编辑推荐
体系更完整——在上版基础上，对制药用水系统的知识体系重新进行了梳理；
理念更清晰——结合ISPE和ASME BPE的理论，准确、形象地介绍了制药用水系统的概念与设计思路；
内容更实用——结合作者多年的实际工作经验，结合大量工程案例和图片。
作者简介
张功臣，具有丰富经验的GMP合规性及工程设计咨询专家，拥有十五年的制药行业实践经验与多项制药工业领域专利。主要从事制药行业洁净流体工艺系统的设计与研发工作，国际制药工程协会（ISPE）“水与蒸汽系统”课程特约讲师；国内较早践行注射用水过热水灭菌、热储存/旁路常温循环的注射用水系统、科学除锈与钝化、纯化法制备高纯水或注射用水、水电解臭氧消毒的应用与subloop冷用点降温模块化等诸多创新设计理念的开拓者之一。参与编写了全国高等学校制药工程专业卫生部“十二五”规划教材《化工制图》；参与编写了国家标准《GB50913-2013 医药工艺用水系统设计规范》；主持编写并出版了《制药用水系统》、《制药流体工艺实施手册》与《制药除锈工艺实施手册》等多部专业书籍；参与编写了《制药工程工艺设计》、《药物制剂过程装备与工程设计》、《制药洁净室微生物控制》、《制药工艺验证实施手册》和《欧盟GMP/GDP法规汇编》等多部专业著作。
目录
第1章制药用水系统及其法规要求1
1.1制药用水的分类1
1.2制药用水系统的组成3
1.3药典标准3
1.3.1《美国药典》4
1.3.2《欧洲药典》6
1.3.3《中国药典》7
1.4GMP标准10
1.4.1FDAcGMP10
1.4.2欧盟GMP11
1.4.3WHOGMP11
1.4.4中国GMP12
1.5关键水质指标12
1.5.1电导率12
1.5.2总有机碳14
1.5.3微生物限度16
1.5.4细菌内毒素16
第2章制药用水系统的设计理念18
2.1防止微生物污染18
2.1.1微生物简介19
2.1.2无菌检查21
2.2防止颗粒物污染30
2.3质量影响因素31
2.3.1死角32
2.3.2表面粗糙度36
2.3.3坡度39
2.3.4模块化设计40
第3章单元操作与组件43
3.1压力容器43
3.1.1压力容器概述43
3.1.2压力容器设计45
3.1.3压力容器封头48
3.1.4卫生级压力容器50
3.1.5卫生级换热器52
3.2离心泵54
3.2.1多级离心泵55
3.2.2单级离心泵63
3.2.3性能参数68
3.2.4变频控制72
3.2.5安装与维护75
3.3紫外灯77
3.3.1紫外线简介77
3.3.2紫外线剂量80
3.3.3法规规范82
3.3.4紫外线功能85
3.4过滤装置87
3.4.1基本机制88
3.4.2影响因素90
3.4.3过滤类型94
3.4.4切向流超滤97
3.4.5完整性检测103
3.5阀门109
3.5.1隔膜阀110
3.5.2球阀119
3.5.3其他阀门120
第4章纯化水制备122
4.1原水水质指标124
4.2原水箱127
4.3多介质过滤装置127
4.4活性炭过滤装置128
4.5软化装置128
4.6加药装置129
4.7预处理超滤装置131
4.8纳滤装置132
4.9微滤装置133
4.10脱气装置133
4.11紫外线装置134
4.12反渗透装置134
4.13电去离子装置136
附录GB5749—2006生活饮用水卫生标准138
第5章注射用水制备145
5.1热原简介146
5.2蒸馏法148
5.2.1塔式蒸馏水机149
5.2.2多效蒸馏水机150
5.2.3热压式蒸馏水机152
5.3纯化法156
5.3.1切向流超滤装置157
5.3.2除菌级过滤器159
5.3.3深层过滤器160
第6章储存与分配系统163
6.1概述163
6.1.1储存单元164
6.1.2分配单元167
6.1.3用水点管网单元170
6.2决策流程图174
6.2.1批处理循环系统174
6.2.2多分支／单通道系统176
6.2.3单罐、平行循环系统176
6.2.4热储存、热循环系统177
6.2.5常温储存、常温循环系统178
6.2.6热储存、冷却再加热系统178
6.2.7热储存、独立循环系统179
6.2.8用水点热交换系统181
第7章制药用蒸汽系统184
7.1概述184
7.1.1制药用蒸汽的分类185
7.1.2制药用蒸汽的应用186
7.2制药用蒸汽与法规187
7.2.1《美国药典》187
7.2.2欧洲指南187
7.2.3中国指南187
7.2.4行业指南187
7.3纯蒸汽系统188
7.3.1纯蒸汽发生器188
7.3.2纯蒸汽分配系统189
7.3.3纯蒸汽取样191
第8章消毒灭菌技术193
8.1概述193
8.2法规要求194
8.2.1药典194
8.2.2GMP194
8.3影响因素197
8.3.1时间的影响197
8.3.2温度的影响199
8.3.3死角的影响199
8.3.4坡度的影响199
8.4消毒技术199
8.4.1巴氏消毒法200
8.4.2紫外线消毒法200
8.4.3臭氧消毒法201
8.4.4化学消毒法204
8.4.5煮沸消毒法206
8.4.6蒸汽消毒法206
8.5灭菌技术206
8.5.1湿热灭菌法206
8.5.2干热灭菌法211
8.5.3辐射灭菌法212
8.5.4气体灭菌法212
8.5.5过滤除菌法213
第9章红锈的滋生214
9.1法规要求214
9.2红锈的分类216
9.2.1ISPE分类法216
9.2.2ASMEBPE分类法217
9.3金属腐蚀218
9.3.1金属腐蚀的分类218
9.3.2典型金属腐蚀219
9.4红锈的滋生222
9.4.1外源型红锈223
9.4.2内源型红锈226
9.5红锈的风险230
9.5.1质量风险231
9.5.2工程风险235
9.5.3EHS风险239
9.5.4投资风险240
第10章红锈的去除241
10.1清洗技术242
10.1.1清洗的法规要求242
10.1.2清洗的基本原理244
10.2除锈技术253
10.2.1除锈的相关法规253
10.2.2除锈的风险评估255
10.2.3红锈的测定方法258
10.2.4除锈的工艺规程259
10.2.5除锈的检查程序260
10.2.6除锈效果的检查264
10.3除锈的质量控制268
10.3.1除锈再钝化项目268
10.3.2技术方案的设计269
10.3.3执行的必备条件270
10.4除锈实施案例272
10.4.1制水设备272
10.4.2制药用水分配系统273
10.4.3纯蒸汽分配系统275
10.5红锈的预防278
10.5.1设计阶段的预防278
10.5.2施工阶段的预防282
10.5.3运行阶段的预防287
10.6在线分析技术289
10.6.1在线检测的原理289
10.6.2在线检测的应用291
第11章质量管理293
11.1质量控制293
11.1.1质量源于设计293
11.1.2质量控制模型295
11.1.3全面质量管理299
11.1.4良好工程质量管理规范301
11.2焊接质量控制304
11.2.1焊接的基本要素304
11.2.2常见的焊接缺陷306
11.3钝化质量控制306
11.3.1钝化的原理306
11.3.2钝化工艺规程307
11.3.3钝化效果检测316
11.3.4再钝化技术319
11.4文件系统320
第12章自控技术324
12.1自控技术简介324
12.1.1控制类型325
12.1.2软件设计325
12.1.3硬件设计327
12.1.4总线阀岛技术329
12.2传感器技术333
12.2.1压力传感器334
12.2.2温度传感器336
12.2.3流量传感器337
12.2.4液位传感器341
12.2.5电导率传感器343
12.2.6TOC分析仪347
12.2.7pH分析仪349
12.2.8臭氧分析仪349
12.2.9在线微生物检测仪350
12.3单元操作自控352
12.3.1原水装置352
12.3.2预处理装置353
12.3.3纯化水机354
12.3.4纯化水储存与分配系统355
12.3.5蒸馏水机355
12.3.6注射用水储存与分配系统356
12.3.7注射用水冷用点357
12.3.8纯蒸汽发生器357
12.4良好自动化生产实践规范359
第13章验证362
13.1基本概念362
13.1.1验证计划363
13.1.2用户需求说明363
13.1.3设计阶段363
13.1.4调试364
13.1.5安装确认365
13.1.6运行确认365
13.1.7性能确认365
13.1.8验证总结报告365
13.1.9验证状态维护366
13.2制药用水系统验证366
13.2.1制药用水系统的生命周期366
13.2.2设计确认369
13.2.3调试370
13.2.4安装确认370
13.2.5运行确认371
13.2.6性能确认372
13.2.7非药典用水的验证372
13.2.8日常监测374
13.2.9定期维护374
13.2.10周期性验证374
13.3制药用蒸汽系统验证375
13.3.1设计确认375
13.3.2安装确认375
13.3.3运行确认376
13.3.4性能确认377
13.4质量风险管理377
13.4.1风险识别378
13.4.2风险分析378
13.4.3风险评估378
参考文献383
序言
《制药用水系统（第二版）》是一门以制药工艺学、化工原理、物理化学、药典、药品生产质量管理规范及相关科学理论和工程技术为基础来综合研究制药用水系统的应用型参考书。本书大量应用单元操作、清洗学与微生物学中的基本原理，力争全面、形象、生动地展示制药用水系统的基础特征。
2011年3月1日，《药品生产质量管理规范（2010年修订）》正式颁布并施行，很多先进的设计理念与过程分析技术在制药行业得到了普及。为更好地理解国际制药用水系统的发展变化，2012年《制药用水系统》出版发行，该书在业内得到了普遍认可，为制药企业及高等院校提供了全面的理论总结与实践经验。
时隔5年，在又经历了上千个制药用水系统真实案例的成功运行后，笔者再次以实践经验为出发点，对制药用水系统进行了更加全面与深入的总结，组织修订编写了《制药用水系统（第二版）》。本书对当前较为新颖的技术理念进行了系统介绍，包括纯化法制备注射用水、在线微生物检测技术、常温注射用水系统的设计与实践、紫外线去除余氯技术、红锈的预防与去除等。期待本书能有助于制药行业的同仁对制药用水系统有一个更加深入、形象的认识，为推动制药用水系统的设计、制造与验证能力获得全行业的普及而作出贡献。
本书共13章，第1～3章主要是从法规规范、设计理念与单元操作等方面进行阐述；第4～7章以“质量源于设计”为出发点，讲述如何建造一套高质量的制药用水系统，包含纯化水制备系统、注射用水制备系统、储存与分配系统以及制药用蒸汽系统等；第8章以预防微生物污染为出发点，系统阐述了消毒灭菌技术，对各种消毒/灭菌措施进行了细致分析与总结；第9～10章以预防颗粒物污染为出发点，重点介绍了制药用水系统红锈发生的危害及除锈措施，并给出了制药用水系统维护保养的合理化建议；第11章以质量控制为原则，着重介绍了焊接与酸洗钝化的重要性。第12章和第13章主要是从自控技术与验证的角度全面分析了制药用水系统的过程分析技术、调试及确认的方法。
本书大量采用实际工程案例和图片，结合国际制药工程协会（ISPE）及美国机械工程生物工程设备协会（ASME BPE）的理论经验，力求真实、形象、准确地介绍制药用水系统的基本概念和设计思路。本书基于“质量源于设计”“预防微生物污染”与“预防颗粒物污染”的理念，重点介绍了制药用水系统的设计、安装、调试以及验证的基本原理。本书还提供给读者制药用水系统组成材料的质量控制标准，以保证制药用水系统能稳定地提供制药生产所需的制药用水和纯蒸汽。
本书由张功臣主编，相关法规机构、生物制药企业、高等院校、工程咨询公司和品牌供应商参与了撰稿与校稿，参编单位及编写人员为本书的编写付出了辛苦的努力。在此，特别感谢如下参与编写的人员与单位。
第1章制药用水系统及其法规要求
Mars HoISPE（中国）
Wilfried KappelKappel Consult（德国）
第2章制药用水系统的设计理念
Harry JostNeumo（德国）
齐月娥Austar（中国）
张军义Mettler Toledo（美国）
刘厚军Haoxin（中国）
第3章单元操作与组件
唐炜KPA（德国）
沈燕敏Grundfos（丹麦）
赵昕Gemu（德国）
杨小珂Pall（美国）
第4章纯化水制备
刘辉Austar（中国）
刘星星GE（美国）
王徐坚Rocksensor（瑞士）
张少林Hanovia（英国）
第5章注射用水制备
Timo HeinoFinn Aqua（芬兰）
George GsellMeco（美国）
武文彬Aqua Chem（美国）
赵飞Pall（美国）
第6章储存与分配系统
John M.HydeHyde Engineering Consulting（美国）
郑程灿Alfalaval（瑞典）
朱健Burkert（德国）
第7章制药用蒸汽系统
Matt FeldmanYula（美国）
王旭华Haoxin（中国）
陈泽Apptec（美国）
第8章消毒灭菌技术
刘立新Neumo（德国）
陈庭清Austar（中国）
张珩武汉工程大学
第9章红锈的滋生
Paul LopolitoSteris（美国）
孙永劼Austar（中国）
程从前大连理工大学
第10章红锈的去除
Nissan CohenRohrback Cosasco Systems,Inc.（美国）
孙杰Austar（中国）
黄开勋华中科技大学
第11章质量管理
张平ISPE（中国）
林满阳Innovent（美国）
罗晓燕华东理工大学
第12章自控技术
Anthony Charles BevilacquaMettler Toledo（美国）
Karl ScholzRocksensor（瑞士）
Marc KlinglerBurkert（德国）
梁志国Austar（中国）
第13章验证
Christian BachofenCB consultancy（瑞士）
贾晓艳Austar（中国）
马义岭Austar（中国）
此外，由衷地感谢ISPE高级培训讲师Gordon Farquharson先生对笔者的教导与鼓励。同时，本书的编写也得到了梅特勒托利多公司研发负责人Anthony Clarles Bevilacqua博士的帮助。
希望本书既能够帮助与制药用水使用和维护有关的操作人员，又能够满足从事制药用水系统设计、安装、调试、验证和管理的技术人员对制药用水系统更加深入了解的要求。
由于水平有限，时间仓促，书中不妥及错误处，热切希望专家和广大读者不吝赐教、批评指正。
张功臣
2016年7月
文摘
版权页：
插图：
在饱和状态下的液体称为饱和液体，其对应的蒸汽是饱和蒸汽，但最初只是湿饱和蒸汽，待蒸汽中的水分完全蒸发后才是干饱和蒸汽。蒸汽从不饱和到湿饱和，再到干饱和的过程温度不增加。饱和蒸汽的原料为水，安全、清洁且成本低廉，具有很多优点，特别是在100℃及以上的温度下，这使得它成为出色的热源，其主要特点为利用汽化潜热实现快速、均匀的加热过程，可有效提高产品质量和生产效率；压力与温度为动态平衡状态，控制压力就可准确实现温度的控制；传热系数高，要求的换热面积相对较小，能够有效地减少初期的设备投入。
过热蒸汽是干饱和蒸汽被继续加热后，温度上升，超过饱和温度后形成的。过热蒸汽具有其特殊的优点，现已被广泛应用于热力发电、食品烹饪、污泥干燥行业。在蒸汽驱动设备时，供给和排放时都使用过热蒸汽，不会产生冷凝水，这样就能有效避免碳酸腐蚀所带来的设备危害。在低压蒸汽下的过热度达到极大的比容，甚至真空的情况，可有效提高热效率和工作能力。此外，汽轮机的理论热效率是与其出口和入口的焓值相关联的，因此提高了过热蒸汽的压力就等于提高汽轮机入口方向的焓值，从而有效提高了热效率。使用过热蒸汽进行烹饪加工具有食品受热均匀、加热速度快、食物更加美味、防止维生素流失等显著优点，同时过热蒸汽技术还可以用于食品加工厂中输送带的清洗、杀菌以及食材加热处理、食物残渣的粉末化及除臭等。过热蒸汽干燥指用过热蒸汽直接与被干燥物料接触而去除水分的干燥方式，是近年来发展起来的一种全新的干燥方法。与传统的热风干燥相比，这种干燥技术以水蒸气作为干燥介质。干燥机排出的废气全部是蒸汽，利用冷凝的方法可以回收蒸汽的潜热再加以利用。
过热蒸汽在冷凝释放汽化潜热之前必须先冷却到饱和温度。与饱和蒸汽的蒸发焓相比，过热蒸汽冷却到饱和温度释放的热量是很少的。利用过热蒸汽加热的主要缺点为传热系数低、生产效率低下、需要较大的传热面积；不能够通过压力的控制来调控蒸汽温度；需要保证较高的运输速度，不然热量会从系统中损失从而导致温度下降；温度可能非常高，需要建设坚固的设备，因此需要较高的初期投入。基于上述原因，过热蒸汽很少用于制药行业的热量传递过程，在热交换和灭菌工艺中，饱和蒸汽比过热蒸汽更适合作为热源。
7.1.1 制药用蒸汽的分类
蒸汽在制药企业中是一种重要的公用工程，主要为制药用水的制备、工艺设备的温度控制提供热源，用于无菌工艺设备、器具、最终灭菌产品的灭菌等。蒸汽可大致分为工业蒸汽（Plant steam）、工艺蒸汽（Process steam）和纯蒸汽（Pure steam或Clean steam）。
体系更完整——在上版基础上，对制药用水系统的知识体系重新进行了梳理；
理念更清晰——结合ISPE和ASME BPE的理论，准确、形象地介绍了制药用水系统的概念与设计思路；
内容更实用——结合作者多年的实际工作经验，结合大量工程案例和图片。
作者简介
张功臣，具有丰富经验的GMP合规性及工程设计咨询专家，拥有十五年的制药行业实践经验与多项制药工业领域专利。主要从事制药行业洁净流体工艺系统的设计与研发工作，国际制药工程协会（ISPE）“水与蒸汽系统”课程特约讲师；国内较早践行注射用水过热水灭菌、热储存/旁路常温循环的注射用水系统、科学除锈与钝化、纯化法制备高纯水或注射用水、水电解臭氧消毒的应用与subloop冷用点降温模块化等诸多创新设计理念的开拓者之一。参与编写了全国高等学校制药工程专业卫生部“十二五”规划教材《化工制图》；参与编写了国家标准《GB50913-2013 医药工艺用水系统设计规范》；主持编写并出版了《制药用水系统》、《制药流体工艺实施手册》与《制药除锈工艺实施手册》等多部专业书籍；参与编写了《制药工程工艺设计》、《药物制剂过程装备与工程设计》、《制药洁净室微生物控制》、《制药工艺验证实施手册》和《欧盟GMP/GDP法规汇编》等多部专业著作。
目录
第1章制药用水系统及其法规要求1
1.1制药用水的分类1
1.2制药用水系统的组成3
1.3药典标准3
1.3.1《美国药典》4
1.3.2《欧洲药典》6
1.3.3《中国药典》7
1.4GMP标准10
1.4.1FDAcGMP10
1.4.2欧盟GMP11
1.4.3WHOGMP11
1.4.4中国GMP12
1.5关键水质指标12
1.5.1电导率12
1.5.2总有机碳14
1.5.3微生物限度16
1.5.4细菌内毒素16
第2章制药用水系统的设计理念18
2.1防止微生物污染18
2.1.1微生物简介19
2.1.2无菌检查21
2.2防止颗粒物污染30
2.3质量影响因素31
2.3.1死角32
2.3.2表面粗糙度36
2.3.3坡度39
2.3.4模块化设计40
第3章单元操作与组件43
3.1压力容器43
3.1.1压力容器概述43
3.1.2压力容器设计45
3.1.3压力容器封头48
3.1.4卫生级压力容器50
3.1.5卫生级换热器52
3.2离心泵54
3.2.1多级离心泵55
3.2.2单级离心泵63
3.2.3性能参数68
3.2.4变频控制72
3.2.5安装与维护75
3.3紫外灯77
3.3.1紫外线简介77
3.3.2紫外线剂量80
3.3.3法规规范82
3.3.4紫外线功能85
3.4过滤装置87
3.4.1基本机制88
3.4.2影响因素90
3.4.3过滤类型94
3.4.4切向流超滤97
3.4.5完整性检测103
3.5阀门109
3.5.1隔膜阀110
3.5.2球阀119
3.5.3其他阀门120
第4章纯化水制备122
4.1原水水质指标124
4.2原水箱127
4.3多介质过滤装置127
4.4活性炭过滤装置128
4.5软化装置128
4.6加药装置129
4.7预处理超滤装置131
4.8纳滤装置132
4.9微滤装置133
4.10脱气装置133
4.11紫外线装置134
4.12反渗透装置134
4.13电去离子装置136
附录GB5749—2006生活饮用水卫生标准138
第5章注射用水制备145
5.1热原简介146
5.2蒸馏法148
5.2.1塔式蒸馏水机149
5.2.2多效蒸馏水机150
5.2.3热压式蒸馏水机152
5.3纯化法156
5.3.1切向流超滤装置157
5.3.2除菌级过滤器159
5.3.3深层过滤器160
第6章储存与分配系统163
6.1概述163
6.1.1储存单元164
6.1.2分配单元167
6.1.3用水点管网单元170
6.2决策流程图174
6.2.1批处理循环系统174
6.2.2多分支／单通道系统176
6.2.3单罐、平行循环系统176
6.2.4热储存、热循环系统177
6.2.5常温储存、常温循环系统178
6.2.6热储存、冷却再加热系统178
6.2.7热储存、独立循环系统179
6.2.8用水点热交换系统181
第7章制药用蒸汽系统184
7.1概述184
7.1.1制药用蒸汽的分类185
7.1.2制药用蒸汽的应用186
7.2制药用蒸汽与法规187
7.2.1《美国药典》187
7.2.2欧洲指南187
7.2.3中国指南187
7.2.4行业指南187
7.3纯蒸汽系统188
7.3.1纯蒸汽发生器188
7.3.2纯蒸汽分配系统189
7.3.3纯蒸汽取样191
第8章消毒灭菌技术193
8.1概述193
8.2法规要求194
8.2.1药典194
8.2.2GMP194
8.3影响因素197
8.3.1时间的影响197
8.3.2温度的影响199
8.3.3死角的影响199
8.3.4坡度的影响199
8.4消毒技术199
8.4.1巴氏消毒法200
8.4.2紫外线消毒法200
8.4.3臭氧消毒法201
8.4.4化学消毒法204
8.4.5煮沸消毒法206
8.4.6蒸汽消毒法206
8.5灭菌技术206
8.5.1湿热灭菌法206
8.5.2干热灭菌法211
8.5.3辐射灭菌法212
8.5.4气体灭菌法212
8.5.5过滤除菌法213
第9章红锈的滋生214
9.1法规要求214
9.2红锈的分类216
9.2.1ISPE分类法216
9.2.2ASMEBPE分类法217
9.3金属腐蚀218
9.3.1金属腐蚀的分类218
9.3.2典型金属腐蚀219
9.4红锈的滋生222
9.4.1外源型红锈223
9.4.2内源型红锈226
9.5红锈的风险230
9.5.1质量风险231
9.5.2工程风险235
9.5.3EHS风险239
9.5.4投资风险240
第10章红锈的去除241
10.1清洗技术242
10.1.1清洗的法规要求242
10.1.2清洗的基本原理244
10.2除锈技术253
10.2.1除锈的相关法规253
10.2.2除锈的风险评估255
10.2.3红锈的测定方法258
10.2.4除锈的工艺规程259
10.2.5除锈的检查程序260
10.2.6除锈效果的检查264
10.3除锈的质量控制268
10.3.1除锈再钝化项目268
10.3.2技术方案的设计269
10.3.3执行的必备条件270
10.4除锈实施案例272
10.4.1制水设备272
10.4.2制药用水分配系统273
10.4.3纯蒸汽分配系统275
10.5红锈的预防278
10.5.1设计阶段的预防278
10.5.2施工阶段的预防282
10.5.3运行阶段的预防287
10.6在线分析技术289
10.6.1在线检测的原理289
10.6.2在线检测的应用291
第11章质量管理293
11.1质量控制293
11.1.1质量源于设计293
11.1.2质量控制模型295
11.1.3全面质量管理299
11.1.4良好工程质量管理规范301
11.2焊接质量控制304
11.2.1焊接的基本要素304
11.2.2常见的焊接缺陷306
11.3钝化质量控制306
11.3.1钝化的原理306
11.3.2钝化工艺规程307
11.3.3钝化效果检测316
11.3.4再钝化技术319
11.4文件系统320
第12章自控技术324
12.1自控技术简介324
12.1.1控制类型325
12.1.2软件设计325
12.1.3硬件设计327
12.1.4总线阀岛技术329
12.2传感器技术333
12.2.1压力传感器334
12.2.2温度传感器336
12.2.3流量传感器337
12.2.4液位传感器341
12.2.5电导率传感器343
12.2.6TOC分析仪347
12.2.7pH分析仪349
12.2.8臭氧分析仪349
12.2.9在线微生物检测仪350
12.3单元操作自控352
12.3.1原水装置352
12.3.2预处理装置353
12.3.3纯化水机354
12.3.4纯化水储存与分配系统355
12.3.5蒸馏水机355
12.3.6注射用水储存与分配系统356
12.3.7注射用水冷用点357
12.3.8纯蒸汽发生器357
12.4良好自动化生产实践规范359
第13章验证362
13.1基本概念362
13.1.1验证计划363
13.1.2用户需求说明363
13.1.3设计阶段363
13.1.4调试364
13.1.5安装确认365
13.1.6运行确认365
13.1.7性能确认365
13.1.8验证总结报告365
13.1.9验证状态维护366
13.2制药用水系统验证366
13.2.1制药用水系统的生命周期366
13.2.2设计确认369
13.2.3调试370
13.2.4安装确认370
13.2.5运行确认371
13.2.6性能确认372
13.2.7非药典用水的验证372
13.2.8日常监测374
13.2.9定期维护374
13.2.10周期性验证374
13.3制药用蒸汽系统验证375
13.3.1设计确认375
13.3.2安装确认375
13.3.3运行确认376
13.3.4性能确认377
13.4质量风险管理377
13.4.1风险识别378
13.4.2风险分析378
13.4.3风险评估378
参考文献383
序言
《制药用水系统（第二版）》是一门以制药工艺学、化工原理、物理化学、药典、药品生产质量管理规范及相关科学理论和工程技术为基础来综合研究制药用水系统的应用型参考书。本书大量应用单元操作、清洗学与微生物学中的基本原理，力争全面、形象、生动地展示制药用水系统的基础特征。
2011年3月1日，《药品生产质量管理规范（2010年修订）》正式颁布并施行，很多先进的设计理念与过程分析技术在制药行业得到了普及。为更好地理解国际制药用水系统的发展变化，2012年《制药用水系统》出版发行，该书在业内得到了普遍认可，为制药企业及高等院校提供了全面的理论总结与实践经验。
时隔5年，在又经历了上千个制药用水系统真实案例的成功运行后，笔者再次以实践经验为出发点，对制药用水系统进行了更加全面与深入的总结，组织修订编写了《制药用水系统（第二版）》。本书对当前较为新颖的技术理念进行了系统介绍，包括纯化法制备注射用水、在线微生物检测技术、常温注射用水系统的设计与实践、紫外线去除余氯技术、红锈的预防与去除等。期待本书能有助于制药行业的同仁对制药用水系统有一个更加深入、形象的认识，为推动制药用水系统的设计、制造与验证能力获得全行业的普及而作出贡献。
本书共13章，第1～3章主要是从法规规范、设计理念与单元操作等方面进行阐述；第4～7章以“质量源于设计”为出发点，讲述如何建造一套高质量的制药用水系统，包含纯化水制备系统、注射用水制备系统、储存与分配系统以及制药用蒸汽系统等；第8章以预防微生物污染为出发点，系统阐述了消毒灭菌技术，对各种消毒/灭菌措施进行了细致分析与总结；第9～10章以预防颗粒物污染为出发点，重点介绍了制药用水系统红锈发生的危害及除锈措施，并给出了制药用水系统维护保养的合理化建议；第11章以质量控制为原则，着重介绍了焊接与酸洗钝化的重要性。第12章和第13章主要是从自控技术与验证的角度全面分析了制药用水系统的过程分析技术、调试及确认的方法。
本书大量采用实际工程案例和图片，结合国际制药工程协会（ISPE）及美国机械工程生物工程设备协会（ASME BPE）的理论经验，力求真实、形象、准确地介绍制药用水系统的基本概念和设计思路。本书基于“质量源于设计”“预防微生物污染”与“预防颗粒物污染”的理念，重点介绍了制药用水系统的设计、安装、调试以及验证的基本原理。本书还提供给读者制药用水系统组成材料的质量控制标准，以保证制药用水系统能稳定地提供制药生产所需的制药用水和纯蒸汽。
本书由张功臣主编，相关法规机构、生物制药企业、高等院校、工程咨询公司和品牌供应商参与了撰稿与校稿，参编单位及编写人员为本书的编写付出了辛苦的努力。在此，特别感谢如下参与编写的人员与单位。
第1章制药用水系统及其法规要求
Mars HoISPE（中国）
Wilfried KappelKappel Consult（德国）
第2章制药用水系统的设计理念
Harry JostNeumo（德国）
齐月娥Austar（中国）
张军义Mettler Toledo（美国）
刘厚军Haoxin（中国）
第3章单元操作与组件
唐炜KPA（德国）
沈燕敏Grundfos（丹麦）
赵昕Gemu（德国）
杨小珂Pall（美国）
第4章纯化水制备
刘辉Austar（中国）
刘星星GE（美国）
王徐坚Rocksensor（瑞士）
张少林Hanovia（英国）
第5章注射用水制备
Timo HeinoFinn Aqua（芬兰）
George GsellMeco（美国）
武文彬Aqua Chem（美国）
赵飞Pall（美国）
第6章储存与分配系统
John M.HydeHyde Engineering Consulting（美国）
郑程灿Alfalaval（瑞典）
朱健Burkert（德国）
第7章制药用蒸汽系统
Matt FeldmanYula（美国）
王旭华Haoxin（中国）
陈泽Apptec（美国）
第8章消毒灭菌技术
刘立新Neumo（德国）
陈庭清Austar（中国）
张珩武汉工程大学
第9章红锈的滋生
Paul LopolitoSteris（美国）
孙永劼Austar（中国）
程从前大连理工大学
第10章红锈的去除
Nissan CohenRohrback Cosasco Systems,Inc.（美国）
孙杰Austar（中国）
黄开勋华中科技大学
第11章质量管理
张平ISPE（中国）
林满阳Innovent（美国）
罗晓燕华东理工大学
第12章自控技术
Anthony Charles BevilacquaMettler Toledo（美国）
Karl ScholzRocksensor（瑞士）
Marc KlinglerBurkert（德国）
梁志国Austar（中国）
第13章验证
Christian BachofenCB consultancy（瑞士）
贾晓艳Austar（中国）
马义岭Austar（中国）
此外，由衷地感谢ISPE高级培训讲师Gordon Farquharson先生对笔者的教导与鼓励。同时，本书的编写也得到了梅特勒托利多公司研发负责人Anthony Clarles Bevilacqua博士的帮助。
希望本书既能够帮助与制药用水使用和维护有关的操作人员，又能够满足从事制药用水系统设计、安装、调试、验证和管理的技术人员对制药用水系统更加深入了解的要求。
由于水平有限，时间仓促，书中不妥及错误处，热切希望专家和广大读者不吝赐教、批评指正。
张功臣
2016年7月
文摘
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插图：
在饱和状态下的液体称为饱和液体，其对应的蒸汽是饱和蒸汽，但最初只是湿饱和蒸汽，待蒸汽中的水分完全蒸发后才是干饱和蒸汽。蒸汽从不饱和到湿饱和，再到干饱和的过程温度不增加。饱和蒸汽的原料为水，安全、清洁且成本低廉，具有很多优点，特别是在100℃及以上的温度下，这使得它成为出色的热源，其主要特点为利用汽化潜热实现快速、均匀的加热过程，可有效提高产品质量和生产效率；压力与温度为动态平衡状态，控制压力就可准确实现温度的控制；传热系数高，要求的换热面积相对较小，能够有效地减少初期的设备投入。
过热蒸汽是干饱和蒸汽被继续加热后，温度上升，超过饱和温度后形成的。过热蒸汽具有其特殊的优点，现已被广泛应用于热力发电、食品烹饪、污泥干燥行业。在蒸汽驱动设备时，供给和排放时都使用过热蒸汽，不会产生冷凝水，这样就能有效避免碳酸腐蚀所带来的设备危害。在低压蒸汽下的过热度达到极大的比容，甚至真空的情况，可有效提高热效率和工作能力。此外，汽轮机的理论热效率是与其出口和入口的焓值相关联的，因此提高了过热蒸汽的压力就等于提高汽轮机入口方向的焓值，从而有效提高了热效率。使用过热蒸汽进行烹饪加工具有食品受热均匀、加热速度快、食物更加美味、防止维生素流失等显著优点，同时过热蒸汽技术还可以用于食品加工厂中输送带的清洗、杀菌以及食材加热处理、食物残渣的粉末化及除臭等。过热蒸汽干燥指用过热蒸汽直接与被干燥物料接触而去除水分的干燥方式，是近年来发展起来的一种全新的干燥方法。与传统的热风干燥相比，这种干燥技术以水蒸气作为干燥介质。干燥机排出的废气全部是蒸汽，利用冷凝的方法可以回收蒸汽的潜热再加以利用。
过热蒸汽在冷凝释放汽化潜热之前必须先冷却到饱和温度。与饱和蒸汽的蒸发焓相比，过热蒸汽冷却到饱和温度释放的热量是很少的。利用过热蒸汽加热的主要缺点为传热系数低、生产效率低下、需要较大的传热面积；不能够通过压力的控制来调控蒸汽温度；需要保证较高的运输速度，不然热量会从系统中损失从而导致温度下降；温度可能非常高，需要建设坚固的设备，因此需要较高的初期投入。基于上述原因，过热蒸汽很少用于制药行业的热量传递过程，在热交换和灭菌工艺中，饱和蒸汽比过热蒸汽更适合作为热源。
7.1.1 制药用蒸汽的分类
蒸汽在制药企业中是一种重要的公用工程，主要为制药用水的制备、工艺设备的温度控制提供热源，用于无菌工艺设备、器具、最终灭菌产品的灭菌等。蒸汽可大致分为工业蒸汽（Plant steam）、工艺蒸汽（Process steam）和纯蒸汽（Pure steam或Clean steam）。
| ISBN | 9787122276551 |
|---|---|
| 出版社 | 化学工业出版社 |
| 作者 | 张功臣 |
| 尺寸 | 16 |