在制药、生物技术和食品加工行业，各种成份被传送、混合、加热和冷却，以确保达到立法者所要求、消费者所认可的产品纯度。可程度降低污染可能的设备规格是必须符合全球一些*严格清洁标准的流体处理系统设计不可或缺的部分。

   大多数污染的根本原因是细菌。存在锐角转角、裂缝、裂痕或某种阻塞物的设备容易受到影响，因为这些不均匀的抛光会造成死角，而细菌会隐藏在那里并繁殖滋生。甚至具有极小突出和凹陷部分的不良表面抛光也可以造成表面上形成一个薄薄的菌层。

     渗漏是另一个污染的源头。有害化学物质可能进入系统并损害各种混合成分。其它可能存在的问题包括过氧化铁蚀或生锈、产生颗粒物以及油和油脂污染。

     要承受就地清洗（CIP）和就地灭菌（SIP）过程中使用的刺激材料—从加热蒸汽到苛性钠和淡酸—而不危及产品完整性或设备本身，流体流动系统必须经久耐用。表面抛光必须严格加以控制并且必须限制死角，使清洗剂可以流到系统各个部分。此流程使清洁过程效率更高、效果更佳。

     聚合物衬里的泵

     对于高纯度流程应用，设计和选择泵的关键是在执行清洁操作并程度降低污染时泵承受高温、高压和腐蚀性液体的能力。泵有各种形状、尺寸和配置可供选择，但对于任何高纯度应用，某些因素都必须保持不变。

     所有与高纯度泵流直接接触的湿润表面必须采用在使用过热蒸汽或其它刺激化学物质进行严格保养期间不会发生腐蚀、锈蚀或产生颗粒物的材料制成。与采用金属合金或玻璃设计的泵相比，采用含氟聚合物（如聚四氟乙烯（PTFE）和全氟烷氧基烷烃（PFA））构造或衬里的泵抗腐蚀能力更强、反应性更低、表面抛光特性更好。研究显示，与不锈钢或其它合金相比，积聚的正常生物膜结构更容易从含氟聚合物中清除。聚合物不会生锈，生成的颗粒物极少，并且天生纯净，消除了其它材料所需的使用电解抛光或钝化方法进行净化的需要。自1968年个全衬里PTFE化工流程泵面世以来，聚合物不断为泵材提供*安全、*具成本效益的解决方案。

      冶金工艺很重要

      为高纯度应用选择阀门的步是选择正确的阀门类型。隔膜阀是*常见的设计选择，其几何形状不会挡住或容纳介质；相反，它可以防止污染和交叉污染并且便于系统清洁。但在某些流程（如发酵、使用无菌蒸汽和冷冻干燥）中，球阀得到优先使用，因为它们可以消除发生灾难性阀座故障的风险。另外，球阀的流量特性更佳，提供更高的压力和温度限制，从而提高系统输出、提高效率并延长使用周期寿命。

      在指定阀门类型之后，冶金工艺和表面抛光准备也许是确保阀门完整性的*重要因素。纯净阀门应采用316L型不锈钢锻造而成，同时对化学物质和表面抛光严格加以控制。铸铁材料更易具有外露凹痕、夹杂物和其它瑕疵，因为其表面抛光随着时间的推移会发生退化。

      应指定阀端连接（称为管道端或管端）的含硫量范围为0.005–0.017%，以符合ASME准则并允许对管孔系统（大多数阀门在此焊接到位）进行洁净、无污染的焊接。将阀门组件中的铁素体水平控制在5%以下，对于防止在高纯度水和蒸汽系统的不锈钢表面上形成铁膜非常重要。一些制造商建议将铁素体浓度控制在1%以下，但这一问题仍在争议当中。许多研究显示，与铁素体浓度相比，过氧化铁蚀问题与金属准备和系统中气体环境含量的关系更为密切。

      在阀门的所有湿润表面上，必须通过电解抛光和钝化等过程对表面抛光严格加以控制。电解抛光方法是指通过金属传递直流电（约5amp），从而以化学方法除去机器表面的高点。钝化是一种化学过程，用于在金属表面上形成氧化铁和氧化铬以提升对水或其它产品的耐化学性。表面粗糙度测量Ra不超过20µin的阀门可程度地减少生物膜结构，而电解抛光可将Ra降低到少于10µin。请记住，电解抛光方法比较昂贵，且并非始终为每项应用所必需。

      阀门组件的内径应当与精确匹配连接管道的管孔尺寸一起选择，以防止阀门中形成积水区或“水坑”。如果形成这些水坑，则会滋生微生物，*终导致形成生物膜结构。阀座应指定为PTFE、TFM、Polyfill或Flurofill，以确保即使在高真空和高周期操作条件下，阀门也可以保持气密性，不会发生腐蚀。

      在安装阀门时，必须确保其不会因制造、运输或*终安装而使任何新污染物传入系统中。要防止出现这个问题，必须在正压力清洁室中装配阀门，使用氦进行测试，采用双层包装并密封阀门，以确保尽可能清洁。

      预先测试密封以确保纯度

      当RegeneronPharmaceuticals公司（纽约州塔利顿）购买一款新哺乳动物生物反应器（一个用于生物发育和反应的容器）时，该公司对于任何重大流程改进抱有同样高的期望。但是，当OEM下插式搅拌器密封设计未能达到流程的无菌要求时，Regeneron遇到了一些问题。内部容器孔无菌是绝对必要的，但是内密封却无法阻止蒸汽进入。结果是：密封件的完整性大打折扣。

      为解决此问题，Regeneron安装了一个定制双重机械密封件，其中第二个密封装置将确保内部容器无菌。并且成功地设计了一款定制型号的双重卡式密封件，直接安装在齿轮箱和生物反应器的安装垫上。在生产的各个阶段，此型号都保持了对清洁蒸汽冷凝物的绝对密封。

      此类实例证明了在纯度和无菌起决定作用时选择正确密封件的重要性。无需车螺纹或开孔的汽封环密封件可程度减少细菌藏身的区域。任何螺纹或锐角转角都会使各大加工厂所采用的清洁程序产生无法到达的死角。在密封件的所有湿润表面上执行电解抛光和钝化过程可轻松地防止完全可能出现的细菌生长和遗留物问题。

      预先测试还有助于保持密封件的完整性，以确保无菌操作。例如，芝加哥一家大型制药公司在实验室使用细菌测试1英寸小型密封件，以确保密封件在投入使用之前符合其纯度标准。

      一些密封件采用完整卡盘制造而成，可对其进行空气静力学压力测试，以在安装前确保完整性。这些类型的预先测试方法确保在制造和*终安装之间不存在任何缺陷和污染。

      请记住，对于高纯度流程中的密封件而言，安全和无菌并非需要关注的问题。某些消费产品具有消费者所熟悉的审美特性，例如阿斯匹林药片的白色。阿斯匹林生产中使用的密封件可能在敷焊硬合金层具有软碳表面磨损，释放出会改变阿斯匹林颜色的黑色炭渣。即使碳是惰性碳并且十分安全，消费者也会对购买变色的阿斯匹林药片觉得不放心。为消除这个顾虑，应始终为此类应用中的洁净密封件指定一个卫生压盖。压盖会过滤出碳分子，而系统将加以收集并将其从中冲洗掉。执行此操作可确保产品始终如一、稳定可靠，既安全又能给客户带来审美愉悦。

      安装CIP或SIP

      不管设备工作情况多好，细菌及其它污染物的形成在任何系统中都是无法避免的。高纯度系统使用批处理和专用清洁系统解决此问题。在批处理期间，制成一定量的产品。接下来，在重新开始生产之前，使用加热蒸汽或淡酸对整个系统进行清洁。此流程防止产品批之间存在任何灰尘和细菌遗留物。常见清洁系统包括CIP和SIP，其中加热蒸汽和淡酸或苛性钠用于将任何污染物从系统中冲洗掉。

      CIP和SIP清洁方法通过预防交叉感染保护公共安全并将纯度保持在可接受水平。它们将阻碍蒸汽成批传送至所有湿润处理表面的污垢除去，从而防止批损失并启用就地灭菌过程。这些清洁方法可以防止当不透水污垢层阻碍在不锈钢上执行钝态金属氧化物表面维护时发生裂缝腐蚀，因此还可以保护设备资本投资。

      为确保无菌，典型清洁周期应包括以下步骤：

      ◆ 使用温和盐溶液预先冲洗以降低污垢量
      ◆ 使用酸洗液溶解沉淀的材料
      ◆ *终冲洗以除去清洗剂的所有痕迹

      保持设备*新

      必须选择针对清洁操作指定的设备以符合美国机械工程师协会（ASME）、美国国家标准协会（ANSI）和标准化组织（ISO）等组织制定的某些标准。在食品和制药应用领域，泵、阀门和密封件还应当遵守美国联邦药物管理局（FDA，华盛顿哥伦比亚特区）规定。

      更具体地说，应指定纯净阀门以符合ASMEBPE（生物制程设备）冶金工艺标准并且应符合美国药典针对阀座材料所用合成橡胶制定的USP6类规范。美国药典形成FDA强制执行的基础。对于高纯度密封件，由3ASanitaryStandards,Inc.组织的制药标准P3-A已获得广泛接受。

      高纯度系统还需要经过验证，这会给公司增加一大笔管理费用，用于交叉参考所有文书工作以及每个设备关键组件的材料测试认证报告（CMTR）。选择按照四个关键可追溯要求在每个设备上包括简化代码的泵、阀门和密封件制造商，由检查员轻松读取和交叉参考，以在耗时的文书工作上节省时间和金钱。

      这些标准和验证要求的目标是在保护消费者安全的同时提高开发、制造和提供产品和服务的效率。不同的应用存在不同的标准，在选择符合这些规定的设备时向专家咨询始终是明智之举。

      受训人员

      指定泵、阀门和密封件系统之后，仍存在关键的性能问题：谁将安装、操作和维护此设备？只有在具备可以确保系统各个部分安全高效运行、受过正确训练的工厂技术人员之后，加工系统才是完整的。通常，达到此效率水平的*有效方法是利用制造商培训计划对现有雇员进行培训。

      没有一个泵、阀门或密封件适合每一项应用。但是，如果由训练有素的技术人员操作合适的泵、阀门和密封件系统，任何工厂都可以满足并超出这些严格的标准，并制造出始终如一、安全纯净的产品。

原创作者：浙江金锋自动化仪表有限公司