第11章 制水设备

第十一章制水设备

目录第一节纯化水生产设备第二节蒸馏水器全国高等学校高职高专药品类专业卫生部“十一五”规划教材《生物制药设备》学习目标【学习目的】学习注射用水生产设备及操作技术，为进入制水车间打下技能基础。【知识要求】1.了解注射用水和无菌水的概念；2.熟悉注射用水生产设备的结构、原理；3.掌握二级反渗透、三效蒸馏水器的结构和工作原理。【能力要求】1.学会絮凝、电渗析、反渗透、三效蒸馏器等设备的操作技术；2.熟练应用二级反渗透装置和三效蒸馏器的操作技术制备注射用水。制药用原水：生活用自来水。制药工艺用水：容器洗涤、药液配制等用水。制药工艺用水饮用水纯化水注射用水原水

饮用水

净化水注射用水第一节纯化水生产设备一、原水预处理设备

生活用自来水含有一定量的悬浮物、微生物、胶体、溶解气体、有机化合物、无机化合物、金属离子及其他杂质。絮凝机械过滤（一）絮凝沉降法1.絮凝原理通过化学反应，使原水中重金属离子生成的重金属化合物沉淀，经过滤除去沉淀物的过程。化学絮凝法

在原水中加入大量阳离子或高分子聚合物，在中和了悬浮物或胶体物质表面所带的负电荷后，使得颗粒或胶体相互聚集联结形成粗大的絮状团粒或团块，并从悬浮体系中沉降下来的过程。物理絮凝法2.常用絮凝剂（1）无机絮凝剂：（2）高分子絮凝剂

能够使水体中的带电颗粒产生静电引力，并相互架桥、凝聚，絮凝形成可沉降的或可过滤的絮凝物。高分子絮凝剂是含有大量活性基团的高分子有机化合物。聚合氯化铝有机合成絮凝剂：淤泥少，沉降速度快，水质好，成本低。有机合成絮凝剂天然高分子化合物絮凝剂天然高分子絮凝剂：有多糖类、甲壳素类及微生物絮凝剂等。机械过滤系统由多介质过滤器、活性碳过滤器、除铁过滤器等设备组成。1.机械过滤器的结构

机械过滤器也称为压力式过滤器，由壳体、分布器、承重板、出水管、反冲洗进水管、反冲洗出水管、过滤介质等部件构成。

壳体内用承重板分隔为上下两层，上层填料为无烟煤或锰砂，下层填料为精制石英砂。机械过滤器及结构常用过滤介质果椰活性碳锰砂无烟煤石英砂2.常见的机械过滤器水处理机械过滤器结构大同小异，主要有三种类型石英砂过滤器除铁锰过滤器活性碳过滤器截留悬浮微粒、胶体、泥沙和铁锈

去除铁、锰及多种有害金属吸附有机化合物、氯离子和重金属离子

除铁除锰过滤器活性碳过滤器3.精密过滤器

精密过滤器是一圆筒形过滤器，主要部件有金属壳体、滤芯。其中，金属壳体的外观结构可分为卡箍式、法兰式、吊环式等多种形式。

过滤器过滤滤芯过滤器精密过滤器的滤芯精密过滤器结构折叠滤芯及结构

精密过滤器的滤芯有陶瓷滤芯、聚丙烯（PP）纤维熔喷滤芯、线绕滤芯、折叠式微孔滤芯、钛合金过滤棒等。在制水生产时，精密过滤器用于拦截从活性碳过滤器脱落下来的碳颗粒。PP喷熔滤芯陶瓷滤芯滤芯内管滤芯结构二、纯化水生产设备制纯化水的设备有蒸馏器、电渗析仪、二级反渗透和离子交换柱等。（一）电渗析仪电渗析器由整流器、直流电极、离子膜、隔板、贮槽等部件组成。离子交换膜具有选择性透过的功能，阳离子膜只能透过阳离子，阴离子膜只能透过阴离子。

在直流电场中，原水中的阴、阳离子分别穿过阴、阳离子交换膜进入两侧的仓室，从而降低了原水的盐浓度成为淡水，两侧仓室的盐浓度增加而成浓盐水。

电渗析仪工作过程

在安装电渗析仪时，第一张和最后一张均为阳离子交换膜，其余按照阴膜—隔板—阳膜—隔板的顺序安装即可。（二）二级反渗透设备

在高于溶液渗透压的作用下，反渗透膜只能通过水分子而不能透过金属离子，从而达到脱盐的目的。

1.反渗透膜组件（1）螺旋卷式工作过程

（2）中空纤维管式中空纤维管式反渗透膜装置

反渗透膜组件有板框式、管式、螺旋卷式等类型，其中用得最多的是中空纤维管式反渗透装置。反渗透膜结构按膜材料化学组成，可分为纤维素膜和非纤维素膜，膜材料物理结构，可分为非对称膜和复合膜。其孔结构随深度而变化的膜，称为各向异性膜，又称非对称膜

醋酸纤维素膜分为表皮层和支撑层。总厚度，表皮层的厚度，微孔直径大约为，支撑层的小孔孔径很大，约有几千埃。

2.二级反渗透制水工艺

二级反渗透制水工艺流程是，原水通过增压泵输送到双层石英砂过滤器、天然锰砂过滤器、活性碳过滤器、钠离子型软化器预处理后，再送入一级反渗透主机、二级反渗透主机进行反渗透处理，所得反渗透水经紫外线杀菌，精密过滤器过滤后送入贮存罐贮存。一级反渗透所制得的水电导率在之间。二级反渗透制得的水，电导率≤，一般为。从二级反渗透装置出来的水经紫外线杀菌器杀菌，是防止纯水中有活的微生物存在，有的工艺流程还在紫外线杀菌器后设计了臭氧灭菌器，旨在对纯化水进行二次灭菌，以保证纯化水的洁净度。（三）离子交换制纯化水工艺流程

机械过滤可以降低水中的阴阳离子浓度，但金属阳离子和非金属阴离子含量仍超标，工业上常采用离子交换法进一步脱盐，将这部分离子去除，其工艺流程如图7-6所示，所得纯水离子浓度很低，电导率可达以上，称为去离子水。第二节蒸馏水器

注射用水的一项非常重要的指标是每毫升中含内毒素量不得超过0.5EU。热原是细菌内毒素，由蛋白质与磷脂多糖组成的高分子复合物。热源体积微小，具有耐热性，水溶性、不挥发性、不显电性等特征。

除去纯化水的微生物和热原，需要采用特殊设计的蒸馏器进行蒸馏。一、单级塔式蒸馏水器

单级塔式蒸馏水器由蒸发锅、蛇管换热器、隔沫装置、废气排出器和冷凝器等部件组成。塔式蒸馏水器结构操作规程

先开启水汽分离器，再开启蒸汽阀门，待放出纯蒸汽后关闭水汽分离器的下部阀门。注意控制蒸发锅中的压力，以免有液滴进入冷凝器污染蒸馏水。日常维护在蒸馏水的生产过程中，要做到定时取样检查水质，确保水质量，要定期将水汽分离器、补水器、废气排出器的管路和蒸发锅里的残留污水和杂质清洗排除干净，否则会增加能耗，且有发生事故的危险。二、多效蒸馏水器多效蒸馏水机由蒸馏塔、冷凝器、高压水泵、控制中心等组成。蒸馏塔和冷凝器构成单效蒸馏器，多个单效蒸馏器组合成多效蒸馏水器。（一）单元蒸发器结构多效蒸馏水器的单元蒸发器由塔体、加热器、水分布器、蒸发室和汽液分离器等部件组成。1.加热器有发夹式和蛇管式两种结构，起加热进料水的作用。2.蒸发室蒸发室由加热器、密封壳体组成。蒸发方式有降膜蒸发与沸腾蒸发，蒸发器可分为列管式、蛇管式和板式三种。列管式蒸发器属于降膜式蒸发器，蛇管式蒸发器为沸腾式蒸发器。3.汽液分离器

单元蒸发器的汽液分离器用来分离蒸汽中的液滴，以除去液滴中的内毒素和热原等杂质。旋风离心分离器、丝网除沫器、导流板撞击式分离器等。同时采用重力分离、螺旋分离和导流板撞击分离的技术。

（1）重力分离：蒸发器列管中高速流出的汽流经闪蒸室后，其速度将降低到一定的值，汽流经转向向上流动，因重力作用，部分液滴从汽流中沉降下来。

（2）离心分离：

当汽流经过分离器时将完成一系列的旋转运动，由于旋转产生的离心力是重力的2500倍左右，可将汽流中的液滴分离出去，达到理想的分离效果。三分离技术

（3）导流板撞击分离：当带有液滴的汽流通过通道时，液滴会和挡板发生碰撞并残留在上面，最后以液膜的形式经排液管排走。

（4）丝网除沫：利用惯性碰撞、气体吸附、截留作用以及静电吸附来实现起液分离。对于5μm以上的液滴，丝网除沫器的分离效率在98％以上。4.塔体单元蒸发器的塔体呈圆筒形，分为上下两段。上段是进水预热室，下段是蒸发室。塔体内壁与蒸发室外壁之间的螺旋板构成了由下向上的螺旋通道。

将加热器、汽液分离器、蒸发室筒体、蒸馏塔体用胀管工艺组装在端板上，连接上蒸馏水冷却器，即构成多效蒸馏水器的单元蒸发器。（二）垂直串接式多效蒸馏水器

垂直串接多效蒸馏水器又称为塔式多效蒸馏水器，加热器为沉浸式蛇管，采用沸腾蒸发方式，其主要部件有分布器、汽液分离器等。

纯化水在第一效蒸馏器中蒸发后的浓缩液流向第二效，被喷淋到加热蛇管上升温至120℃并大量汽化，汽化后的浓缩液进入第三效加热室，升温后大量汽化，汽化后的浓缩液为浓盐水弃去。1.成品水的获得生蒸汽进入第一效的蛇管加热器中，对纯化水加热后冷凝成液体水排出。汽化生成的二次蒸汽进入第二效蒸馏器的加热蛇管，在释放潜热后进入冷凝器冷凝为成品水，第二效产生的二次蒸汽，进入第三效蒸馏器的加热蛇管中进行热交换，在释放潜热后进入冷凝器冷凝为成品水。2.料液的流动（三）水平串接式多效蒸馏水器工艺流程生蒸汽在第一效加热后经冷却器冷却后排出。纯化水从蒸馏塔顶进入加热室，升温至150℃后经水分布器沿蒸发器列管内壁成膜状向下流动，受热沸腾大量汽化，生成的二次蒸汽自列管下部排出进入狭窄的螺旋通道，从下向上高速旋转流动，上升至螺旋通道顶端，从纯蒸汽出口排出，并作为加热蒸汽引入到下一效蒸馏器中。从第三效开始，由于纯蒸汽各项指标已达到要求，上一效所得纯蒸汽在下一效蒸馏器中释放热量后冷凝成液体，被引入冷凝器中进一步冷却后输入贮水罐贮存备用。

在强大的离心力作用下，蒸汽中夹带的液滴、液沫甩向塔体内壁，形成液膜并沿内壁环流通道向下流动，汇集于器底，与未蒸发的纯化水合并后进入下一效蒸馏器中继续蒸馏。热原的去除优点

在多效效蒸馏流程中，由于蒸馏塔、冷凝器各部件是用胀管工艺组装，所以杜绝了纯化水、冷却水、浓缩液、成品水、生蒸汽、二次蒸汽之间的交叉污染，且通过螺旋离心，将微生物和热原物质彻底分离，保证了成品水的质量，具有良好的可靠性。多效效蒸馏流程将水蒸气的冷凝和纯化水的预热有机结合起来，达到了热量综合利用目的，降低了能源成本，经济指标较好。

三、气压式蒸馏水器

气压式蒸馏水器又称热压式蒸馏水器，其结构由自动进水器、热交换器、加热室、列管冷凝器及蒸汽压缩机、泵等组成。

气压式蒸馏水器工作原理是，将纯化水加热至沸腾气化，产生的二次蒸汽被蒸汽压缩机压缩而温度和压力都同时升高，被压缩的蒸汽经冷凝即得到成品蒸馏水。在蒸汽冷凝过程中所释放出的潜热可用作纯化水的预热。二次蒸汽经过压缩、净化、冷凝等过程后，在高温下已停留了约45分钟，可以