Оборудование_MU2
.pdfзапірну арматуру (для повного перекриття потоку матеріалу - крани, вентилі, засувки) і регулюючу (для регулювання витрат матеріалу й тиску). Клапани запобіжні й пропускні – для випуску надлишку середовища при підвищеному тиску. Клапани зворотні – для виключення руху середовища у зворотному напрямку.
ЗАВДАННЯ ДО ПРАКТИЧНОГО ЗАНЯТТЯ
1.Скласти та обґрунтувати перелік вимог до конструкції сучасного технологічного обладнання ХФП.
2.Скласти та обґрунтувати перелік вимог GMP до сучасного технологічного обладнання ХФП.
ТЕСТОВІ ЗАВДАННЯ ТА СИТУАЦІЙНІ ЗАДАЧІ
1.Вибір матеріалу обладнання, який контактує із технологічними середовищами, здійснюється з урахуванням:
a)конструкції обладнання
b)хімічної будови матеріалу
c)вимог належної виробничої практики
d)виробничої інструкції
2.Латунь – сплав:
a)сплав міді із цинком
b)сплав алюмінію із кремнієм
c)міді із оловом та іншими елементами
d)титану, нікелю, алюміній та цинку
3.Трубопровідні системи складаються з:
a)труб та трубопровідних арматур
b)труб, деталей з’єднання й кріплення трубопроводів, трубопровідних арматур.
c)труб і трубопровідної арматури
d)труб і деталей з’єднання й кріплення трубопроводів
4.Матеріал обладнання, який контактує із технологічними середовищами повинен мати:
a)високу теплопровідність;
b)високу корозійну стійкість в робочому середовищі
c)високі електропровідні властивості
d)всі відповіді вірні
5.Сілумін – сплав:
a)сплав міді із цинком,
b)сплав алюмінію із кремнієм
11
c)міді із оловом та іншими елементами
d)титану, алюмінію та цинку
6.Безшовні труби використовують для транспортування:
a)порошкоподібних матеріалів
b)стисненого повітря
c)токсичних, вибухонебезпечних матеріалів
d)рідких відходів
7.Матеріал обладнання, який контактує із технологічними середовищами не повинен впливати на:
a)теплопровідність
b)мікробіологічну чистоту
c)чистоту продукту
d)всі відповіді вірні
8.Фаоліт використовують:
a)для транспортних стрічок
b)у виробництві труб і арматури
c)для виготовлення деталей теплообмінних апаратів
d)для виготовлення валів
9.Арматура – це пристрої для:
a)зміни діаметру, напрямку трубопроводу, відгалуження, закриття на кінці
b)з’єднання сталевих, алюмінієвих
c)з’єднання титанових, полімерних труб
d)керування потоками рідин і газів, які переміщаються по трубопроводах
10.Маркування легованих сталей включає буквене позначення елемента і цифрове зазначення його масової частки в%. Масова частка вуглецю в таких сталях не перевищує 0,12%; вуглець буквою не позначають. Поясніть маркування сталі 12Х18Н10Т.
11.Матеріал деталі трубопровідної арматури має маркування ЛАЖ 60-1-1. Дайте відповідь, з якого матеріалу виконана деталь, поясність маркування і наведіть приклади застосування цього матеріалу в конструкціях обладнання ХФП.
12.Матеріал деталі трубопровідної арматури має маркування БрОЦ-4-3. Дайте відповідь, з якого матеріалу виконана деталь, поясність маркування і наведіть приклади застосування цього матеріалу в конструкціях обладнання ХФП.
Звіт повинен містити:
12
1.Тему та цілі практичного заняття.
2.Протоколпрактичногозаняття.
3.Висновки
КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ 1. Класифікація обладнання хіміко-фармацевтичних підприємств.
2.Ємкісне обладнання загального призначення, характеристика, класифікація. Навести приклади використання ємкісного обладнання на фармацевтичному виробництві.
3. Характеристика трубопроводів хіміко-фармацевтичних виробництв. 4.Вимоги до обладнання хіміко-фармацевтичних підприємств (конструкційні, експлуатаційні, вимоги GMP) .
5.Конструкційні матеріали, їх характеристика та вимоги до них.
6.Характеристика та класифікація ємкісного обладнання загального призначення
7.Трубопровідна арматура. Характеристика та класифікація.
8.Сталь конструкційна та легована, характеристика, маркування та застосування.
9.Характеристика чавунів, маркування та застосування
Практичне заняття № 2
ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ВОДОПІДГОТОВКИ
Мета заняття:
1.Ознайомлення з обладнанням для виробництва і збереження води очищеної, для ін’єкцій, високоочищеної.
2.Набуття практичних навичок з вибору технологічної схеми одержання і зберігання води очищеної, для ін’єкцій, високо очищеної.
Питання для самостійної роботи:
1.Методи одержання води знесоленої.
2.Методи одержання води очищеної
3.Методи одержання води для ін’єкцій
4.Методи одержання води високоочищеної
5.Вимоги ДФУ до води очищеної, для ін’єкцій, високоочищеної
6.Системи водо підготовки на ХФП.
ІНФОРМАЦІЙНИЙ МАТЕРІАЛ У виробництві лікарських засобів (ЛЗ) необхідна вода різного ступеню
13
очищення, тому виділяють кілька типів води, які відрізняються вимогами до її чистоти. Вода питна і знесолена використовується на першій стадії мийки устаткування й посуду, для одержання інших типів води (очищеної, для ін'єкцій, високо-очищеної).
Воду очищену одержують із води питної дистиляцією, іонним обміном або будь-яким іншим підхожим способом. Воду очищену зберігають "in bulk" і використовують в умовах, що дозволяють запобігти росту мікроорганізмів і уникнути будь-яких інших забруднень. Її використовують для виготовлення нестерильних ЛЗ, одержання пари, санітарної обробки приміщень та обладнання, миття первинної тари (за винятком фінішного ополіскування) і лабораторного посуду та ін. У виробництві ін'єкційних і інфузійних ЛЗ вода очищена використовується на перших стадіях підготовки устаткування і ємностей (ампул, флаконів). Вода очищена є вихідною для одержання води для ін'єкцій і високо-очищеної води.
Згідно ДФУвода для ін'єкцій - вода, яка використовується як розчинник при приготуванні ЛЗ для парентерального застосування (вода для ін'єкцій "in bulk") або для розчинення і розведення субстанцій або ЛЗ для парентерального застосування перед використанням (вода для ін'єкцій стерильна). Вода для ін'єкцій "in bulk" застосовується також для кінцевого ополіскування ємностей й устаткування у виробництві стерильних ЛЗ. Воду для ін'єкцій "in bulk" одержують із води питної або води очищеної шляхом дистиляції на обладнанні, частини якого, що контактують із водою, виготовлені з нейтрального скла, кварцу або підхожого металу. Необхідне належне утримування і технічне обслуговування обладнання. Першу порцію води, одержану на початку роботи, відкидають, потім дистилят збирають. Під час виробництва і подальшого зберігання належним чином контролюють і відстежують загальне число життєздатних аеробних мікроорганізмів. У нормальних умовах підхожою межею, що вимагає вживання заходів, є вміст 10 життєздатних аеробних мікроорганізмів (ДФУ 1.1, 2.6.12) у 100 мл. Визначення проводять методом мембранної фільтрації. Вода для ін'єкцій "in bulk" має витримувати вимоги розділу "Випробування на чистоту" води очищеної, описані у статті "Вода очищена", а також випробування на бактеріальні ендотоксини. Вода для ін'єкцій стерильна - вода для ін'єкцій "in bulk", розфасована у підхожі контейнери, укупорена і стерилізована нагріванням в умовах, які гарантують, що одержаний продукт витримує випробування на бактеріальні ендотоксини. Вода для ін'єкцій стерильна не має містити ніяких доданих речовин. Вода для ін'єкцій стерильна має витримувати вимоги випробувань "Хлориди" (для контейнерів із номінальним об'ємом більше 100 мл), "Сульфати", "Амонію солі", "Кальцій і
14
магній" розділу "Випробування на чистоту" для води очищеної в контейнерах, описані у статті "Вода очищена", а також тест на кислотність або лужність, питому електропровідність; хлориди; сухий залишок; механічні включення (невидимі частки); стерильність, бактеріальні ендотоксини. Аналітичні стандарти на воду очищену, високо-очищену та для ін'єкцій схожі (ДФУ 1.1. с.306-309). Відмінність - вода для ін'єкцій має більш жорсткі обмеження по кількості бактерій і повинна пройти тест на бактеріальні ендотоксини.
За європейською та британською фармакопеями воду для ін’єкцій також одержують за допомогою багатоступеневої дистиляції (ДФУ, європейська та британська фармакопеї ). За фармакопеями США, Японії та Росії - двоступеневим зворотним осмосом.
Вода високо-очищена призначена для приготування ЛЗ, коли потрібна вода підвищеної біологічної якості, крім тих випадків, в яких необхідне використання тільки води для ін'єкцій. Її одержують із води питної методами подвійного зворотного осмосу спільно з іншими підхожими методами (ультрафільтрації, де іонізації); зберігають "in bulk" і використовують в умовах, що дозволяють запобігти росту мікроорганізмів і уникнути будьяких інших забруднень.
Одержання води очищеної, високо очищеної та води для ін'єкцій – це фінішні стадії, що забезпечують одержання фармацевтичної води за нормативними вимогами ДФУ. Необхідна попередня підготовка води, тобто сукупність технологічних операцій (методів), щоб звільнити воду питну, джерелом якої є природна вода, від присутніх домішок: механічних часток, органічних речовин, мікроорганізмів, колоїдів, розчинених хімічних сполук, розчинених хімічно активних і неактивних газів, бактеріальних ендотоксинів, залишкових дезінфікуючих речовин та ін..
Можливі джерела забруднення та зараження вихідної води:
-розчинені неорганічні речовини (розчинені мінеральні солі, залишки добрив, побутові і промислові відходи);
-забруднення органічного характеру (залишки тваринного або рослинного походження, побутові і промислові відходи, залишки пестицидів і гербіцидів)
-мікроорганізми (бактерії, водорості, віруси, спори, гриби).
-особливі забруднення (глина і земля, залізо, марганець і оксиди металів, частинки корозії і залишки інших речовин).
Залежно від якості вихідної води в технологічній схемі одержання води відповідного ступеню чистоти попередня підготовка води може включати декілька стадій. Вибір технологічної схеми попередньої підготовки води до
15
фінішної стадії одержання води обумовлений:
1)якістю вихідної води;
2)вимогами виробника ЛЗ;
3)вибором фінішної (кінцевої) стадії одержання води;
4)вимогами ДФУ до якості вихідної води;
5)стадіями попереднього очищення води, спрямованими на видалення домішок, зміст яких нормується нормативною документацією або виробником фармацевтичної продукції.
Попередня підготовка води заснована на принципах фільтрації,
іонного обміну й зворотного осмосу.
Фільтрація. Технологія фільтрації відіграє найважливішу роль в попередньому очищенні води, включає наступні стадії:
1)видалення зважених часток різних речовин;
2)видалення іонів заліза, марганцю та сірководню;
3)дехлорування вихідної води;
4)пом'якшення вихідної води.
На 1-й стадії підземні води перед її опрісненням фільтрують через напірні піщані й патронні фільтри. У деяких випадках застосовують напірні багатошарові фільтри для фільтрування через дрібнозернисте завантаження з гідроантрациту, граніту, цеоліту. При використанні води з незначним вмістом зважених речовин (наприклад, артезіанської) іноді обмежуються використанням тільки патронних мікрофільтрів з розміром пор 5...10 мкм.
На 2-ій стадії використовують фільтри на основі цеоліту для видалення іонів заліза та марганцю. За допомогою марганцевого цеоліту видаляють також сірководень (при наявності). В результаті хімічного каталітичного окислювання на поверхні фільтруючого середовища розчинні залізо й марганець переходять у нерозчинну форму (гідроксид). У вигляді пластівців (осаду) віддаляються з фільтра шляхом наступного промивання. Регенерацію марганцевого цеоліту здійснюють шляхом промиванням фільтра перманганатом калію.
На 3-ій стадії (дехлорування вихідної води) використовують фільтри з активованим вугіллям, які адсорбують органічні речовини з низькою молекулярною масою (англійською Total Organic compounds - ТОС), наприклад хлор, хлорамін. З видаленням хлору вода залишається без бактерицидного агента і, як правило, відбувається стрімке розмноження бактерій (в вугільному середовищі створюються особливо сприятливі умови для розвитку мікробіологічної флори через дуже велику й розгорнуту поверхню). Сьогодні застосовують активоване вугілля, оброблене сріблом (для зниження мікробіологічного росту). З цією ж метою використовують
16
УФ - опромінювання перед входом на вугільний фільтр і на виході з нього. Хлор також добре віддаляється за допомогою металевих фільтрів, в яких не відбувається ріст бактерій. Але внаслідок високої вартості і маси металеві фільтри не використовують в установках дехлорування.
На 4-ій стадії (пом'якшення) видаляють катіони магнію та кальцію (зменшують жорсткість води). Пом'якшення є окремим випадком іонного обміну. У більшості випадків використовують автоматичні колони, заповнені катіони том, в яких відбувається обмін катіонів магнію та кальцію на катіони натрію. На фармацевтичних підприємствах при необхідності постійного (цілодобового) одержання пом'якшеної води застосовують дуплексні установки (дві колони), регенерація іонообмінних смол в яких проводиться по черзі. При зниженні обмінної ємкості смоли проводиться періодична регенерація розчином натрію хлориду. Стадію пом'якшення води використовують для попередньої підготовки води в трьох випадках:
1)перед зворотним осмосом і дистиляцією;
2)одержання води для регенерації установки іонного обміну;
3)у випадку, коли достатнім є одержання пом'якшеної води (вода для автоклавів, мийних та ін.).
Установки для пом'ягшення води, видаляючи полівалентні іони, знижують тим самим потенційну можливість утворення нерозчинного осаду на мембранах зворотного осмосу й внутрішніх поверхнях дистиляторів. Одночасно з вихідної води видаляються слідові концентрації інших небажаних іонів (барій, алюміній, стронцій).
Іонний обмін є однією з найважливіших стадій попереднього очищення води, ефективним методом видалення з води аніонів і катіонів. Його використовують як стадію попереднього очищення, так й для одержання води очищеної. Іонний обмін заснований на використанні іонітів - сітчастих полімерів різного ступеня зшивки, мікроабо макропористої структури, ковалентно пов'язаних з іоногенними групами. Дисоціація цих груп у воді або в розчинах дає іонну пару - фіксований на полімері іон і рухливий іон з протилежним зарядом, який обмінюється на іони однойменного заряду (катіони або аніони) з розчину. При хімічному знесоленні обмін іонів є оборотним процесом між твердою й рідкою фазами. Включення до складу смол різних функціональних груп приводить до утворення смол виборчої дії. Іонообмінні смоли поділяються на аніон-обмінні й катіон-обмінні. Катіонобмінні смоли містять функціональні групи, здатні до обміну позитивних іонів, аніонообмінні - до обміну негативних. Смоли додатково поділяють на чотири основні групи: сильно-кислотні, слабо-кислотні катіон-обмінні смоли та сильно-основні й слабо-основні аніон-обмінні смоли.
17
В фармацевтичній практиці використовуються колонні іонообмінні апарати з роздільним шаром катіоніту й аніоніту та зі змішаним шаром. Апарати першого типу складаються із двох послідовно розташованих колон, перша з яких по ходу руху води, заповнена катіонітом, друга - аніонітом. Апарати другого типу складаються з однієї колони, заповненою сумішшю іонообмінних смол. Переваги використання іонообмінних смол: малі капітальні витрати, простота в експлуатації, відсутність принципових обмежень для досягнення більшої продуктивності. Використання методу іонного обміну доцільно при слабкій мінералізації води (100-200 мг/л солей), тому що вже при помірній мінералізації (близько 1 г/л вмісту солей) виникають великі витрати 30% -ного розчину соляної кислоти та 50%-ного розчину лугу на регенерацію колон. Недоліки використання іонообмінних смол: наявність хімічно агресивного реагентного господарства, відповідно, високі експлуатаційні витрати на його придбання й зберігання; іонообмінні смоли вимагають частої регенерації для відновлення обмінної здатності й підвищеної уваги з боку обслуговуючого персоналу; велика кількість хімічно агресивних стічних вод після проведення регенерації фільтрів і ін.. Установки іонного обміну вимагають попереднього очищення води від нерозчинних твердих часток, хімічно активних реагентів, щоб уникнути забруднення («отруєння») смоли й погіршення її якості.
Іонообмінну технологію вважають економічною системою для одержання води очищеної (технологія дозволяє одержувати воду з дуже низьким показником питомої електропровідності). Але даний метод не забезпечує мікробіологічної чистоти через використання іонообмінних смол,
тому для одержання води очищеної доцільно поєднувати метод іонного обміну з мікрофільтрацією (мембрани з діаметром пор 0,22 мкм).
Електродеіонізація є різновидом іонного обміну. В установках електродеіонізації використовують комбінацію смол, вибірково проникних мембран і електричного заряду для забезпечення безперервного потоку (продукту й концентрованих відходів) і безперервної регенерації (Рис. 1). Подавана вода розподіляється на три потоки. Одна частина потоку проходить через канали електродів, а дві інші частини попадають у канали очищення й концентрування, які являють собою шари смоли, поміщені між аніонною й катіонною мембранами. Змішані шари іонообмінних смол затримують розчинені іони. Електричний струм направляє захоплені катіони через катіон-проникаючу мембрану до катода, а аніони через аніон-проникаючу мембрану до анода. Іонообмінна смола по обидві сторони мембрани підсилює перенос катіонів і аніонів через мембрани. Катіон-проникаюча
18
мембрана запобігає надходженню аніонів до анода, а аніонпроникаюча мембрана запобігає надходженню катіонів до катода.
Іони концентруються в цих відсіках, з якого вони змиваються в стік. У результаті виходить очищена вода високої якості (пермеат). Поділ води в каналі очищення (секція смоли) електричним потенціалом на іони водню й гідроксилу дозволяє здійснювати безперервну регенерацію смоли. Ефективність методу залежить від вмісту домішок в вихідній воді, швидкості подачі її потоку в систему та попередніх
стадій водопідготовки.
Рис. 1. Принцип електродеіонізації води.
Метод електродеионізації доцільно використати в сполученні зі зворотним осмосом. Процентний вміст загальних розчинених у воді речовин знижується більш ніж на 99%, питома електропровідність знижується більш ніж в 15 разів у порівнянні з вихідною. Вміст загального органічного вуглецю може зменшитися на 50-90% залежно від складу органічних речовин у воді й стадій попереднього очищення. Розчинений диоксид вуглецю переводиться в бікарбонат-іон і виводиться у вигляді розчинної речовини. Видалення розчиненого диоксиду кремнію становить 80-95% залежно від умов і режиму роботи. Переваги технології електродеіонізації: нізькі енерговитрати;
здійснюється безперервна регенерація; не потрібна заміна смоли, оскільки смола не виснажується; не зупиняється виробництво води через виснаження смоли; досить низькі витрати на обслуговування; не потрібні хімічні реагенти для регенерації. Необхідні умови використання установки електродеіонизації: температура води повинна бути в межах 10-35оС; рівень вільного хлору в вихідній воді - не більше 0,1мг/л; вода повинна бути досить демінерализованою (електропровідність – не більше 60÷ 5 мкСм/см) і декарбонізованою (вміст СО2 - не більше 1÷5 мг/л). На виході води очищеної,
одержаної методом електродеїонізації, необхідно ставити патронний фільтр, що стерилізує, з діаметром пор 0.22 мкм.
В методі зворотного осмосу використовується явище осмосу – самовільного переходу розчинника через напівпроникну мембрану у розчин. Якщо чиста вода й розчин солі розділені напівпрониклою осмотичною мембраною, то чиста вода проникає через мембрану в розчин. Перехід
19
чистого розчинника в розчин викличе збільшення його обсягу (і відповідно гідростатичного тиску) і він буде тривати доти, поки тиск молекул розчинника й молекул розчину не зрівняється. Це явище називається осмосом. Різниця рівнів, тобто гідростатичного тиску, по обох сторони мембрани на стадії рівноваги характеризує собою осмотичний тиск розчиненої речовини в розчиннику, і він буде тим більше, чим вище концентрація солей у розчині. Якщо до розчину прикласти зовнішнього тиску, вище за осмотичного, чиста вода буде проходити через мембрану у зворотному напрямку. Саме цей процес одержав назву зворотного осмосу.
Зворотно-осмотична напівпроникла мембрана діє, як бар’єр для розчинених солей неорганічних та органічних молекул, мікроорганізмів та пірогенів (продуктів життєдіяльності мікроорганізмів).
У середньому зміст розчинених речовин після стадії зворотного осмосу знижується до 1%, колоїдні частки, мікроорганізми, пірогени відсутні. Вода, одержувана зворотним осмосом, містить мінімальна кількість загального органічного вуглецю. Переваги зворотного осмосу – незалежність від солевмісту вихідної води, низькі енергетичні витрати, невисокі затрати на сервіс та технічний догляд. Установка досить легко піддається миттю, дезінфекції, не вимагає сильних хімічних реагентів. При здійсненні осмотичного процесу необхідно дуже ретельно відноситися до вибору мембран. Вибір повинен базуватися на вимогах до підготовки води, джерелу вихідної води. Зворотній осмос найчастіше використовують в системах очищення води для:
1)одержання води очищеної;
2)як підготовчу стадію перед багатоступеневою дистиляцією для одержання води для ін’єкцій;
3)перед установкою іонного обміну для зменшення витрат кислоти та лугу, які використовуються для регенерації смол;
4)як фінішну стадію одержання води для ін’єкцій (подвійний зворотний осмос).
Найбільш відомі виробники установок зворотного осмосу для одержання води для фармацевтичних цілей: Millipore, Rochem, Ecowater systems, ELGA, Gambro, Crist, ЗАТ НПК «Медіана-фільтр».
Дистиляція є традиційним, ефективним і надійним методом, що забезпечує високий ступінь очищення, можливість одержання гарячої води та обробки паром, що важливо при виробництві лікарських засобів відповідно до правил GMP. Методом дистиляції отримують воду очищену, високо очищену (стерильну) та для ін’єкцій. Необхідно відзначити, що дистиляція рідко використається для одержання води очищеної, тому що існують більше
20