图1 废气焚烧炉3D模型

有毒废弃物的焚烧处理是可以替代过滤处理的一种安全可靠的方法。利用CFD流体模拟工具，还可以为废气焚烧炉通过验证提供更多的数据补充。尤其是当检测技术应用受限，并且无需可重复再现的检测结果时，废气焚烧炉就充分地体现出其优越性。

药品生产领域中的某些生产设备，例如药品的蒸气消毒器，能够在特定工艺中排放出一些有毒废气。这些排放出来的有毒废气必须经过无害化处理才能排放到大气环境中去。

在对这些有毒气体进行无害化处理时，有许许多多种方法可供选择。其中最为常用的是过滤技术，通过过滤去除有害细菌、病毒、微生物。另一种常用的方法是在温度高达350℃的焚烧炉中进行干烧。这种焚烧无害化处理的一个优点是：经过一次性的认证检验之后，通过对焚烧过程参数进行监控，能够实现比过滤技术更高的安全可靠性。一旦焚烧过程参数达不到验收指标时，系统直接进入最安全的工作状态：有毒废气自动地再次进入炉中进行干烧。与过滤技术相比较，焚烧技术的一个决定性优点是，它只使用一些已知的、成熟的检测方法，例如水侵入检验。

废气焚烧炉的应用

在药品生产企业还常常遇到一些利用饱和蒸汽消毒的场合——利用不同压力的热蒸汽。之所以如此，一方面是因为要对药品生产过程中所需使用的设备进行消毒，保证无菌（生产过程的安全保护）；另一方面是利用这种方法消灭可能在药品生产过程或研发过程中产生的微生物，并保护操作者的人身安全和生产环境。

废气焚烧炉是一种替代废气过滤设备的系统。该系统可以安装在现有的真空泵和杀菌消毒设备之间。由杀菌消毒压力容器排放出来的废气经真空泵送入废气加热器中。一般情况下，废气被排放到大气环境之前，要在该系统中被加热到350℃以上。大多数情况下，该加热焚烧过程都是在生产设备到建筑物墙壁之间的管道系统中进行的，并把加热焚烧处理后无菌的废气排放到大气环境中。

图2 利用CFD流体模拟工具，可以在整个流动范围内对流量状况以及与其有关的温度状况进行观察和定量分析，而不只是在现场进行检测

当排放出来的有毒废气是由杀菌消毒压力容器中排放出来的时候，可以使用这种废气焚烧炉。为了避免杀菌消毒结束后，排出的废气中仍含有有害成分，正确地操作使用前文提到的蒸汽消毒设备对于操作者的人身安全和环境保护都是至关重要的。

设计和功能

废气焚烧炉有一个带有连接法兰的不锈钢加热容器。进入加热容器，有毒废气按照规定的流动通道经由两个电加热装置流过去。这两个电加热装置把流过去的废气加热到规定的温度（一般大于350℃）。加热控制器对加热温度进行调节和监控以保证加热温度始终保持在规定的波动范围内。若实际温度突破了规定的限制温度，设备直接进入安全状态：关闭阀门，避免有毒气体排放出去。从生物安全危害性的角度出发，也就是要杀死细菌或者病毒，因此有必要将温度保持在一定的水平并持续一定的时间。这些临界参数(温度和持续时间)的设定在原则上应由医药生产企业来决定。但技术上的具体落实则要依靠设备供应商和设计单位，确定所需的保温管道长度和达到标准温度水平所需的加热功率。

按照系统规定的保温时间进行处理后无害废气，经水冷或者其他冷却介质冷却后经真空泵和其他排气管道排放到大气环境中。

可视化监控

一套独立的控制系统可以对废气焚烧炉进行监控和调节。该系统可以毫无问题地与现有设备的控制系统连接在一起，从而也有可能与其他设备或者过程控制系统进行通讯，还可以通过规定接口进行数据交换，这样也就保证了在废气焚烧炉出现故障时，其他设备仍然能够在安全可靠的工况下运行。

所有的过程参数和检测数据都可以实现可视化，可以用明确的文字显示出故障报警的内容和信息，从而使系统操作变得更加简单了。

图3 废气加热焚烧设备的可视化

为了证明废气焚烧炉的杀菌作用、获得完整准确的数据记录，控制系统中包含了过程数据的保存、分类和评估等功能，并能够利用核查跟踪功能连续记录用户的所有操作以及通过多级用户管理保存数据信息。由于这里采用的是自动化的电子数据采集和数据保存，因此该系统满足了GMP药品生产质量管理技术规范附录11和美国FDA CFR Part 11等技术标准和规范要求。该系统是按照第5版良好自动化生产实践指南GAMP 5进行研发设计的，因此能够可靠地保证在整个使用寿命周期中，系统都能够获得一致性。

CFD支持的验证

要保证废气处理的质量，以及成功地利用废气焚烧炉来净化废气，还必须始终准确地分析和理解温度曲线和气流流动曲线。

为了能够分析介质流动的真实过程，可以使用流体模拟工具CFD（计算机流体动态模拟分析软件）。这是一个利用数字计算方法使流动情况可视化、可比较的工具。它在仪器、设备和生产过程的研发、优化过程中有着重要的作用。

与凭经验判断的方法相比较，CFD流量模拟工具可以提供更多的好处。它可以在整个流动范围内对流量状况以及与其有关的温度状况进行观察和定量分析，而不只是在现场进行检测。这样，那些可能出现的漏洞，例如：涡流、死角等，都能被直接识别出来，轻松地推断出问题的原因。

能够方便地进行几何尺寸的修改，这也是另一个重要的优点。CFD可以在计算机上通过模拟来实现，无需进一步的制作样件、进行测试，甚至还要重新设计等等。

小结

利用流量模拟工具可以对Pharmaserv废气焚烧炉的气流分布、温度分布、不同颗粒的持续燃烧时间等进行调节，并对各种燃烧情况后的排气温度进行模拟试验。它也可以准确地确定：何时已经完成了全部燃烧。这也是连续性改进过程参数、保证过程可靠性的一个具有决定性意义的参数。