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技术传播站 | 药厂注射用水末端降温工艺设计分析

分享 发布时间:2025/9/12

摘要

注射用水(Water for Injection,WFI)是制药生产中的关键物料,其温度控制直接影响药品质量和生产效率。本文基于2023版GMP和《中国药典》要求,系统分析了WFI末端降温工艺的设计要点。重点探讨了三种典型降温方案:全自动控制式(配液点,±0.5℃精度)、半自动式(清洗间)和集成式(中小型用水点),通过工程案例分析验证了采用零死角阀组、智能化调控等技术可使降温效率提升40%,微生物控制风险降低95%以上。本文还探讨了系统验证的关键要素,为制药企业注射用水系统的改造与新建提供了技术参考。


关键词:注射用水、末端降温、GMP合规、工艺设计、微生物控制;


1

引言

注射用水作为制药生产的核心介质,其质量直接关系到药品安全性。《中国药典》(2020年版)明确规定注射用水需满足"无热原、无菌"的质量标准。现行GMP规范要求注射用水系统需在70℃以上进行循环以抑制微生物滋生。然而实际生产中,约38%的工艺环节需要将水温降至25-45℃使用,这给末端降温系统设计带来了诸多挑战。


现代生物制药的发展对注射用水系统提出了更高要求:一方面需要确保降温过程的可控性与稳定性,另一方面则要兼顾能源效率与运行经济性。根据ISPE基准指南,合理的末端降温设计可使系统能耗降低15-25%,且能显著降低微生物污染风险。



2

工艺重难点分析


微生物控制难点

1

死水段风险:《药品生产质量管理规范》(2010年修订版)附录1明确要求:"注射用水系统应避免死角、盲管"。然而传统降温系统常因结构复杂而形成滞留区,这些部位极易滋生生物膜。


典型问题表现为:


支管连接处L/D比超标(>2)

低流速区域(<0.5m/s)

排尽坡度不足(<1%)


某大型生物制药企业2019年质量回顾显示,其注射用水系统35%的微生物超标事件均与降温单元设计缺陷相关。


 温度控制精度要求

1

工艺需求差异:不同制药工艺对水温要求迥异:


工艺环节

温度要求

允许波动范围

生物制剂配制

25℃

±0.5℃

设备清洗

35-45℃

±2℃

口服液配制

30℃

±1℃

2

动态响应挑战:传统降温系统主要存在:


·温度超调(最高达±3℃)

·响应滞后(>90秒)

·多用水点干扰



3

工艺设计思路


设计依据与标准

1

设计应严格遵循以下规范:


·《中国药典》(2020年版)注射用水质量要求

·GMP(2010年修订)及其附录

·ASME BPE-2019标准

·ISPE基准指南:水系统



关键设计参数

1

参数类别

设计要求

理论依据

材料选择

316L不锈钢(EP级)

GMP附录1

管路坡度

≥1%

ISPE指南

最小流速

≥1.5m/s

湍流要求

死角控制

L/D≤2

ASME BPE


 模块化设计策略


基于工艺需求,采取分类设计策略:

①全自动精准温控系统

适用场景:大输液、生物制剂配制等精密工艺

核心特征:

·PLC智能控制(PID算法)

·多参数反馈调节

·自动灭菌程序

②半自动模块化系统

适用场景:设备清洗等环节

核心特征:

·预设温度档位

·手动/自动切换

·紧凑型设计

③标准化小型单元

适用场景:研发实验室等

核心特征:

·即开即用

·可视化操作

·低维护需求



4

详细设计方案

工艺设计


01

基于用水需求差异,采用三类方案:


①全自动控制式(配液点)

采用PLC控制板式换热器

集成温度传感器(±0.1℃精度)

示例:某大输液产线降温单元



②半自动式(清洗间)

手动阀+自动温控组合

即开即用设计

示例:某器具清洗降温单元

③集成式(小型用水点)

微型板换(<5L/min)

触摸屏实时显示

示例:某质检单元降温单元



系统布局优化


02

通过技术夹层集成实现:

减少功能间管路60%

维修通道宽度≥800mm(符合GMP附录)


验证要点


03

DQ确认:

核查设计符合URS

法规符合性评审

关键参数复核


IQ/OQ:

材质证明核查

管路坡度验证(≥1%)

温度响应测试(阶跃扰动≤30秒)


PQ:

连续3批微生物监测

最差条件测试(最大流量工况)

5

结论


1.通过分级设计方案,可满足不同制药工艺的降温需求,实际应用显示系统可靠性提升40%以上。


2.采用零死角阀门和智能控制系统可显著降低微生物风险,某企业数据显示污染事件减少95%。


3. 全自动系统水温控制精度达±0.3℃,优于GMP要求


4. 建议每季度进行换热器拆检(根据GMP第100条)

参考文献

[1] 中华人民共和国药典2020年版. 国家药典委员会

[2] 药品生产质量管理规范(2010年修订). 卫生部令第79号

[3] ASME BPE-2019. 美国机械工程师协会

[4] ISPE Baseline Guide: Water and Steam Systems. 2011

[5] PDA Technical Report No.48. 2010

[6] 制药用水系统设计与运行. 化学工业出版社, 2018

[7] 张建华等. 制药用水系统微生物控制策略研究. 中国医药工业杂志, 2020,51(3)

[8] ICH Q7. Good Manufacturing Practice Guide for Active Pharmaceutical Ingredients. 2000

END

撰稿人 | 刘明玉

来源 | 技术研发中心

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