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    【项目设计】制药企业的项目前期设计和制药工艺设计

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    【项目设计】制药企业的项目前期设计和制药工艺设计
    * 来源 : * 作者 : admin * 发表时间 : 2017-12-14 * 浏览 : 0

    【项目设计】制药企业的项目前期设计和制药工艺设计

    原创 2017-12-04 谢京军 制药业

    随着经济的发展和市场需求的增加,越来越多的制药企业开始新建、扩建、改建或迁建制药设施。在制药企业建设制药设施的工程实践中,前期设计越来越受到重视。前期设计有助于帮助制药企业进行正确的决策,而通过正确的流程和方法进行工艺设计,是制药设施工程项目前期设计的重点。

    按照我国住房和城乡建设部颁布的《建筑工程设计文件编制深度规定》(2008版),建筑工程一般分为方案设计、初步设计和施工图设计3个阶段。这种设计阶段的划分,与国外工程行业常用的概念设计、初步设计和详细设计的三阶段设计基本上是一致的。国外的工程行业通常把概念设计和初步设计统称为前期设计,作为施工图设计的基础。

     

    但我国在以往制药设施的设计中,为节省时间和费用,很多制药企业或者将三阶段合为一个设计阶段,在较短时间内要求设计单位完成施工图设计,或者仅仅将前期设计的输出作为符合工程建设法规要求的文件,未予以充分的重视。由于前期设计阶段过短,往往没有对生产工艺和最终使用者的需求进行充分的理解,从而造成设计出的制药设施无法符合高效运营的需求。

    概念设计是基础

    在前期设计的概念设计阶段,做出的投资决策对整个工程项目投资的影响非常大。如图1所示,概念设计在整个项目周期中,仅占15%的时间和约0.5%的费用,但是概念设计却可以影响80%的项目总投资。

    概念设计做出的决策通常包括项目选址、项目阶段、项目时间表、项目的实施模式、生产能力、生产工艺、产品批量、制药设施的自动化水平、制药设施的人员组成等。概念设计可以帮助制药企业做出正确的决策。在基础设计中,主要是对概念设计进行进一步细化,对工艺、建筑进行细化设计,如进行生产能力核算、工艺描述、客户需求、操作流程图、传质计算、介质说明书、公用工程设计说明等。在国外的制药工程项目中,不乏在概念设计结束后或基础设计完成后项目终止的案例。由此可见前期设计的重要性。前期设计也支持制药企业树立正确的目标,建立符合自己需求的项目实施方案。通过对于药品生产工艺和建筑的研究,概念设计也为随后的设计和施工阶段打下良好的基础。

    工艺设计是核心

    在制药设施的前期设计中,工艺设计是核心,其他各个部分的设计全部围绕着工艺设计进行。因为衡量制药设施设计好坏的最基本标准是满足其功能与否,即制药设施能否按照生产工艺生产出符合要求的药品。

    工艺是劳动者利用生产工具对各种原材料、半成品进行增值加工或处理,最终使之成为制成品的方法与过程。原则上,制药工艺是在新药研发后期的工艺研发阶段确定的。但工艺研发的工艺侧重于生产工艺步骤、工艺实现的设备形式以及主要工艺参数。


    制药设施前期设计中的工艺设计是指制药设施建设项目的生产工艺设计。工艺设计的主要内容包括产品方案,原料、燃料、动力的用量与来源,工艺流程,主要设备的选型与配置,对建筑物、构筑物的要求,外部各项协作条件,生产组织与劳动定员,主要技术经济指标等。它是制药设施建筑设计的主要依据之一。前期设计中设计工艺的原则是:技术上的先进和经济上的合理。由于不同的工厂的设备生产能力、精度以及工人熟练程度等因素都大不相同,所以对于同一种产品而言,不同的工厂制定的工艺可能是不同的。

    前期设计的具体步骤

    在制药设施前期设计中,广义上可以分为两大部分,工艺设计和建筑设计。而广义的工艺设计包括工艺系统设计和工艺支持系统设计。

    工艺系统设计包括固化生产工艺、能力计算、工艺设备选型、生产(设备)计划、工艺消耗数据表。

     

    工艺系统设计

     

    固化生产工艺的主要工作是确定工艺流程、操作流程并准备工艺描述。制药工艺流程指药品生产中,从原料到成品各项工序安排的程序。确定工艺流程的输出物是生产工艺流程图,生产工艺流程图分为不同层级,不同层级有着不同的受众,关注的重点不同,要求各异。在概念设计中,生产工艺流程图要求表明主要物料的来龙去脉,描述从原材料至成品所经过的加工环节和设备等;在基础设计中更细化的生产工艺流程图则须用符号标明各个环节的关键控制点,甚至具体到产品的工艺参数等,这类流程图是进行施工图设计和施工的依据,也是操作、运行和维修的指南。图2所示为概念设计中不同类型的工艺流程图,左图为最终灭菌药品的生产工艺流程图,描述了生产工艺的主要步骤以及工艺步骤所在的环境级别。右图为口服固体制剂的生产工艺流程图,描述了生产工艺的主要步骤,并对主要步骤进行了简要的说明。

     

    在生产工艺确定后,需要对工艺操作进行分析,此项工作在国内制药设施设计时通常没有引起足够的重视。如在无菌药品制药设施设计时,当前的误区是一味追求操作步骤/岗位的洁净级别,认为洁净级别达到了则无菌保障就达到了。其实这是认识的误区,通常制药设备生产厂家可以保证单台工艺设备的操作达到无菌状态,但无菌工艺是由多个工艺步骤组成的,物料/中间品在各步骤之间转运时,如果对物料转运的无菌保证考虑不周,则无法保证整个生产工艺的无菌性。对于口服固体制剂,物料转运更是重中之重,物料转运的形式、数量和需要的储存空间都是需要认真考虑和计算的。口服固体制剂生产设施的一个设计通病是暂存区面积过小,导致生产设施运行时,走廊等其他区域都不得不成为临时暂存区域,对生产管理造成挑战。

     

    生产工艺和操作流程确定后,需要进行能力计算和工艺设备选型,这两项工作是相辅相成的。通过能力计算,可以得出药品生产过程每一步的产量,据此计算结果和工艺流程的要求选取合适的设备。设备选取后,需要复核能力计算,保证选取的设备和设备数量符合预定的需求。工艺设备清单是能力计算和工艺设备选型的输出设计文件。工艺设备清单应包括设备需要的空间等信息,为建筑设计提供设计依据。

     

    设备清单确定后,需要对生产设备运行进行设计,合理安排生产设备运行情况。通常对一定期间(天或周)内各主要生产设备运行情况进行排版安排。这也是对设备选型和能力计算的一项复核。图4描述了最终灭菌产品生产(设备)计划各主要生产设备的运行计划。

     

    作为工艺设计的输出和其他专业开始设计的输入,应准备工艺消耗数据表。根据设备清单和工艺生产(设备)计划,计算出所需工艺介质(纯化水、注射用水、纯蒸汽等)和工艺支持介质(冷冻水、工业蒸汽、热水、压缩空气等)的消耗量,作为其他专业开始设计的前提条件和依据。


    工艺支持系统设计

     

    工艺支持系统设计包含支持药品生产的工艺部分(如清洗、灭菌),也包含为药品生产提供溶剂或辅剂(纯化水、注射用水、溶剂等)的系统,还包括支持药品生产的工业工程系统(冷冻水、工业蒸汽、热水、压缩空气等)。

     

    药品生产中特别要注意消除污染、交叉污染、混淆和差错等问题。清洗/灭菌是消除污染/交叉污染的重要手段。在无菌药品生产设施设计中,在位清洗(CIP)和在位灭菌(SIP)是重要的无菌保证手段。在位清洗和在位灭菌的设计或者是工艺开发的一部分,在进行工程工艺设计开始前,在位清洗和在位灭菌的步骤和主要工艺参数应已确定;或者是由生产设备供应商,若设备供应商提供的设备中包含清洗和灭菌单元。在工程项目前期设计中,根据要求,需要对清洗/灭菌系统进行能力计算、设备选型、运行计划,并准备管道和仪表流程图(P&ID)、系统描述、用户需求等设计输出物。

     

    在制药设施工程项目的前期设计中,也包含为药品生产提供溶剂或辅剂(纯化水、注射用水、溶剂等)的系统和支持药品生产的工业工程系统(冷冻水、工业蒸汽、热水、压缩空气等),这主要是根据生产工艺系统的要求,对进行系统能力计算、设备选型、运行计划,并准备管道和仪表流程图(P&ID)、系统描述、用户需求等设计输出物。

    小结

    总之,前期设计为制药企业进行制药设施设计提供重要的决策依据,有助于帮助制药企业进行正确的决策。通过正确的流程和方法进行工艺设计,是制药设施工程项目前期设计的重点。

    本文作者:谢京军