Получение различных типов воды для фармацевтических целей

Получение различных типов воды для фармацевтических целей

В фармацевтической промышленности вода выступает составляющей частью как самого продукта, так и промывных систем. В целом, качество воды должно отвечать очень высоким требованиям. Качество воды получаемой из водопровода неудовлетворительное, поскольку вода содержит как органические, так и неорганические вещества, микроорганизмы, которые загрязняют и даже разрушают продукцию и технологическое оборудование.

Большой проблемой на сегодняшний день остается несоответствия в нормативных требованиях к воде, используемой в фармацевтическом производстве. В более чем 130 странах действует Американская фармакопея (АФ), на сегодняшний день это USP 31, вышедшая 1 мая 2008 года. Европейская фармакопея (ЕФ), 6-е издание которой вышло в 2007 году, имеет несколько принципиальных отличий от USP. Существуют также ряд других стандартов, например фармакопеи Японии, Индии, Китая и др. Государственная фармакопея Украины I (ГФУ) выпущена в 2001 году, три дополнительных тома — в 2004, 2008 и 2009 годах, соответственно. Украинская фармакопея фактически по частям воспроизводит Европейскую Фармакопею. В России действуют Фармакопейные статьи ФС 42 2619-97 «Вода очищенная» и ФС 42 2620-97 «Вода для инъекций», которые имеют ряд общепризнанных недостатков, поэтому большинство российских фармпроизводителей, которые ориентируются на требования GMP, контролируют воду также на соответствие Европейской Фармакопее.

В отличии от АФ и РФ, где классифицируется только два основных вида воды – вода очищенная и вода для инъекций, в ЕФ выделяют еще и воду высокоочищенную. Ниже приведена таблица основных показателей воды согласно спецификации рассматриваемых фармакопей:

Таблица 1 – Классификация воды для фармацевтических целей, согласно АФ, ЕФ и РФ



Основным отличием является апирогенность воды для инъекций. В международных стандартах, кроме того требования по концентрации микроорганизмов в 1000 раз жестче для воды для инъекций, относительно воды очищенной. Согласно РФ требования по содержанию микроорганизмов одинаковы для воды очищенной и воды для инъекций. Остаточное содержание примесей в международных требованиях характеризуется электропроводностью, в РФ – сухим остатком. Причем при сухом остатке 10 мг/мл содержание примесей может бать намного больше, чем при электропроводности воды 4,3 мкСМ/см (критерий для воды очищенной в Европейской и Украинской фармакопеях) и тем более 1,1 мкСМ/см (критерий для инъекционной воды).

В ЕФ и УФ присутствует «воды высокоочищенная». Эта вода имеет такие же критерии качества, как и вода для инъекций, различие только в методах, которые допущены для приготовления воды высокоочищенной и воды для инъекций. Вода высокоочищенная готовится мембранными методами и может применятся, в основном, для мытья контейнеров и поверхностей, соприкасающихся с парентеральными продуктами при условии последующей депирогенизации этих контейнеров и поверхностей. В состав парентеральных продуктов может входить только вода для инъекций, полученная методом дистилляции.

Таблица 2 – Стадии получения воды фармацевтической

Вода питьевая. Источником питьевой воды, как правило, является местный водопровод. Питьевая вода используется на первой стадии мойки оборудования и посуды, а также для получения других типов воды (очищенной, для инъекций). Питьевая вода может использоваться при первоначальной обработке посуды, а также на ранних стадиях производства.

Вода очищенная. Воду очищенную получают из воды питьевой путем различных операций (или их комбинаций): дистилляции, ионообмена, обратного осмоса, фильтрации и др.

Вода очищенная применяется для конечного ополаскивания посуды и оборудования, а также в производстве препаратов наружного применения. В производстве инъекционных и инфузионных препаратов вода очищенная может использоваться на первых стадиях подготовки оборудования и емкостей, например, для мойки ампул.

Установка получения воды очищенной компании Wemac

Вода высокоочищенная. Эта вода имеет такие же критерии качества, как и вода для инъекций, различие только в методах, которые допущены для приготовления воды высокоочищенной и воды для инъекций. Вода высокоочищенная готовится мембранными методами и может применяться, в основном, для мытья контейнеров и поверхностей, соприкасающихся с парентеральными продуктами при условии последующей депирогенизации контейнеров и поверхностей. В состав парентеральных продуктов может входить только вода для инъекций, полученная методом дистилляции.

Вода для инъекций. Воду для инъекций получают из воды очищенной путем дистилляции, обратного осмоса или ионообмена.

Вода для инъекций применяется для конечного ополаскивания посуды и оборудования перед стерилизацией и при приготовлении лекарственных форм в качестве растворителя инъекционных и инфузионных препаратов.

Вариант общей схемы водоподготовки для получения воды для фармацевтических целей

Рассмотрим общую схему водоподготовки. Чаще всего используют следующие стадии:

  • подогрев и термостатирование,
  • грубая фильтрация,
  • умягчение,
  • фильтрация через угольный фильтр,
  • обратный осмос,
  • электродеионизация,
  • дистилляция.

На стадиях хранения воды очищенной и воды высокоочищенной также используются УФ-лампы, стерильные фильтра (для очищенной) и генератор озона (если требуется).

1. Подогрев и термостатирование. Поддержание температуры воды в заданных пределах особенно важно при наличии в схеме стадии обратного осмоса. При низких температурах пропускная способность мембраны существенно снижается. Вода высокой температуры может растворять смолы умягчителей.

Оборудованием этой стадии могут быть теплообменники с применением одного из видов энергоносителей (пар, газ, электричество, вода). Автоматическая схема должна обеспечивать поддержание температуры в заданных пределах. Поверхность, соприкасающаяся с водой не должна ухудшать ее качество. Температура воды измеряется температурными датчиками.

2. Грубая фильтрация. Грубая фильтрация позволяет удалять из воды частицы размером более SO-100 мкм.

В качестве оборудования для грубой фильтрации используются фильтры с песчаной набивкой. Выбор сорта песка зависит от результатов анализа воды с учетом сезонных изменений. Фильтр периодически промывается. Исправность фильтра контролируется разностью давления воды до и после фильтра.

3. Умягчение. Умягчение позволяет понизить жесткость воды за счет удаления ионов кальция и магния. Умягчение позволяет значительно снизить содержание ионов перед подачей воды для очистки на ионообменники и мембраны обратного осмоса.

В качестве оборудования на этой стадии могут служить автоматические умягчители, работающие на принципе замены ионов кальция и магния ионами натрия. Умягчители периодически регенерируются раствором хлорида натрия. Исправность работы умягчителя можно контролировать периодическим измерением жесткости воды на входе и на выходе.

4. Фильтрация через угольный фильтр. Фильтрация через угольный фильтр позволяет снизить концентрацию органических веществ и хлора.

Используются стандартные патронные фильтры с активированным углем. Исправность фильтра контролируется разностью давления воды до и после фильтра.

5. Обратный осмос. На стадии обратного осмоса вода очищается от органических соединений и солей. Удаление примесей происходит за счет пропускания воды через полупроницаемую мембрану при давлении, превышающем осмотическое. Для увеличения эффективности процесса используется тангенциальная подача воды к поверхности мембраны при рециркуляции. Оборудование представляет собой системы мембран. Мембраны имеют размеры пор 0,0005 — 0,001 мкм.

Контроль систем обратного осмоса осуществляется измерением удельной электрической проводимости воды на выходе из системы.

Ультрафиолетовое облучение. Фотохимическое окисление воды ультрафиолетовыми лучами с длинами волн 185 и 245 нм может устранять следы органических соединений и убивать микроорганизмы в воде. Ультрафиолетовое облучение с длиной волны 254 нм может быть использовано также и для предотвращения размножения бактерий в резервуарах для хранения воды.

Оборудование представляет собой лампы ультрафиолетового свечения. Правильность работы ламп контролируется по их излучающей способности.

Система обратного осмоса Watertown

6. Ультрафильтрация. Ультрафильтрация предназначена для удаления из воды пирогенов и других растворенных органических веществ, молекулярная масса которых превышает 10 000.

Оборудование представляет собой системы мембран. Ультрафильтрационные мембраны имеют диаметр пор 0,001 — 0,05 мкм. Вещества, задерживаемые ультрафильтрационной мембраной, располагаются в области молекулярных масс от 10 000 до 1 000 000. Вода проникает через мембрану, в то время как загрязнения задерживаются.

Правильность работы системы контролируется по разности давления воды до и после мембран.

7. Деионизация. Деионизация позволяет очистить воду от ионов — заряженных частиц. Оборудование для деионизации представляет собой колонки с ионообменной смолой. Различаются деионизаторы раздельного действия (катионо – анионообменники) и смешанного действия.

Контроль правильности работы деионизаторов осуществляется измерением удельной электрической проводимости воды на выходе из системы.

Система обратного осмоса с устройством деионизации Watertown

8. Дистилляция. В процессе дистилляции вода переводится в пар и обратно в жидкую фазу, при этом происходит отделение примесей. Дистилляция является наиболее эффективным методом очистки воды для разных целей. В качестве оборудования на этой стадии используются одно- или многокорпусные дистилляторы. Наиболее эффективны многокорпусные установки. В них вода последовательно перегоняется через несколько колонн (обычно от 3-х до 8-ми). Исходная вода проходит в противотоке с конденсатом и поэтапно нагревается на каждой ступени. Одновременно с этим охлаждается и конденсируется дистиллят, что приводит к значительной экономии энергии.

Дистилляционная установка должна согласовываться с резервуаром для хранения воды, т.е. включаться и выключаться в зависимости от уровня в резервуаре. Должен осуществляться непрерывный автоматический контроль качества дистиллята по удельной электрической проводимости. При неудовлетворительном качестве дистиллят должен быть возвращен на повторную обработку. В случае устойчивого неудовлетворительного качества дистиллята необходимо остановить систему и провести санацию. Возобновление наполнения резервуара возможно только при уверенности в удовлетворительном качестве дистиллята.

Установка дистилляции компании Wemac

Существует три типа процессов дистилляции.

  • одноколоночная;
  • термокомпрессионная;
  • многоколоночная.

Одноколоночная дистилляция применяется давно и широко. Ее существенным недостатком является высокое энергопотребление, несмотря на простую конструкцию и невысокую цену установок дистилляции. На нагрев воды от 15 ˚С до 100 ˚С требуется 85 ккал/кг или 356 кДж/кг. На превращение воды в пар при 100 ˚С требуется 539 ккал/кг или 2258 кДж/кг. Таким образом, па испарение воды требуется в шесть раз больше энергии, чем на ее нагрев до 100 ˚С.

Суть термокомпрессионной дистилляции состоит в следующем. Принудительное сжатие пара компрессором приводит к росту давления пара и его температуры. Повышенное теплосодержание (энтальпия) пара используется для нагрева и превращения исходной воды в пар. Недостатками этого метода являются возможность попадания в чистую воду посторонних частиц, высокий уровень шума и необходимость в постоянном техническом обслуживании.

Наилучшим сочетанием различных свойств обладает многоколо­ночная дистилляция, при которой энергия нагретой воды использу­ется наиболее полно и эффективно.

Принцип работы многоколоночного дистиллятора

В основе работы этого дистиллятора заложен принцип многократного выпаривания и конденсации предварительно подготовленной воды.

Установка состоит из нескольких колон, соединенных последовательно, выносных конденсаторов, охладителя дистиллята, бака для воды с насосом. Дистилляторы снабжаются стандартными дренажными и вентиляционными устройствами. Колонна состоит из двух сосудов, работающих под высоким давлением. Конструкция колонны и ее элементов выполнена таким образом, что она работает как испаритель и сепаратор одновременно.

Исходная вода в дистилляторную установку подается из резервуара насосом, расход воды регулируется автоматически.

Исходная вода и образующийся пар в системе движутся противотоком. При этом вода, проходя через охладитель дистиллята и конденсаторы, максимально аккумулирует вторичное тепло пара (направление движения воды на рисунке многоколоночного дистиллятора справа налево).

В конденсаторе первой колонны вода подогревается заводским паром до температуры 160 ˚С. Высокая температура гарантирует высокое биологическое качество дистиллята.

Подогретая исходная вода поступает в верхнюю часть левой крайней колонны. Эта колонна также обогревается заводским паром. За счет возникающей в колонне разницы температур происходит вски­пание перегретой воды с образованием пара. Колонна рассчитана таким образом, что образующийся пар достигает ее дна с высокой скоростью и изменяет направление своего движения на 180˚. При этом от пара отделяется неиспарившаяся вода.

Спиралеобразный желоб, выполняющий роль центрифуги

Чистый пар с большой скоростью поднимается по спиралеобразному желобу, совершая круговое движение. Благодаря центробежным силам, возникающим при таком движении, отделяются оставшиеся в паре частицы и капли, в том числе и эндотоксины. Это простое и в то же время оригинальное решение обеспечивает более надежное сепарирование, чем при известных методах выпаривания.

Полученный пар поступает в следующую колонну, здесь конденсируется и отводится в охладитель дистиллята. Неиспарившаяся вода и отсепарированные частицы также поступают в эту колонну на повторное вскипание.

В этой и последующих колоннах процесс повторяется по аналогии с первой колонной. Отработанная вода выводится из последней колонны.

Внешний источник энергии, в частности заводской пар, требуется только для получения перегретой воды в первой колоне. Следующие колоны нагреваются за счет вторичного тепла пара, что позволяет существенно сократить затраты на энергию.

Как упоминалось ранее, проводимость питающей воды должна быть не более 5 мкСм/см. Если качество питающей воды и функционирование дистиллятора поддерживаются в надлежащем порядке, то отпадает необходимость в чистке агрегата.

При использовании умягченной воды дистилляторы комплек­туются циклонными разделителями для удаления растворенных газов. Такие дистилляторы необходимо чистить 3-4 раза в год.

Запись опубликована в рубрике Промышленное оборудование. Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход / Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход / Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход / Изменить )

Google+ photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google+. Выход / Изменить )

Connecting to %s