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美国机械工程师协会(ASME)标准中文版2002:BIOPROCESSING EQUIPMENT(二)

时间:2011年01月06日 ⁄ 分类: 制药工程 评论:0

无菌与洁净设计

SD-1导言
    此部分确立了适用于生物加工(制造)设备、构件、部件和系统的设计指导方针。此部分应该参考本标准的其他部分,并和它们结合起来使用。本标准中,无论在哪出现的“设备”,都是指全部的生物加工(制造)设备、构件、部件和系统。

SD-2范围和目的
    此部分包含了生物加工(制造)系统和辅助设备的设计及其相关内容。此部分的目的是使用已有的经验来勾勒一个设计框架以维护清洁、无菌的工艺系统。本标准所建议的首选方法代表了工业上公认的设计惯例,只能作为一个设计准则,而不限制选择其它的设计方案。当事人(业主/用户、设计者和制造者)都可自由的利用他们自己的设计标准以满足所必需的要求。此部分的图形给出了几种设计和制造的标准。首选的设计方案代表了工业上公认的设计方案。当实际限制导致首选的设计不能实施时,可使用备用的代表工业设计的设计方案。但也不限于使用新的和可能更号的设计方案。同样,相应的没有得到推荐的标明设计图也可以有被成功使用的设备。本标准包含新的构造,但不应该用它来评价现有设备的接受能力。既可以把系统拆除来进行清洗(线外清洗),也可以在原地清洗(在线清洗)。本标准仅适用于在线清洗和在线蒸气消毒工艺。
   此部分不包含与热水[176℉(80℃)]、乙撑氧消毒或其他化学方法有关的设计。不过,此部分提供的基本概念可适用于那些应用情况。
    此部分没有发行任何与清洗和消毒工艺自动化操作有关的软件/硬件。

SD-3 总的指导原则 [separator]
    所有的设备的设计都应当根据业主/用户的生物加工(制造)应用、要求和规定进行设计。应当由业主/用户负责规定设备的清洗能力和无菌要求。

SD-3.1清洗能力
  SD-3.1.1所有的表面都应当清洁干净。在任何可行的情况下,应当消除表面的缺陷(例如,裂缝、凿口、明显的凹坑等)。
  SD-3.1.2应该尽量使内部水平产品接触面减少到最小。
  SD-3.1.3设备应该能排放并且由自由区域,这些区域可以留住流体也可收集污物和污染物。
  SD-3.1.4设备应当具有低流动性和低速度或低冲击性的自由区域,这些区域能收集污物和污染物。
  SD-3.1.5应该使清洗方案很容易应用到所有的产品接触面上,并且很容易确定和决定清洗草案的有效性。
  SD-3.1.6固定件(夹具)或螺纹不应该暴露在工艺过程、蒸气或清洗流体中。工艺过程中螺纹的使用应当获得业主/用户的同意。尽量不用螺栓附件。
  SD-3.1.7不应使用有刻纹或压花的材料(为了鉴别或标记)来制造工艺接触面,但可使用其他的标识方法。
SD-3.1.8 弯头和半径的设计应满足下列要求:
    为了便于清洗,产品接触面的所有135°或小于135°的内角应尽可能具有最大的半径。除了必须满足的操作方面的原因,例如阀帽或阀体连接,只要有可能,这些表面的半径不应小于1/8英寸(3.2mm)。在一些特殊情况下,当业主/用户同意时,半径也可以减小到1/16英寸(1.6mm)。当由于性质功能方面的原因(比如密封面扁平及流控制的孔径太小)不能减小到1/16英寸(1.6mm)时,应当保证很容易对这些内角的产品接触表面进行清洗和检查。

SD-3.2无菌
  SD-3.2.1当有多种设备消毒方法时,本标准将仅涉及蒸气消毒。
SD-3.2.2在连续稳定的条件下,蒸气消毒设备的部件和构件应能够经受最低温度为266℉(130℃)、最少持续时间为100小时的饱和蒸气的连续流过。然而,业主/用户可能还会要求更加严厉的条件。人造橡胶/氟橡胶(设备之内)的使用在消毒期间可能会降低热量,这需要经过业主/用户的彻底调查研究来确定。如果选择的人造橡胶材料不合适,将会大大缩短设备的使用寿命。
SD-3.2.3在蒸气消毒循环期间,所有的产品接触面应该达到要求的温度。
SD-3.3表面抛光
  SD-3.3.1根据本标准的Part SF的规定,产品接触面的抛光应当由业主/用户来确定。
  SD-3.3.2 抛光操作完成后,抛光后的残留物应该全部除掉。参考SF-1,3,5和7部分。
  SD-3.3.3 外部、非产品接触面在SD-3.8中有所规定。

SD-3.4构成材料
  SD-3.4.1构成材料应该能承受住温度、压力和化学腐蚀的影响以确保产品的纯度和完整性。一般说来,像316、316L、不锈钢等材料或更高级的材料(AL6XN、2205等)已被接受。业主/用户应该负责选择特定工艺使用的结构材料。
  SD-3.4.2 当使用非金属材料时(例如:塑料、人造橡胶或粘合剂),业主应该规定这些材料中的那种应当带有合格证书。应该明确地规定材料符合哪些性质。例如:遵照FDA,21CFR,177,和 美国药典USP 24 版Ⅵ)
SD-3.4.3 根据业主/用户的规定,材料应当和所规定的生物加工(制造)条件、清洗解决方案及消毒环境相吻合。
SD-3.4.4 假如已经获得业主/用户的同意,生产者也可使用镀金或电镀表面涂层、电镀及表面化学处理。所有的表面涂层应该保持完好无损,并且耐加工、在线蒸气消毒和在线清洗流体的冲蚀及耐高温性,无剥落或开裂。
暴露在生物加工(制造)流体、清洗和消毒环境里的表面必须:
(a) 质地均一;
(b) 密封的;
(c) 不活泼的;
(d) 无吸收性的;
(e) 无毒的;
(f) 不溶于工艺流体或清洗流体;及防腐蚀、防刮擦、防刻蚀和防扭曲变形。
SD-3.4.5与生物加工(制造)流体接触的材料应该通过工业公认标准的鉴别(参看GR-9)。
SD-3.4.6 观察口所使用的透明材料(例如:玻璃、硼硅酸盐)应当具有防划伤性、密封性、惰性及无毒特性,并且,能够承受适当的压力和温度。全部玻璃构件应该是均质的而不是由一层或多层粘结在一起而构成。
SD-3.4.7如果涂层符合FDA或权威规定得到业主/用户的认可,才可使用内部涂层的玻璃。

SD-3.5制造
  SD-3.5.1应当在产品接触表面不受污染的设备中进行加工制造。在大面积焊接和装备期间,应防止表面受到污染。
  SD-3.5.2应当使用合适的清洗剂清洗系统、设备和构件,并且在运输(发货)以前,应当加盖保护层。建议不要使用防腐剂。
   任何带防腐剂或涂层的需要发货的产品接触面应当:
(a) 事先由业主/用户和生产商相互之间达成一致。
(b) 清楚地识别出所有的部件;及当适合工艺过程时,符合FDA或其他可应用的规定的要求。
SD-3.5.3在管道系统中,应尽量避免使用盲焊。在大多数情况下,采用适当的安装顺序可最大程度的避免盲焊。要获取更详细的材料,参看MJ-7.2.3。

SD-3.6静态O型环、密封件和垫圈(参看Fig. SD-1)
SD-3.6.1静态密封件(管道、管材和类似的管件)应根据作为密封元件的O型环来设计。应当根据O型环制造商对功能的建议来成形O型环凹槽。
所设计的O型环凹槽应该能够进行清洗,并且还不减少它的功能。

SD-3.6.2 通常情况下,垫圈和O型环密封件应当和管道或设备的内表面平齐。

SD-3.6.3当使用O型环密封件时,应把它们恢复原位,这样,密封面之间的间隙的深度和它的宽度一样,从而保证了在环境温度下清洗空腔。

SD-3.6.4生产区域内的所有的型环、O密封件和垫圈应该符合在线清洗介质和消毒介质及环境的要求(例如,抗蒸气腐蚀的人造橡胶/氟橡胶)。

SD-3.6.5 O型环和垫圈应当自调整和自定位。

SD-3.7连接件和管件

SD-3.7.1设备的设计应尽量减小连接件的数量。在实际操作中,应尽量使用对焊连接件。

SD-3.7.2连接件和管件的卫生设计意味着:
(a) 连接件和垫圈的组合使相互连接的管件保持在一条直线上;以及
(b) 所做的设计应确保在内表面上压力作用在垫圈的每一边上,以避免接头处的裂缝中出现产品集结,这样的话,就会使接头不透水参看Fig. SD-1)。
 
SD-3.7.3应该使用合格的卫生连接件来连接设备,这一点应该在业主/用户和制造商之间达成一致。

SD-3.7.4所有的连接件应该能够进行在线清洗和在线蒸气消毒。在垫圈接缝周围所设计的管件应当没有裂缝或很难清洗的区域。应尽量避免使用美国国家标准学会提出的表面或平面法兰式连接。

SD-3.7.5为了使死角最小,应当尽量缩短(小)金属箍和金属箍连接件。所使用的短小焊接金属箍应当与设计相吻合。

SD-3.7.6当安装合适时,所有的产品接触管件应该能自排放。

SD-3.7.7升温或压力过大会导致产品蒸气中的密封件变形。所选择或设计的管件应该把由此引起的变形降到最低。

SD-3.7.8建议不要让螺纹管件暴露在工艺流体中[Fig.SD-1(g)]。如果使用螺纹管件,则应相应地使用O型环或带垫圈的管件。O型环的内径与管件的内径平齐或稍微向里凸出一点。

SD-3.7.9当业主/用户同意时,也可使用扁平的垫圈,这样利于自行消毒(例如:在纯净蒸气分布系统中)。

SD-3.8外部设计
    应该定期彻底清洗清洗区内的设备,或使用苛刻的清洗液用手工来擦洗清洗区内的设备。这样的设备应符合以下规定:
(a) 使用的材料应该防腐蚀、易于维护、洁净无菌、无片状剥落或脱落。
(b) 经业主/用户和制造商的同意,抛光应和区域的分类相一致。
(c) 应该能对构件进行化学清洗、蒸气清洗或压力冲洗。
(d) 应当除去所有的毛刺或焊接痕。
(e) 应该很容易移动和/或清洗铰链。
(f) 应平齐地安装暴露在环境中、安装在机壳上的设备。
(g) 想让水滞留在机架中就不应该放开闸。应该用全密封的管子或管道来建造支撑机架的构件或模型,这样便于清洗。机架的边缘应该时圆滑的而不是锋利的。
(h) 电动机、变速箱及类似的设备的外表面不应存留液体或清洗液。
(i) 应该用防腐蚀材料(例如不锈钢或塑料)来制造用来标记设备的标示牌,标示牌上尽量无裂缝。标示牌应该附在或密封后附在防腐线圈上。
(j) 设备下面应留有足够的空隙用于清洗,并提供排放用的间隙。敞开机架下的提升设备应该留有最小为6英寸(150毫米)的间隙用于清洗。在其他情况下,最小间隙为4英寸(100毫米)。
(k) 应把接头和绝缘材料密封起来,防止受潮和清洗剂的进入。
(l) 电机箱壳的顶部应该有一定的倾斜度。应当用聚氯乙烯、不锈钢或其他易于清洗的材料做管道的涂层。通风板和通风管道应该易于清洗。
(m) 应当由制造者来鉴别着色表面并事先得到业主/用户的认可。所有的着色系统应该符合FDA的规定。

SD-3.9密封
系统或单个设备的密封等级应该由业主/用户来规定。
根据美国卫生研究所和可应用的地方法则和环境规定,将由s来负责决定设备或系统的特殊类型。

SD-3.10纷杂的设计细则
 SD-3.10.1变速箱、驱动装置等所使用的润滑脂和润滑液应密封起来使用,防止其直接或间接的泄漏。(例如:通过渗漏或密封泄漏)

  SD-3.10.2 设备生产者应该指定用于维护设备所使用的润滑剂。如果业主/用户不接受指定的润滑剂,可选择其他的润滑剂,但应当获得业主/用户和生产者的同意。

  SD-3.10.3业主/用户应当认可与产品有关的润滑剂。应在这些润滑剂上标明名称、生产者和等级,并且这些润滑剂应该符合美国食品和药物管理局或其他可应用的准则的要求。

SD-3.11系统设计
  SD-3.11.1 将用术语L/D来衡量死角区的大小。在这里,L代表从内壁法线到流型或流向上延伸的长短,D代表内径延伸的大小或管件的径向长短,或者阀门或仪表的额定尺寸的内径大小。表SD-1、SD-2、SD-3、SD-4和SD-5给出了L/D的值,这些值是根据BPE对各种不同的管件的几何图形和构型的规定而确定的。在清洗和消毒期间,如果主管道的流动性很好,就不会形成死角区。
对高纯水和清洁蒸气系统来说,使用当今的生产和设计工艺就可使L/D的比值达到2:1。对其它生物加工(制造)设备来说,例如净化系统、过滤系统和发酵系统,它们具有组件阀、组合阀和多出口阀,这些设备的L/D比值可达到2:1。
然而,使用当前的某种生产设备和工艺图形是不能达到这个值的。对这一部分来说,L/D为2:1或更小只是一个目标(理想)值,不能将其看成是一个绝对的要求。系统的设计者和生产者应尽量减少系统的死角。应当由系统的生产者或设计者来负责鉴别哪些地方存在例外或哪些地方没有达到2:1这一目标值。

 SD-3.11.2管道和管路系统应该具有可排放性或自排放能力,并且使排放处倾斜。对系统来说,不能排放的低点区域,应当能够对它们进行冲洗。

 SD-3.11.3在全部的操作条件下,考虑到热循环、收缩、变形、下陷等,管子和管道的支撑系统应该保持所需要的倾斜度和适当的排列。管道和管子的倾斜应该以尽量减小低排放点的数目的方式进行设备。
 SD-3.11.4 应使系统中的产品滞留量降到最低。

 SD-3.11.5生物加工(制造)管道和管材的设计应当比工艺系统和机械支撑系统的路线和有优越性。
 SD-3.11.6 当业主/用户和生产者同意后,在切实可行的地方,管道和在线阀门的连接件应全部进行焊接连接。为了使卫生设计达到最高标准,除了必须使用间断连接的地方外,所有的管道系统应当使用焊接连接。

SD-3.11.7为了确保满足规定的清洗标准,应保持多喷设备的喷雾装置之间的流动平衡。为保证向喷雾设备提供足够的供应量和足够大的压力,应该规定管道的尺寸。

SD-3.11.8 在管道清洗期间,应该把管道充满水,并确保水流足够湍急。

SD-3.11.9管线的设备应尽量的直且短,以确保在在线清洗过程中循环流程中的清洗液最少,并且不要使用多余的管道和管件。

SD-3.11.10应从根本上防止产品管流的交叉污染。工业中使用的分离方法有:
(a) 可移动的阀芯片;
(b) U型转移平板;
(c) 双组合排污阀系统;及使用防混合阀装置。
SD-3.11.11 建议不要使用旁路流体管道(在滤网、控制阀等周围)。

SD-3.11.12 为了防止产生死角区,建议不要使用多余的在线设备。当对设备正常的维护时,设计的系统应易于拆解和易于重新组装。

SD-3.11.13卫生工艺管道系统中使用止回阀时要小心谨慎,建议最好不要使用。

SD-3.11.14当要求在卫生管道系统中使用开口板时,应将其安装在便于排放的位置。
SD-3.11.15为了消除系统中的凹槽,应该在水平管道中使用偏心渐缩管。参看表DT-26上面的设计图来确定适当的方向。

SD-3.11.16所设计的系统应该排除气穴,防止掺气或尽量不使其掺气。

SD-3.11.17 为防止内表面的腐蚀(起皱、条纹和可能产生的裂纹),弯管的中心线半径不应少于额定管茎的2.5倍。当使用了适当的检查技术和程序时,经业主/用户的同意后,可使用较紧的弯管。

SD-3.11.18 建议不要在流体卫生管道系统中使用球阀。参看SD-4.11.2(b)以加深对它的了解。

SD-3.11.19当不易进行在线清洗和在线蒸气消毒时,经业主和设计者的同意后,可使用板式和框架式热交换器。

SD-3.12排放能力
SD-3.12.1对排放系统来说,利用重力作用是最有效的方法。为了达到排放的目的,在特定的方向上使生产线以一定的倾斜度倾斜。从最高点到设计的排放点处,应使生产线始终倾斜。通常情况下,生产线应沿着产品流动的方向由高到低倾斜。
   首选的(最小的)管道/管件倾斜情况如下:
(a) 短距离场地安装:1/4英寸(高)/英尺(长)(21毫米/米或大约2%)
(b) 长距离场地安装:1/8英寸到1/16英寸/英尺(10.4到 5.2 mm/m或大约1到0.5%)
(c) 滑道:1/4英寸/英尺(21 mm/m或大约2%)
(d) 转移平板:1/4英寸或1/16英寸/英尺(21到5.2 mm/m或大约2到0.5%)。

SD-3.12.2 为了使自排放的性能最优,安装管道和设备时应该指定排放点。排放点的数量应该最少。设备生产者应该指出使排放能力最优的适当的排放方向。安装者和用户将确保适当的排放方向的安装到位。

SD-3.12.3供应和返回的在线清洗流程线的长距离安装(如业主/用户和生产者规定的那样),从喷射装置开始,应当有一定的倾斜度,当返回在线清洗供应点时,管线的倾斜度不应小于1/16英寸/英尺(5mm/m或大约0.5%)。

SD-3.12.4和泵相连的管线(流程线)在与泵连接的过程中应具有连续一致的倾斜度。

SD-3.12.5不能进行自排放的系统或设备应当可以对其进行冲洗(参看Fig. SD-6)。

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