论述罐类制药装备的卫生级设计和工艺

概论

      在制药生产工艺中，所需制药装备如细胞培养罐、细菌发酵罐等都需要应符合GMP、《药品生产质量管理规范》，在制药装备的设计、生产过程中，设备是否满足工艺要求，是否设计选型合理，是否满足GMP的要求，将会影响制药厂的GMP认证。

本文以上海远跃产品的设计、加工、检验标准为例，对罐类制药装备的设计规范和制作工艺做出论述。

制药装备在设计时，应在满足生产工艺的前提下符合结构简单、无死角等卫生级要求，设备外表面应保证光洁、易擦洗，与物料接触的部分应圆滑过度，内表面还需根据工艺要求机械抛光Ra≤0.4μm或者电解化学抛光工艺达到表面光洁度。需要清洗和灭菌的部件应设计为可拆结构，无法拆卸的设备应设置对应数量的清洗口和灭菌口，并设置人工或自动清洗、灭菌装置。

1）设备的连接

设备的连接，通常采用卡箍、NA无菌法兰、螺纹等结构，密封圈通常采用硅胶，聚四氟乙烯或者包四氟等卫生级材料制作。封头上的接管，我们应采用拉延内孔翻边设计。传动结构我们通常采用单端面机械密封结构，或采用双端面密封结构，对于更高要求应采用磁力耦合结构，避免污染物料[图1]。

图1 卫生设备的管口连接形式

2） 无法拆卸的部件

无法拆卸的部件，在设备的顶端设置对应的自动清洗装置，由于在实际使用中，清洗球的效果与CIP系统的系统压力和罐体的直径有很大关系，CIP系列压力越大，CIP清洗半径越大，清洗效果越好。（考虑能耗和清洗效率，我们通常CIP系统压力不大于0.3Mpa）在确定清洗球清洗半径时，参考压力曲线图（图2/引用阿法拉伐）

图2 清洗球压力曲线图

在布置清洗球时，对于只需要布置一个清洗球且没有上搅拌的设备，应布置在设备的最中心位置，需要采用两个或两个以上清洗球时，应对称均匀布置，且清洗球应靠近接管较多侧，有人孔的设备由于人孔的接管高度较高，如果清洗球设置不合理会存在死角清洗不到位的情况。所以在CIP条件允许的情况下在人孔盖上增设一个小的清洗球专门清洗人孔或主清洗球应尽量靠近人孔，如果有搅拌的设备，如果反应釜、发酵罐等设备，我们应在对称设备两个清洗球，方便清洗因搅拌轴遮挡的罐体部分[图3]。

图3 卫生设备的管口连接形式

3） 设备上的主要部件人孔

第一：带直段筒体的人孔在安装时带直段筒体应尽量短，缩短外伸长度，减少卫生死角设计；

第二：人孔直段筒体与人孔筒体与下法兰用锻件做成一体。

4） 卫生搅拌的设计

在制药工艺系统中，需要用到较多反应罐，例如种子罐、发酵罐、配制罐等等多种用于配置，反应发酵的反应设备。由于搅拌设备的结构部件较多，以下为两种型式机械密封搅拌和联轴器的设计。

搅拌桨的联轴器：

加工工艺

1） 拉边延伸工艺

卫生罐在制造的过程中，需要在上封头布置工艺管口，罐体内部应圆弧平滑过渡，所以上封头管孔需要做拉延内孔翻边处理，做内孔拉延翻边处理时，首先要确认拉延高度，图4中所示的r我们通常定位上封头的厚度；

图4 平面拔孔计算

根据我们试验结果和卫生设计得出内孔拉延翻边高度为封头厚度的2倍。翻边前的预冲孔d根据公式d=D-2(h-0.43r-0.72t)计算出d≈15毫米（t为封头的厚度），最终如图5所示与卫生卡箍接口焊接。

图5 卡盘与封头拔孔连接示例

2） 内表面抛光工艺

为了达到卫生级和美观度，所以卫生级罐体，采用的是304或者316材质的奥氏体不锈钢来制作，在设备焊接后，统一进行表面抛光，筒体内部与药液接触部分至少需要满足Ra≤0.4微米，通常采用的是的机械抛光镜面Ra≤0.4微米和机械抛光后增加一道电解化学抛光的工艺来达到更高的表面粗糙，而外表面不跟药液接触的部分为了美观和方便清洁的要求我们通常要求机械拉丝Ra≤0.8微米或镜面抛光。