多效蒸馏 vs. 热压式蒸馏：注射用水制造工艺

制药用水根据药品生产过程中的用途风险，选择不同等级的水。《中国药典》对制药用水的规定及GMP标准对医药工业用水的要求都是非常明确的。注射用水（WFI）广泛应用于配制注射剂、滴眼剂等溶剂或稀释剂，以及容器的彻底清洗。此外，注射用水还用于无菌原料药的精制、无菌药品的调配，以及直接接触药品的包装材料和器具的最终清洗。简而言之，涉及高风险的无菌工艺中必须使用注射用水，以减少污染风险。因此，注射用水的生产工艺是本文讨论的重点。

制造工艺

批量生产WFI的方法有多种。最常见的两种热WFI生产方法是热压蒸馏（Vapor Compression-VC）和多效蒸馏（Multiple Effect Distillation-MED）。虽然这两种方法都能满足药典要求来生产WFI，但在操作原理、能源效率和系统复杂性方面存在明显差异。此外，膜法（UF）生产注射用水也已获得欧美、中国等监管机构的认可，本文对此方法不再详细讨论。

二、热压蒸馏循环是什么？它的工作原理是怎样的？

热压（VC）概念最初是为了解决海水淡化问题而设计的，这是一种蒸馏过程，包含一个蒸发器。进料水在蒸发器内加热沸腾，转变为蒸汽，随后冷凝成注射用水。在进入压缩机之前，蒸汽会经过预热和脱碳的初始加热循环，以去除二氧化碳、氧气及其他溶解气体，这有助于降低腐蚀风险和减少电导率。VC工艺的热经济性和高效性来自于回收潜热，从而省去了使用独立冷凝器所需的冷却水。

当水转变为蒸汽时，蒸汽会被管道捕捉，并输送至除雾器，以去除含固体的液滴。剩余的纯蒸汽在蒸发器管的外部冷凝，最终在管板底部汇集，并由蒸馏泵抽取，通过一个或多个管壳式热交换器进行排放。在VC系统中，给水会经过热交换器进行预热，然后引入蒸汽蒸发器。蒸馏泵将水经过冷却器处理，使其转变为符合要求温度的无菌注射用水（WFI）。通过蒸汽压缩蒸馏技术，可以在高温和环境温度下生产WFI，而无需额外的蒸馏冷却器冷却水。

三、什么是多效蒸馏？

多效蒸馏（MED）过程的名称源于其通过多种“效应”或单元进行水的纯化，通常涉及3至8个效应。工厂产生的蒸汽被输送到第一个效应中，以加热水并生成纯蒸汽。每个效应类似于一个压力容器，形状如管壳式热交换器，具有一个延伸的顶部用于蒸汽分离。此过程依赖自然循环，或上升膜设计，给水沿管道向上流动，同时在外壳侧引入工厂蒸汽。第一个效应在4-5个巴的压力下运行，蒸汽在管道外部冷凝，热量传递给内部的水，从而产生更多的纯蒸汽。最终，由最后一个效应产生的蒸汽会被导入给水冷凝器，利用给水进行冷凝、冷却与加热。MED系统需要一个单独的冷却水冷凝器，其中来自最后效应的纯蒸汽被冷凝，剩余蒸汽则被冷却至指定温度。

MED系统在更高的温度和压力条件下运行，相较于VC系统，因此对给水质量的要求更为严格。每一种影响因素都对最终的WFI水质产生一定的贡献，确保水能够符合质量标准。同时，在排污过程中，需尽量减少水垢的形成。剩余的蒸汽在最冷的温度下冷凝，转变为WFI产品，随后通过泵送至WFI储罐。

四、热压（VC）和多效蒸馏（MED）的优势。

虽然这两种制备工艺都有效，但MED和VC各自具有不同的优势。多效蒸馏长期以来被广泛用于水的纯化，而热压工艺则作为一种替代方法，也有其特定的应用场景。这两种系统均能生产严格控制的注射用水（WFI），通过在自我消毒的温度下运行，确保100%消灭微生物并控制内毒素。经过适当的预处理，它们均可满足药典的相关规定。VC能够在没有冷却水的情况下生产常温的WFI，而MED则能够为单元提供纯蒸汽。具体选择哪种方法，则取决于所需的水量和操作性质。

1、热压工艺的优点

任何蒸馏过程都需要对给水进行一定程度的预处理。然而，热压系统的工作温度低于多效系统，因此对氯化物和二氧化硅的耐受性更强，这些成分在高温环境下可能导致积累和腐蚀。因此，热压系统可以在经过软化处理后直接使用给水，而多效蒸馏设备则需要先进行反渗透和脱氯处理。

热压系统的优势之一是它的热效率较高，从而减少了工厂对蒸汽和冷却水的需求，因为该过程能够回收潜热，降低了对独立冷凝器的需求。此外，热压蒸馏系统能够在不需要冷却水的情况下，生产热水和常温的无热源注射用水（WFI），通过增加一些额外的冷却器，可以在比进水温度高约25度的条件下进行生产。这种灵活性使得VC蒸馏器可以满足不同温度下WFI生产的要求。

在这两种系统中，热压系统通常具有更高的效率。它们能够持续重复利用产生的热量，而在蒸馏前去除的纯净液滴则会被返回给水进行再次处理。由于其热效率高且预处理要求较少，这通常会降低运营成本。此外，热压工艺的另一个优点是能够同时生产热WFI和常温WFI。

此外，VC系统相比于多效蒸馏系统，占地面积更小，这能有效节省大量空间和相关设施的房地产费用。

2、多效蒸馏的优点

多效蒸馏（MED）特别适合较小规模的无菌水（WFI）系统，因为它能够利用工厂蒸汽同时生产WFI和纯蒸汽。这一双重生产能力对需要在同一时间内获得纯蒸汽和WFI的设施非常有益。尽管在某些方面的效率可能不如真空（VC）系统，但MED设备也有其独特的优势。它的活动部件虽然较多，但实际使用的电力较少，因为不需要压缩机进行驱动。此外，MED的模块化设计允许工厂根据需求选择系统的规模，像三效蒸馏这样的较小单元能够减少初期投资。MED的一个独特优点是可以利用第一效进行蒸汽的净化。一些MED设计充分利用了这一点，使用户可以同时生产WFI和纯蒸汽，甚至可以从多效系统中释放出纯蒸汽。MED系统确保了出水质量的稳定，并且通过增加更多的蒸发效应来降低能耗，从而提高了整体效率。虽然MED系统需要独立的冷凝器和冷却水，以实现有效的冷凝和过冷，但由于其较少的活动部件，所需电力和维护需求都较低。尽管基于重力的给水系统可能占用更多空间，但这些特点使MED成为满足特定蒸汽生成和质量保证需求的设施的理想选择。

五、热压（VC）与多效蒸馏（MED）的操作要求比较

在比较热压（VC）与多效蒸馏（MED）以满足工作需求时，多个因素会影响选择，包括给水的质量、容量需求、公共事业成本和基础设施等。通常情况下，VC系统的初期投资较高，但其运营费用较低，尤其是在生产冷WFI时。然而，当比较多效和更大产量的MED单元时，二者之间的差异会明显缩小。对于那些对纯净水输出量要求不高且更注重占地面积的设施而言，每单位WFI成本的增加可能是合理的，因为MED系统更符合其操作需求。

在比较VC与MED时，另一个重要因素是可用水源的质量与成分，因为这会显著影响各自系统的预处理需求。VC系统在中到大流量操作中更具经济性，预处理要求较低，且占地面积较小，可以有效节约空间和成本。而MED系统则更适合较小的WFI流量需求，同时可生产WFI和纯蒸汽。在选择VC或MED时，需考虑给水水质、系统容量、公共事业成本以及基础设施的可用性等因素。

运营成本，包括资本支出、公用事业费用和维护开支，也是重要的考量因素。最终，这两种技术均符合WFI的质量标准，因此决策应基于对总体拥有成本和特定场地限制的综合分析。