻噴淋灑至罐體內(nèi)壁表面。切線(xiàn)出水清洗球工作壓力適中（1～10bar），常用工作壓力為2～5bar，清洗時(shí)的沖擊力相對(duì)較強(qiáng)，只需較少洗滌劑就能獲得理想的清洗效果，主要用于較易清洗的配料罐體。在線(xiàn)清洗工作站（CIP工作站）屬于典型的TACT清洗理念產(chǎn)品，隨著CIP工作站的廣泛使用，切線(xiàn)出水清洗球以其安裝方便、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、省水等優(yōu)勢(shì)得到了制藥行業(yè)常規(guī)配液系統(tǒng)的廣泛認(rèn)可。
洗罐器屬于高壓力、低流量型噴射洗裝置，多用于相對(duì)難清洗或者對(duì)清洗要求較高的罐。洗罐器的水平旋轉(zhuǎn)與垂直旋轉(zhuǎn)相結(jié)合，形成的高速射流以及由儲(chǔ)罐壁上反射的水流作用于最難達(dá)到的部位，通過(guò)旋轉(zhuǎn)的噴嘴將清洗液體噴射在儲(chǔ)罐的整個(gè)內(nèi)部表面上并形成逐步密集的網(wǎng)狀覆蓋。洗罐器的詳細(xì)工作機(jī)理為：進(jìn)入噴射頭的清洗液首先會(huì)通過(guò)一個(gè)導(dǎo)輪和渦輪，并帶動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)。渦輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)被一個(gè)齒輪箱轉(zhuǎn)換成由機(jī)身的水平旋轉(zhuǎn)以及噴嘴的垂直旋轉(zhuǎn)構(gòu)成的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。機(jī)身和噴嘴的復(fù)合運(yùn)動(dòng)確保了整個(gè)儲(chǔ)罐內(nèi)壁的清洗范圍都能覆蓋到。在輪轂連同噴嘴旋轉(zhuǎn)一個(gè)周期后，便完成對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)表面的一次粗略清洗。在隨后的回合期間，這種清洗方式將重復(fù)7次，每一次都會(huì)位移1/8個(gè)網(wǎng)格。在輪轂連同噴嘴重復(fù)清洗8次后，便完成一次完整清洗，隨后又會(huì)從第一個(gè)周期開(kāi)始重復(fù)。
介質(zhì)驅(qū)動(dòng)洗罐器是一款由清洗介質(zhì)驅(qū)動(dòng)和潤(rùn)滑的儲(chǔ)罐清洗器，由于它是自潤(rùn)滑的，因此機(jī)器中沒(méi)有油、脂等需要定期更換的潤(rùn)滑物質(zhì)，工作時(shí)，清洗噴槍的噴嘴會(huì)同時(shí)進(jìn)行公轉(zhuǎn)和自傳，公轉(zhuǎn)和自傳的速度不同，從而可以360度無(wú)死角覆蓋整個(gè)罐體內(nèi)部。介質(zhì)驅(qū)動(dòng)洗罐器工作壓力相對(duì)較高，最高可達(dá)20bar，清洗時(shí)的沖擊力很強(qiáng)，是傳統(tǒng)清洗球的一種有效替代產(chǎn)品。
外置馬達(dá)驅(qū)動(dòng)洗罐器是一款由外置動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)罐清洗器，其工作壓力不受清洗介質(zhì)的限制，最高可達(dá)到60bar，清洗時(shí)的沖擊力非常強(qiáng)，特別適用于極難清洗的罐體，例如百白破疫苗工藝罐體的清洗。與介質(zhì)驅(qū)動(dòng)洗罐器相比，外置馬達(dá)驅(qū)動(dòng)洗罐器對(duì)于清洗周期和清洗時(shí)間的可控性更大，例如，外置馬達(dá)驅(qū)動(dòng)洗罐器的標(biāo)準(zhǔn)程序可設(shè)置為3分鐘完成對(duì)罐體內(nèi)表面的一個(gè)清洗周期，采用三個(gè)循環(huán)即可保證罐體內(nèi)壁的清洗質(zhì)量符合生產(chǎn)需求。
收縮式清洗球和旋轉(zhuǎn)式清洗管是兩種特殊設(shè)計(jì)的切線(xiàn)出水清洗球。收縮式清洗球在不需要使用時(shí)可自動(dòng)收起，需要使用時(shí)可靈活伸出，尤其適用于不便于放置固定旋轉(zhuǎn)清洗球的儲(chǔ)罐、容器、干燥機(jī)和管道等，例如，用于粉體儲(chǔ)罐清洗的收縮式清洗球能有效避免粉料換批所帶來(lái)的交叉污染。收縮式清洗球的收縮裝置可采用兩種驅(qū)動(dòng)形式：（1）采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式，利用氣壓伸長(zhǎng)和收縮清洗頭；（2）采用介質(zhì)驅(qū)動(dòng)方式，利用洗滌劑的壓力伸長(zhǎng)清洗頭、利用內(nèi)置彈簧收縮清洗頭。旋轉(zhuǎn)式清洗管可靈活安裝于清洗桿的中部，特別適用于高徑比較大的罐體，在發(fā)酵罐或其它特殊領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。非金屬清洗球是另外一款新型的切線(xiàn)出水清洗球，其球體旋轉(zhuǎn)無(wú)需借助不銹鋼鋼珠，使用壽命顯著增加。非金屬清洗球的球體材質(zhì)為聚醚醚酮（PEEK）樹(shù)脂，PEEK是一種性能優(yōu)異的特種工程塑料，具有耐高溫，機(jī)械性能優(yōu)異，自潤(rùn)滑性好，耐化學(xué)品腐蝕，阻燃，耐剝離性，耐輻照性，絕緣性穩(wěn)定，耐水解和易加工等特點(diǎn)，其材質(zhì)已得到FDA的官方認(rèn)可。
噴淋洗裝置的應(yīng)用
噴淋洗裝置應(yīng)實(shí)現(xiàn)自清潔和自排凈功能，供應(yīng)商需提供下排孔的位置圖來(lái)確保完全可排空，每一個(gè)罐體均需考慮噴淋洗裝置的安裝高度，以便得到最佳的清洗效果。如果罐體上封頭有垂直到罐體內(nèi)部的金屬桿（如電容式液位傳感器、上置槳式攪拌器等），罐體需要采取多個(gè)噴淋洗裝置來(lái)避免在噴淋洗方式上造成的“陰影”。
為了證明清洗液能夠完全覆蓋罐體內(nèi)表面，罐體供應(yīng)商需在工廠(chǎng)驗(yàn)收測(cè)試（FAT）階段進(jìn)行噴淋洗球的覆蓋性測(cè)試，為保證測(cè)試結(jié)果真實(shí)可靠，所有罐體附件均需安裝到位（如攪拌器、液位探頭、溫度探頭等）。測(cè)試可以在室溫下進(jìn)行，測(cè)試開(kāi)始后，將核黃素等染料均勻噴灑在設(shè)備內(nèi)表面、罐體接口和其它復(fù)雜的表面，按照預(yù)定的清洗SOP執(zhí)行后，通過(guò)紫外燈目測(cè)法或其它可驗(yàn)證的方法進(jìn)行測(cè)試結(jié)果的判定，合格標(biāo)準(zhǔn)為：所有的染料能被100%去除，紫外燈照射后無(wú)熒光。需要注意的是，覆蓋性測(cè)試可以確定噴淋洗球的覆蓋面積，但不能確定其清洗能力。
先進(jìn)的過(guò)程分析技術(shù)（PAT）可以幫助控制過(guò)程運(yùn)行、提高產(chǎn)品質(zhì)量并減少資源消耗。探測(cè)檢測(cè)器是一種應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)噴淋洗裝置的過(guò)程分析技術(shù)，它能有效實(shí)現(xiàn)清洗效果的過(guò)程分析與報(bào)警，系統(tǒng)產(chǎn)生的信號(hào)可以為聲頻信號(hào)或視頻信號(hào)。探測(cè)檢測(cè)器安裝在罐體內(nèi)表面后，可檢測(cè)到旋轉(zhuǎn)噴頭的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)并可接收到清洗液的沖擊力，通過(guò)傳感器的數(shù)據(jù)分析可驗(yàn)證清洗過(guò)程是否符合要求。
小結(jié)
當(dāng)前，體現(xiàn)當(dāng)代科學(xué)技術(shù)水平的制藥行業(yè)進(jìn)入一個(gè)全面發(fā)展的歷史新時(shí)期，節(jié)能、環(huán)保、安全等要求已成為制藥企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素，如何節(jié)省清洗用水、節(jié)省化學(xué)試劑、節(jié)省清洗時(shí)間對(duì)于制藥企業(yè)的戰(zhàn)略發(fā)展至關(guān)重要。隨著TACT清洗理論在配液系統(tǒng)與CIP工作站中得到更加廣泛的推廣和應(yīng)用，正確合理地選擇罐體噴淋洗裝置將有效節(jié)省企業(yè)在制藥流體工藝系統(tǒng)中的運(yùn)行成本。(end)
文章內(nèi)容僅供參考
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噴淋裝置在制藥流體工藝系統(tǒng)中的應(yīng)用