制藥用水的制備從生產(chǎn)設計、材質(zhì)選擇、制備過程、貯存、分配和使用均應符合生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范的要求。制水系統(tǒng)應經(jīng)過驗證，并建立日常監(jiān)控、檢測和報告制度，有完善的原始記錄備查。

水是藥物生產(chǎn)中用量最大、使用最廣的一種原料，用于生產(chǎn)過程及藥物制劑的制備。本版藥典中所收載的制藥用水，因其使用的范圍不同而分為飲用水、純化水、注射用水及滅菌注射用水。制藥用水的原水通常為飲用水，為天然水經(jīng)凈化處理所得的水，其質(zhì)量必須符合中華人民共和國標準GB 5749—85《生活飲用水衛(wèi)生標準》。制藥用水的制備從生產(chǎn)設計、材質(zhì)選擇、制備過程、貯存、分配和使用均應符合生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范的要求。制水系統(tǒng)應經(jīng)過驗證，并建立日常監(jiān)控、檢測和報告制度，有完善的原始記錄備查。貯缸和管道應采用適宜方法（紫外燈管照射、加熱滅菌等）定期清洗和滅菌。

典型醫(yī)藥用純水制備工藝流程

　　· 原水－原水加壓泵－多介質(zhì)過濾器－活性炭過濾器－軟水器－精密過濾器－第一級反滲透 －PH調(diào)節(jié)－中間水箱－第二級反滲透（反滲透膜表面帶正電荷）－純化水箱－純水泵－紫外線殺菌器－ 微孔過濾器－用水點

對預處理設備的要求

1.純化水的預處理設備可根據(jù)原水水質(zhì)情況配備，要求先達到飲用水標準。 　　

2.多介質(zhì)過濾器及軟水器要求能自動反沖、再生、排放。 　　

3.活性碳過濾器為有機物集中地，為防止細菌、細菌內(nèi)毒素的污染，除要求能自動反沖外，還可用蒸汽消毒。 　　

4.由于紫外線激發(fā)的255nm波長的光強與時間成反比，要求有記錄時間的儀表和光強度儀表，其浸水部分采用316L不銹鋼，石英燈罩應可拆卸。 　　

5.通過混合床去離子器后的純化水必須循環(huán)，使水質(zhì)穩(wěn)定。但混合床只能去除水中的陰、陽離子，對去除熱原使無用的

對貯水容器（貯罐）的基本要求

　　對貯水容器的總體要求是防止生物膜的形成，減少腐蝕，便于用化學品對貯罐消毒；貯罐要密封，內(nèi)表面要光滑，有助于熱力消毒和化學消毒并能阻止生物膜的形成。 　　貯罐對水位的變化要作補償，通常有兩種方法：一是采用呼吸器；另一個方法是采用充氮氣的自控系統(tǒng)，在用水高峰時，經(jīng)無菌過濾的氮氣送氣量自動加大，保證貯罐能維持正壓，在用水量小時送氣量自動減少，但仍對貯罐外維持一個微小的正壓，這樣作的好處是能防止水中氧含量的升高，防止二氧化碳進入貯罐并能防止微生物污染。 　　

對貯罐的要求： 　　

1.采用316L不銹鋼制作，內(nèi)壁電拋光并作鈍化處理； 　　

2.貯水罐上安裝0.2μm疏水性的通氣過濾器（呼吸器），并可以加熱消毒或有夾套； 　　

3.能經(jīng)受至少121℃高溫蒸汽的消毒； 　　

4.排水閥采用不銹鋼隔膜閥； 　　

5.若充以氮氣，須裝0.2μm的疏水性過濾器過濾。

對管道的要求：

一、 配管的坡度

　　配管設計中應為管道的敷設考慮適當?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。這個要求應作為設計參數(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，還必須設置積水排泄點和閥門。但應注意，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行。一種是根據(jù)單位時間工藝生產(chǎn)流程中某種耗水量最大的設備為基礎考慮，即考慮工藝生產(chǎn)中最大（或峰值）用水量及最大（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，應盡量考慮生產(chǎn)工藝用水的需求，應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；同時應盡量考慮為適應生產(chǎn)發(fā)展，水系統(tǒng)未來可能的規(guī)模擴展。。。

　　為滿足工藝過程的各種需要，制藥工藝過程的設計用水量是根據(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準

　　工藝用水系統(tǒng)中的用水量與采用的工藝用水設備的完善程度、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，以確定出在此基礎上的最大瞬時用水量。然后，再根據(jù)工藝過程中的最大瞬時用水量進行計算。

工藝過程中最大用水量的標準，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考慮所設置的工藝用水貯罐的調(diào)節(jié)能力。

2.2系統(tǒng)設計流量的確定

　　設計工藝用水管道，需要通過水力計算確定管道的直徑和水的阻力損失。其主要的設計依據(jù)就是工藝管道所通過的設計秒流量數(shù)值。設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)用水設備的完善程度，設計的秒流量為：

q=Σn q max c

式中q——工藝因素的設計秒流量，m3/s；

　　n——用水點與用水設備的數(shù)據(jù)；

　　q max——用水點的最大出水量，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)部的設計流速

　　制藥用水是流體的一種類型，它具有流體的普遍特性。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)中水的流體動力特性有密切的關(guān)系。因此，針對制藥用水的特殊性，利用水的流體動力特性，恰當?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)的水力計算應仔細地考慮微生物控制對水系統(tǒng)中的流體動力特性的特殊要求。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特性的了解，來理解美國藥典要求使用“湍流狀態(tài)”概念的特殊意義。

　　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，流速最大；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；

　?。?）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。

　　應注意，雷諾準數(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?。但應注意，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)，特別是流體的進入情況，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，尚不足以強調(diào)構(gòu)成控制微生物污染的必要條件，只有當水流過程的雷諾數(shù)Re達到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)的設計和安裝過程中，沒有對水系統(tǒng)的設計及建造細節(jié)加以特別的關(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，流速沿導管直徑依拋物線的規(guī)律分布。此時管道中心的速度最大，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。當流體處于湍流狀態(tài)時，曲線形狀與拋物線相似，但頂端稍寬。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，其曲線的頂端愈平坦，當處于十分穩(wěn)定的湍流狀態(tài)時，其平均速度為管中心最大速度的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穩(wěn)定狀態(tài)而言。流體在進入管道后需要流經(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)中各管段的設計秒流量，按照制藥用水的流動應處于湍流狀態(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計秒流量后，根據(jù)下述水力學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)濟流速確定的。由上式可見，一旦流速確定，自然就得到了對應流量的直徑。配管中流體的阻力，對于同一流量來說，管徑越大，阻力損失越小。這在動力方面是經(jīng)濟的，但設備的費用會增加，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行詳細的計算，而采用沿程阻力損失的百分數(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：

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——閥門特殊的流量，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最大的管路作為計算管路；

　?、谝罁?jù)管路中流量變化的節(jié)點對計算管路進行編號，并標明各計算管段的長度；

　?、郯瓷鲜觯?）節(jié)提供的公式計算各管段的設計秒流量，工藝用水系統(tǒng)的設計秒流量可直接在2~3m/s范圍內(nèi)選取；

　　④進行水力計算，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；

　?、莅凑沼嬎憬Y(jié)果，確定工藝用水系統(tǒng)所需的總水壓頭H（m）

　?、薷鶕?jù)總水壓頭選擇水泵的功率和壓頭，并進行系統(tǒng)配管的校核計算。