毕业设计 论文制药用水纯化水制备工艺研究.doc

毕业论文题 目—制药用水纯化水制备工艺研究指导教师 专 业 班 级 姓 名 学 号 天津生 物工程 职业技 术学院年 月 日制药用水纯化水制备工艺研究［摘要］:本文论述纯化水的历史回顾，制备纯化水的影响因素详述制备纯化水的预处理，反渗透 制备纯化水的原理、特点、膜结构、装置运行工况条件、反渗透器型式机器选择以及几种膜 技术制备纯化水的比较［关键词］:纯化水制备工艺 离子交换 反渗透膜技术［前言］:纯化水是医药工业的重要用水，医药工业用水又是工业用水的重要组成部分，由于对产品 质量要求更高，所需工艺用水水质要求更严，故工业用水处理技术，日益受到各行各业的重视 随着我国GMP的深入贯彻和实施，对不同剂型生产的不同阶段均有明确的工艺用水质量要求， 水处理的重要性已愈来愈受到重视因此，选择一条既能满足用水质量要求，又是技术上先进、 经济上合理的制水工艺路线，配备相应的装置，这是十分重要的［正文］:1制备纯水的影响因素目前，我国纯水制备，大多采用生活饮用自来水作水源生活饮用自来水.虽然符合国家 《生活饮用水卫生标准》.但其中仍含有胶体物质、结垢物质、氧化物和有机物等其中胶体 物质依靠分子的布朗运动、静电斥力、水化作用等长期保持着分散悬游状态.成为纯水制备过 程中的主要污染物。

氧化物则是用加氯法对自来水消毒时的产物，通常以氯气、HCI0次氯酸、 CIO次氯酸跟和NHC12等形式存在，对纯水的制备影响较大有机物是以大分子有机酸为主， 当其含量较高时，在前处理过程中，将与絮凝荆形成絮体，造成过滤性污染，同时，这种有机 物所带的负电荷，与阴离子交换树脂的正电荷产生吸力，使其被吸附在阴离子交换树脂上，阻 塞树脂微孔，使交换能力下降结垢物质是以碳酸盐、硫酸盐和二氧化硅的形态存在，一旦形 成结垢，清洗十分困难2化水制备工艺的历史回顾纯化水制备工艺在应用反渗透技术之前一直使用传统的工艺：离子交换技术、电渗析技术从认识到实践反渗透技术经历了多年的过程,反渗透装置的脱盐率一般可稳定在90%以上， 因而使离子交换树脂的负荷减轻到1/10,从而减少了树脂再生的成本，这相当于是树脂的产水 量增加10倍，这样可以使设备小型化，并使再生频率减少10倍以上同时减少了树脂再生时 排放废酸废碱对环境的污染最初实践反渗透+离子交换工艺中，反渗透膜是CAB系列醋酸纤 维素膜,PH值要求的范围是5. 0一6. 0,反渗透膜对PH值要求很高，后来工艺中反渗透膜采用ESPA 系列（节能型复合膜），这种反渗透膜PH值应用范围广，PH值允许在3~10o自此，反渗透为 预处理主工艺的处理流程开始全面应用于生物制品纯化水制备工艺中。

初期实施的单级反渗透+离子交换工艺是反渗透自动运行与离子交换手动运行相结合，后来 实施双级反渗透工艺流程中控制方式以液位输出信号至PLC程序控制器，全工艺系统设置为采 用PLC控制方式实现全自动控制，由PLC完成整个工艺系统的逻辑联锁控制，对水质实行有效 的自动监控运行2000年开始使用反渗透+ EDI工艺（即单级反渗透+电去离子技术），纯化 水制备工艺的应用技术有了迅速的发展3、纯化水的制备3.1原水的预处理由于环境污染的日趋严重，使得制备纯水的原水中的有机物、含菌量日趋增加，严重影响 水质加大用氯量后，自来水中过多的余氯也影响了水的纯化处理如果对原水不进行预处理 或预处理不完善，使水中杂质进入后道工序，则将对整个纯水制备装置的正常运转产生极为不 利的影响，使产水水质达不到要求在原水的预处理中，影响整个纯水制备过程的因素主要有 原水的浊度，有机物，细菌和藻类，以及铁、镒离子在纯水制备中，进入离子交换装置之前 的原水浊度一般为＜3mg/L原水浊度太大不仅易污染离子交换树脂，而且易在树脂表面形成 一层污垢层，堵塞交换面，增大流通阻力，并易使水通过交换树脂时发生沟流，影响出水水质 原水中存在的有机物在离子交换过程中可使树脂因吸附了有机物而消耗其部分交换容量，缩短 交换柱工作周期。

同时，树脂被有机物污染后不易再生，洗脱困难，长此以往，将影响树脂的 使用寿命细菌和藻类则会在树脂内繁殖生长，使其受污染原水中有铁、镒离子存在，和空气 中的部分物质相化合生成氢氧化物沉淀此类沉淀物一旦进入离子交换柱，便会积聚在树脂表 层，或堵塞树脂空隙，且不易洗脱下来，导致树脂交换容量衰减，减低树脂使用寿命水的前处理方法有多种，且这些方法各具特点，现就几种有代表性的方法分述如下3.1.1多介质过滤在纯水制备的前处理过程中，一般把多介质过滤作为一级过滤，即粗滤这种过滤即向水 中投加有机阳离子高分子絮凝剂，使其混合形成絮凝体，无须沉淀，直接通过多介质滤料截留 大量污染物，从而完成粗滤3.1.2微孔过滤及活性炭吸附微孔过滤即二级过滤，常用铝合金滤水器、陶质砂滤棒等作微孔过滤设备，效果理想活 性炭系颗粒型吸附介质，它对水中的臭味、毒气、油脂、余氯、微生物、胶体等有很强的吸附 能力，对除氯效果甚佳3.1. 3精滤器精滤器系采用大孔cl型纯碱阳离子交换树脂作为有机吸附柱由于树脂的(大孔)特有结构, 易于吸附有机物，饱和后又可用2%的NaOH和10%的NaCI混合液再生，因此具有一定的实用和推广 意义。

3.1.4电渗析电渗析是在外加电场的作用下，利用离子交换膜对水中的离子进行选择性透过，从而达到 溶质和溶剂分离的目的3.1.5 BDI电去离子装置EDI电去离子技术是二十世纪八十年代逐渐兴起的净水新技术，进入2000年以来，已在北 美及欧洲占据了纯水超纯水设备相当的市场，EDI装置是将两种很成熟的水净化技术一一离子交 换和电渗析相结合，结合了离子交换树脂和离子选择性通透膜，并结合直流电去除水中离子化 杂质的技术，通过这样的技术更新，溶解的盐可以在低能耗的条件下被去除，并且EDI模块不 需要化学再生，可连续制备高质量的纯化水3.1. 6膜分离技术膜分离法中主要有反渗透(R)、纳滤(NF)、超滤(uF)等膜反渗透(R0)滤膜孔径小，约为0.可以认为它是一种广谱滤膜，可过滤的微粒、细 菌、有机物、胶体物的区间甚广，过滤效率可达90%,不但对水质变化的适应性强，而且在处理 过程中具有一定的稳定性，不但能分离分子量大小不同的有机物，而且还能分离无机电解质 NF膜在去除水中低分子量有机物和无机盐方面，具有比反渗透滤膜能耗更低回收率更高的特点，是一种很有潜力的分离技术uF超滤能分离分子量大于500的溶质，所需工作压力为0. 3~ 0. 7 MPa,用此法可将粒径为0.3pm的细菌和粒径为0.02pm的传染病毒去除3. 2反渗透法制备纯水3. 2.1原理反渗透（Reverse Osmosis; R0）是20世纪60年代开发的一项膜分离技术，现已经普遍用于水 的淡化除盐、制取高纯水和纯净饮用水，其分离对象是溶液中的离子范围和分子量几百的有机 物。

反渗透顾名思义，它是渗透的逆过程，是指借助一定的推动力（如压力差、温度差）迫使溶 液中溶剂组分通过适当的半透膜，从而阻留某一溶质组分的过程如果半透膜的两侧，左侧为 淡水，右侧为盐水，那是半透膜两侧存在浓度差，淡水侧将向盐水侧扩散渗透，其推动力是渗 透压，当扩散渗透达到动态平衡时，盐水液柱增高形成的水柱压力将阻止渗透若对盐水侧施 加比盐水渗透压高的外界压力，盐水中的水将通过半透膜逆向扩散至纯水侧，此称为反渗透 人们利用此原理从原水中获得纯化水但应指出，渗透压的大小取决于溶液的性质，它决定了 操作压力范围的选择和分离装置的耐压要求3. 2. 2特点反渗透法具有设备结构紧凑，占地面积小，单位体积产水量高，能量消耗少，环境污染小等 优点由于它是在没有相变的情况下，依靠大于渗透压的压力推动，通过膜的毛细管作用流出 淡化了的水，而且它具有膜的筛分作用，能除去极小的细菌、病毒和热原，故美国等西方国家 用它来制备注射水，并将其列入美国药典标准，我国只以它来制备纯化水，为制备蒸储水注射 用水提供更纯净的水源更多地取代离子交换法、电渗析法用于纯化水的制备3.2.3膜的结构反渗透膜是由有机高分子材料制成，也有少数用无机材料制成多孔玻璃膜，其性能（主要是 透水性能和除盐性能）也各异。

目前应用最为广泛的是CA膜和芳香聚酰胺膜，尤其是CA3复合膜, 其透水量大、除盐率高，主要用于制成平板式、管式和卷式三种反渗透装置，芳香聚酰胺膜虽 价较高，但透水和除盐性能均佳，而且机械强度极好由于膜薄而常附于下面垫衬一微孔板和 耐压承压板，以导水和支撑并组成一个反渗透器近期研发的极薄的复合膜（CA复合膜）厚度仅 CA膜的1/3-1/10,产水大大增加，除盐率也很高芳香聚酰胺膜主要制成中空纤维型式，芳香 聚酰胺中空纤维膜的外径通常为30T50pm,壁厚为7-42pm （能支承反渗透操作压力）中空纤维 膜的外径、内径之比约为2： 1,是个厚壁圆柱体，实际上膜是由无数的中空纤维组成3. 2.4反渗透装置的运行工况条件工况条件主要指运行压力、给水pH值、给水温度及膜组件的清洁度等1 给水pH值CA膜的pH值在4-7之间，最佳为5-6,此范围外将加速膜的水解与老化；聚酰 胺膜pH值在3 —11间，但对氯根敏感；复合膜pH值在2-11之间1 给水温度CA膜在25C-36C,以下限为好，复合膜最高可达4OC-45C,夏天切忌在阳 光直射下保存1 运行压力运行压力增大可减少盐的透过率，提高水的透过率，保证水的回收率。

但却 会使膜压实变形，加速透水能力衰退和膜的老化，大大缩短使用寿命故应控制运行压力，对 聚酰胺中空纤维膜Pa<2. 75MPa,醋酸纤维膜则在1. 6-2. 4范围随着膜技术的发展，一些新的复 合膜可在高除盐率的条件下降低工作压力，从而降低能耗应该说明的是，运行压力与膜的种类有关，故操作时应按设备厂说明书执行，以免造成膜 的损伤给水流量与压力标准应严格按照设计要求，其标准值取决于膜组件的型式3. 2.5反渗透器型式及其选择反渗透器主要有4种型式，即板框式、管式、螺旋卷式和中空纤维式1 板框式装置紧固牢靠，可承受高压，占地较小，内膜堆面积较大，进水流动状态较好, 膜材以醋酸纤维素膜为主但因设备费用高，较少应用1 管式进水流动状态好，通道畅通，易清洗，但内膜堆面积小，占地面积大，膜材以CA 膜为主，应用较少1 螺旋卷式设备结构紧凑，占地面积小，单位体积内膜堆面积大，运行积累经验较丰富, 以CA膜、PA膜或CN-CA膜为膜材，设备费用低但预处理要求较严，否则容易堵塞，清洗较困难 此型式为目前应用最为广泛的一种，在世界上用量最大1 中空纤维式其优缺点与螺旋卷式一样，但单位体积产水量以它最大，其次为螺旋卷式, 虽然产水量大，但除盐率仅90%,而螺旋卷式为95%。

以上反渗透器中，国内外应用最普遍的 是螺旋卷式反渗透器，相对来说，由于用量多，产量高，价格较低，而且经近10年的推广应用, 技术也更加成熟，价格也仅为初期的50% -60%,因此被更多厂家所接受4几种膜技术制备纯化水的比较4.1电渗析一离子交换法工艺流程：自来水一精滤一电渗析一离子交换一纯化水优点在原四级截留制备注射用水工艺中.超滤装置取代多效蒸馋器，其最大优点是运行低 压化，节能效果显著超滤采用截留分子量6000的中空纤维超滤膜组件，可除去水中的热原、 微粒、微生物、胶体和大分子有机物等物质，使水质符合注射用水标准.长期运行监测表明超 滤截留细菌内毒素可靠缺点本工艺不能连续产水，在制水过程中要不断检测并严格控制各工序出水水质，方能得 到稳定的达到药典规定标准的注射用水4.2反渗透一离子交换法工艺流程：自来水一精滤一碳滤一超滤一反渗透一。