醫(yī)藥純化水技術(shù) |
 您所在的位置：網(wǎng)站首頁 ›
技術(shù)支持›
醫(yī)藥純化水技術(shù) |
|
一、 配管的坡度 配管設(shè)計中應(yīng)為管道的敷設(shè)考慮適當(dāng)?shù)钠露�，以利于管道的排水。即管道在安裝時必須考慮使所有管內(nèi)的水都能排凈。這個要求應(yīng)作為設(shè)計參數(shù)確定在系統(tǒng)中。制藥用水系統(tǒng)管道的排水坡度一般取1%或1cm/m。這個要求對純化水和注射用水系統(tǒng)管道均適用。配管系統(tǒng)中如有積水，還必須設(shè)置積水排泄點和閥門。但應(yīng)注意，排水點數(shù)量必須盡量少。 二、配水管道參數(shù)的計算 制藥工藝過程用水的量是根據(jù)工藝過程、產(chǎn)品的性質(zhì)、制藥設(shè)備的性能和藥廠所處地區(qū)的水資源情況等多種條件確定的。通過分析對每一個用水點注射用水的使用情況來確定。 通常，工藝用水量的計算按照兩種主要的用水情況進(jìn)行。一種是根據(jù)單位時間工藝生產(chǎn)流程中某種耗水量***大的設(shè)備為基礎(chǔ)考慮，即考慮工藝生產(chǎn)中***大（或峰值）用水量及***大（或峰值）用水時間；另一種是按照消耗在單位產(chǎn)品上的平均用水量（這個水量包括輔助用水）來計算。無論采用哪一種算法，應(yīng)盡量考慮生產(chǎn)工藝用水的需求，應(yīng)在藥品制造的整個生產(chǎn)周期內(nèi)比較均勻，并具有規(guī)律性；同時應(yīng)盡量考慮為適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展，水系統(tǒng)未來可能的規(guī)模擴(kuò)展。。。 為滿足工藝過程的各種需要，制藥工藝過程的設(shè)計用水量是根據(jù)具體的藥品品種在生產(chǎn)工藝過程中的直接用水量和輔助過程間接用水量之和決定的。即在考慮生產(chǎn)的具體品種和生產(chǎn)安排諸方面因素后，根據(jù)上述工藝分配輸送管道的設(shè)計形式和要求原則來具體確定。而其計算用水量則由一天中生產(chǎn)過程的高峰用量與平均用量綜合確定。不同藥品生產(chǎn)過程，其用水量的情況相差很懸殊。 2.1生產(chǎn)工藝用水點情況和用水量標(biāo)準(zhǔn) 工藝用水系統(tǒng)中的用水量與采用的工藝用水設(shè)備的完善程度、藥品生產(chǎn)的工藝方法、生產(chǎn)地水資源的情況等因素有關(guān)。通常，工藝用水的變化比較大。一般來說，工藝用水點越多，用水工藝設(shè)備越完善，每天中用水的不均勻性就越小。 制藥用水的情況因各個工藝用水點的使用條件不同，差異很大。如前所述，工藝用水系統(tǒng)分單個與多個用水點、僅為高溫用水點或僅為低溫用水點、既有高溫用水點又有低溫用水點、不同水溫的用水點中，既有同時使用各種水溫的情況，又有分時使用不同水溫的情況，等等。因此，用水點的用水情況很難簡單地確定。必須在設(shè)計計算以前確定制藥用水系統(tǒng)的貯存、分配輸送方式，以確定出在此基礎(chǔ)上的***大瞬時用水量。然后，再根據(jù)工藝過程中的***大瞬時用水量進(jìn)行計算。 工藝過程中***大用水量的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)藥品生產(chǎn)的全年產(chǎn)量，按照具體每一天分時用水量的統(tǒng)計情況來確定，確定用水量的過程中應(yīng)考慮所設(shè)置的工藝用水貯罐的調(diào)節(jié)能力。 2.2系統(tǒng)設(shè)計流量的確定 設(shè)計工藝用水管道，需要通過水力計算確定管道的直徑和水的阻力損失。其主要的設(shè)計依據(jù)就是工藝管道所通過的設(shè)計秒流量數(shù)值。設(shè)計秒流量值的確定需要考慮工藝用水量的實際情況、用水量的變化以及影響的因素等。 通常，按照全部用水點同時使用確定流量。按照生產(chǎn)線內(nèi)用水設(shè)備的完善程度，設(shè)計的秒流量為： q=Σn q max c 式中q——工藝因素的設(shè)計秒流量，m3/s； n——用水點與用水設(shè)備的數(shù)據(jù)； q max——用水點的***大出水量，m3/h； c——用水點同時使用系數(shù)，通�？蛇x取0.5-0.8。 2.3管道內(nèi)部的設(shè)計流速 制藥用水是流體的一種類型，它具有流體的普遍***性。流體在管道中流動時，每單位時間內(nèi)流經(jīng)任一截面的體積稱為體積流量。而管道內(nèi)部流體的速度是指流體每單位時間內(nèi)所流經(jīng)的距離。制藥用水管道內(nèi)部的輸送速度與系統(tǒng)中水的流體動力***性有密切的關(guān)系。因此，針對制藥用水的***殊性，利用水的流體動力***性，恰當(dāng)?shù)剡x取分配輸送管道內(nèi)水流速度，對于工藝用水系統(tǒng)的設(shè)計至關(guān)重要。 制藥用水系統(tǒng)管道內(nèi)的水力計算與普通給水管道內(nèi)水力計算的主要區(qū)別在于：制藥用水系統(tǒng)的水力計算應(yīng)仔細(xì)地考慮微生物控制對水系統(tǒng)中的流體動力***性的***殊要求。具體就是在制藥用水系統(tǒng)中越來越多地采用各種消毒、滅菌設(shè)施；并且將傳統(tǒng)的單向直流給水系統(tǒng)改變?yōu)榇?lián)循環(huán)方式。 這些區(qū)別給制藥用水系統(tǒng)流體動力條件的設(shè)計與安裝帶來了一系列意義深刻的變化：例如，為控制管道系統(tǒng)內(nèi)微生物的滋留，減少微生物膜生長的可能性等。 為此，美國藥典對制藥用水系統(tǒng)中的水流狀態(tài)提出了明確的要求，希望工藝用水處于“湍流狀態(tài)”下流動。這就需要通過對流體動力學(xué)***性的了解，來理解美國藥典要求使用“湍流狀態(tài)”概念的***殊意義。 通常，流體的速度在管道內(nèi)部橫斷面的各個具體點上是不一樣的。流體在管道內(nèi)部中心處，流速***大；愈靠近管道的管壁，流速愈��；而在緊靠管壁處，由于流體質(zhì)點附著于管道的內(nèi)壁上，其流速等于零。工業(yè)上流體管道內(nèi)部的流動速度，可供參考的有以下的經(jīng)驗數(shù)值： �。�1）普通液體在管道內(nèi)部流動時大都選用小于3 m/s的流速，對于粘性液體選用0.5~1.0 m/s，在一般情況可選取的流速為1.5~3 m/s； （2）低壓工業(yè)氣體的流速一般為8~15m/s，較高壓力的工業(yè)氣體則為15~25 m/s，飽和蒸汽的流速可選擇20~30 m/s，而過熱蒸汽的流速可選擇為30~50 m/s。 流體運動的類型可從雷諾實驗中觀察到。雷諾根據(jù)以不同流體和不同管徑獲得的實驗結(jié)果，證明了支配流體流動形式的因素，除流體的流速q外，尚有流體流過導(dǎo)管直徑d、流體的密度ρ和流體的黏度ц。流體流動的類型由dqρ/ц所決定。此數(shù)值稱為雷諾準(zhǔn)數(shù)，以Re表示。根據(jù)雷諾實驗，可將流體在管道內(nèi)的流動狀態(tài)分為平行流（滯流）和湍流兩種情況。 應(yīng)注意，雷諾準(zhǔn)數(shù)為一個純粹數(shù)值，沒有單位，因而是無因次數(shù)。在計算之中，只要采用的單位一致，對于任何單位都可得到同樣的數(shù)值。例如在米·千克—秒制中雷諾準(zhǔn)數(shù)的單位為： dqρ/ц=（m）（m/s）（kg·s2/ m4）/( kg·s / m2) =(m)0(kg)0(s0) 式中所有單位全可消去，所剩下的為決定流體流動類型的數(shù)值。而采用尺-磅-秒英制時也能得到同樣的結(jié)果。雷諾實驗表明，當(dāng)Re數(shù)值小于2300時，流體為滯流狀態(tài)流動。Re數(shù)值若大于2300，流體流動的狀態(tài)則開始轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧�。但�?yīng)注意，由于物質(zhì)的慣性存在，從滯流狀轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鳡顟B(tài)并不是突然的，而是會經(jīng)過一個過渡階段，通常將這個過渡階段稱之為過渡流，其Re數(shù)值由2300到4000左右，有時可延到10000以上。因而只有當(dāng)Re等于或大于10000時，才能得到穩(wěn)定的湍流。 由滯流變?yōu)橥牧鞯臓顩r稱為臨界狀況，一般都以2300為Re的臨界值。須注意，這個臨界值系與許多條件有關(guān)，***別是流體的進(jìn)入情況，管壁的粗糙度等。 由此可見，在制藥用水系統(tǒng)中，如果只講管道內(nèi)部水的流動，尚不足以強(qiáng)調(diào)構(gòu)成控制微生物污染的必要條件，只有當(dāng)水流過程的雷諾數(shù)Re達(dá)到10000，真正形成了穩(wěn)定的湍流時，才能夠有效地造成不利于微生物生長的水流環(huán)境條件。由于微生物的分子量要比水分子量大得多，即使管壁處的流速為零，如果已經(jīng)形成了穩(wěn)定的湍流，水中的微生物便處在無法滯留的環(huán)境條件中。相反，如果在制藥用水系統(tǒng)的設(shè)計和安裝過程中，沒有對水系統(tǒng)的設(shè)計及建造細(xì)節(jié)加以***別的關(guān)注，就會造成流速過低、管壁粗糙、管路上存在死水管段的結(jié)果，或者選用了結(jié)構(gòu)不利于控制微生物的閥門等等，微生物就完全有可能依賴于由此造成的客觀條件，在工藝用水系統(tǒng)管道的內(nèi)壁上積累生成微生物膜，從而對制藥用水系統(tǒng)造成微生物污染。 （1）滯流 流體在管道內(nèi)部流動時，其每個流體質(zhì)點穩(wěn)定地沿著與管軸中心平行的方向有條不紊的流動。此種流動稱為平行流動（層流）或粘滯流動，簡稱滯流。流體處于滯流狀態(tài)下時，流速沿導(dǎo)管直徑依拋物線的規(guī)律分布。此時管道中心的速度***大，沿曲線漸近管壁，則速度漸小至等于零，其平均速度為管中心速度之一半。 （2）湍流 流體在管道內(nèi)部流動時，流體質(zhì)點不按同一方向移動，而是作不規(guī)則的曲線運動，各質(zhì)點的運動速度在大小和方向上都隨時間發(fā)生變化，流體質(zhì)點間的運動跡線極其紊亂而流線很易改變的流動稱為紊流或湍狀流動，簡稱湍流。當(dāng)流體處于湍流狀態(tài)時，曲線形狀與拋物線相似，但***端稍寬。由于在湍流中流體質(zhì)點的相互撞碰，其流速在大小和方向上均時有變化，并趨向于一個平均值。因此，湍流的狀態(tài)愈明顯，其曲線的***端愈平坦，當(dāng)處于十分穩(wěn)定的湍流狀態(tài)時，其平均速度為管中心***大速度的0.8~0.9倍左右。 按照上述對流速在管道內(nèi)部分布的描述可知，即使流體確為湍流，其接近管壁處仍可能存在一層滯流的邊界層。這個邊界層實際上包括真正的滯流層與過渡層。在真正的滯流層中，流體速度近似地成直線下降，到管壁處速度趨于零。過渡層則介乎真正滯流層與流體主體之間。邊界層的厚度為Re數(shù)的函數(shù)。 因此，在流體流動中并不存在單純的湍流，也沒有純粹的滯流。實際上，在湍流中同時有滯流層存在；而在滯流中也可能有湍流的存在，這是因為部分流體質(zhì)點在滯流時有變形和旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。流體邊界層的存在，對其傳熱和擴(kuò)散過程都會產(chǎn)生很大的影響。 上述流速分布情況系指流體的流動已達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)而言。流體在進(jìn)入管道后需要流經(jīng)一定距離，其穩(wěn)定的狀態(tài)才能真正形成。對于湍流，實驗證明，其流經(jīng)的直管距離達(dá)到40倍管道直徑以后，穩(wěn)定的狀態(tài)才方可獲得。 另外，流速的分布規(guī)律只有在等溫狀態(tài)下才是成立的，即要求流體中各點的溫度是一致的、恒定不變的。 2.4制藥用水系統(tǒng)管道的阻力計算 工藝用水管道的水力計算，通常，根據(jù)各用水點的使用位置，先繪出系統(tǒng)管網(wǎng)軸測圖，再根據(jù)管網(wǎng)中各管段的設(shè)計秒流量，按照制藥用水的流動應(yīng)處于湍流狀態(tài)，即管內(nèi)水流速度大于2m/s的要求，計算各管段的管徑、管道阻力損失，進(jìn)而確定工藝用水系統(tǒng)所需的輸送壓力，選擇供水泵。 （1）確定輸水管徑 在求得軸測圖中各管段的設(shè)計秒流量后，根據(jù)下述水力學(xué)公式計算和控制流速，選擇管徑： di=18.8(Qg/υ)1/2 式中di——管道的內(nèi)徑，m； Qg——各管段的設(shè)計秒流量，m3/s； υ——管內(nèi)流速，m/s。 一般情況下，管道的直徑是由系統(tǒng)內(nèi)經(jīng)濟(jì)流速確定的。由上式可見，一旦流速確定，自然就得到了對應(yīng)流量的直徑。配管中流體的阻力，對于同***量來說，管徑越大，阻力損失越小。這在動力方面是經(jīng)濟(jì)的，但設(shè)備的費用會增加，并且還可能不會滿足工藝用水系統(tǒng)水流狀態(tài)為湍流的要求。 制藥工藝管道內(nèi)滿足微生物控制的流速采用2~3m/s。 （2）確定管段的壓頭損失 ① 工藝用水系統(tǒng)管道的沿程阻力損失 Py=K L 式中 Py——工藝管段的沿程阻力損失，m H2O； L——所計算管段的長度； K——管道單位長度的壓力損失，按照制藥用水管道通常采用不銹鋼，管道內(nèi)部的流速大于2m/s，則可使用下式計算： K=0.00107×υ2/d1.3(m H2O/m) υ——管道內(nèi)部平均水流速度，m/s； d——管道計算內(nèi)徑，m。 通常，直管段的壓力損失可用K=0.007×(m H2O/m)計算。 ② 管道的局部損失 Pj=Σξ（υ2/2g） 式中 Pj——局部阻力損失的總和，m H2O； Σξ——局部阻力系數(shù)之和，按照工藝用水系統(tǒng)管道中的不同管件及閥門附件的構(gòu)造情況有各種不同的數(shù)值； υ——沿著水流方向，局部阻力下游的流速； g——重力加速度，m/s2。 在工藝用水系統(tǒng)管道局部阻力計算時，通�？刹贿M(jìn)行詳細(xì)的計算，而采用沿程阻力損失的***數(shù)，常取值為20%。 ③管道接頭阻力損失 管接頭的阻力損失取決于其大小和類型，用ξ值計算。管道接頭阻力系數(shù)如表5.1： 表5.1 管接頭的阻力損失
④管道中的壓力損失，有下列兩種公式： Σ△р=Σ△рy+Σ△рfi+Σ△рva 式中р——總管道的阻力； рy——管道的沿程阻力； рfi——管接頭的阻力； рva——閥門阻力。 Σр=Σξ·（υ2/2g）ρ·1000 式中Σр——系統(tǒng)管道壓力損失； Σξ——管接頭阻力之和； υ——管道內(nèi)部流動速度，m/s； g——重力加速度，9.81 m/s2； ρ——液體密度，kg/m3。 ⑤閥門中的壓力損失 △рva=（Q/Kv）2·（ρ/1000） 式中△рva——閥門中的壓力損失； Q——流量，m3/h； Kv——閥門***殊的流量，m3/h； ρ——液體的密度，kg/m3。 ρ=0.1Mpa （3）管道阻力的計算方法 根據(jù)管道的布置方式，制藥用水系統(tǒng)阻力計算的步驟略有區(qū)別，但無論系統(tǒng)為不循環(huán)管道系統(tǒng)或循環(huán)的管道系統(tǒng)，由于循環(huán)系統(tǒng)中通常是水回至貯罐內(nèi)，水泵本身并不能形成閉環(huán)路，因系統(tǒng)中通常是水回至貯罐內(nèi)，水泵本身并不能形成閉環(huán)路，因此，它們的計算方法是相同的。管道系統(tǒng)的計算與給水管道的計算類似，步驟大致為： �、俑鶕�(jù)工藝用水系統(tǒng)軸測圖選出要求壓力***大的管路作為計算管路； �、谝罁�(jù)管路中流量變化的節(jié)點對計算管路進(jìn)行編號，并標(biāo)明各計算管段的長度； ③按上述（1）節(jié)提供的公式計算各管段的設(shè)計秒流量，工藝用水系統(tǒng)的設(shè)計秒流量可直接在2~3m/s范圍內(nèi)選�。� ④進(jìn)行水力計算，決定各計算管段的直徑和水壓頭損失，可通過查水力計算選用表，計算出水壓頭損失； ⑤按照計算結(jié)果，確定工藝用水系統(tǒng)所需的總水壓頭H（m） ⑥根據(jù)總水壓頭選擇水泵的功率和壓頭，并進(jìn)行系統(tǒng)配管的校核計算。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 欄目導(dǎo)航 |
| 聯(lián)系我們 | |
|
