2010.09.10.
Környezetbarát és katalitikus folyamatok (oldószerek) Simándi Béla BME Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék
[email protected]
Az előadás vázlata • Oldószerválasztás a gyógyszeriparban • Élelmiszeriparban engedélyezett oldószerek • Esettanulmányok
Az oldószer felhasználás a gyógyszergyártásban • Food and Drug Administration - FDA (USA) • European Medicines Agency – EMEA (EU)
1
2010.09.10.
Az oldószerek osztályozása • Cím: ICH Topic Q 3 C (R4) Impurities: Residual solvents • Hivatkozás: CPMP/ICH/283/95 • A rövidítések: ICH: International Conference on Harmonization CPMP: Committee for Propriatory Medicinal Products
1. csoport: el kell kerülni a használatukat Oldószer
Határérték (ppm)
Hatás
Benzol
2
Karcinogén
Széntetraklorid
4
Mérgező és környezetszennyező
1,2-Diklóretán
5
Mérgező
1,1-Diklóretén
8
Mérgező
1,1,1-Triklóretán
1500
Környezetszennyező
2. csoport: korlátozottan lehet használni Oldószer
Megengedett napi kitettség (mg/nap)
Határérték (ppm)
Acetonitril Klórbenzol Kloroform Ciklohexán 1,2-Diklóretén Diklórmetán 1,2-Dimetoxietán N,N-Dimetilacetamid N,N-Dimetilformamid 1,4-Dioxán 2-Etoxietanol Etilén-glikol Formamid Hexán
4,1 3,6 0,6 38,8 18,7 6 1 10,9 8,8 3,8 1,6 6,2 2,2 2,9
410 360 60 3880 1870 600 100 1090 880 380 160 620 220 290
2
2010.09.10.
2. csoport: folytatás Oldószer
Megengedett napi kitettség (mg/nap)
Határérték (ppm)
Metanol 30 2-Metoxietanol 0,5 Metilbutil-keton 0,5 Metilciklohexán 11,8 N-Metilpirrolidon 48,4 Nitrometán 0,5 Piridin 2 Szulfolán 1,6 Tetralin 1 Toluol 8,9 1,1,2-Triklóretén 0,8 Xilén* 21,7 * álltalában 60% m-xilén, 14% p-xilén, 9% o-xilén with 17% etil benzol,
3000 50 50 1180 4840 50 200 160 100 890 80 2170
3. csoport: mérgezés veszélye kicsi
Ecetsav
Izopropil-benzol
Heptán
2-Metil-1-propanol
Aceton
Dimetilszulfoxid
Izobutil-acetát
Pentán
Anizol
Etanol
Izopropil-acetát
1-Pentanol
1-Butanol
Etil-acetát
Metil-acetát
1-Propanol
2-Butanol
Etil-éter
3-Metil-1-butanol
2-Propanol
Butil-acetát Terc-butilmetiléter
Etil-formát
Metiletil-keton
Propil-acetát
Hangyasav
Metilizobutil-keton
Tetrahidrofurán
GMP technológiában használhatók
4. csoport: mérgező tulajdonságuk kevéssé ismert 1,1-Dietoxipropán
Metil-izopropil-keton
1,1-Dimetoximetán
Metil-tetrahidrofurán
2,2-Dimetoxipropán
Petróleum éter
Izooktán
Triklórecetsav
Izopropil-éter
Triflórecetsav
3
2010.09.10.
Élelmiszereknél használható oldószerek • European Comission directive 88/344/EEC • Magyar Élelmiszerkönyv 1-2-88/344
GMP technológiákban korlátlanul használható oldószerek Gázok
Folyadékok
propán
etil-alkohol2
bután
etil-acetát
szén-dioxid
aceton1
dinitrogén-oxid
víz2
1 Az
aceton nem használható olívatörkölyből készült olaj finomítására. etanol és a víz (amely savassága vagy lúgossága beállítására szolgáló anyagot is tartalmazhat) extrakciós oldószerként korlátozás nélkül használható.
2 Az
Extrakciós oldószerek élelmiszerek és élelmiszer adalékok előállítására Név
Felhasználás
Termékekben megengedett maradék
hexán1
Zsírok és olajok előállítása frakcionálása, kakaóvaj előállítása; Fehérjék, lisztek, darák zsírmentesítése; Zsírmentes gabonacsírák előállítása
1 mg/kg zsírokban, olajokban, kakaóvajban; 10 mg/kg az élelmiszerekben, amelyek a zsírmentes fehérjét, lisztet tartalmazzák; 30 mg/kg a zsírmentes szója termékekben; 5 mg/kg a zsírmentes csírában
metil-acetát
Koffeinmentesítés, izgató és keserű anyagok eltávolítása kávéból és teából; Cukor kinyerése melaszból
20 mg/kg kávé ill. tea; 1 mg/kg cukor
etil-metil-keton2
Zsírok és olajok frakcionálása; Koffeinmentesítés, izgató és keserű anyagok eltávolítása kávéból és teából
5 mg/kg zsír ill. olaj; 20 mg/kg kávé ill. tea
diklór-metán
Koffeinmentesítés, izgató és keserű anyagok eltávolítása kávéból és teából
2 mg/kg pörkölt kávé; 5 mg/kg tea
4
2010.09.10.
Extrakciós oldószerek természetes ízesítők és aromák kinyerésére Név
A megengedett maradék az élelmiszerben, amelyben a kivonatot felhasználják
dietil-éter
2 mg/kg
hexán1
1 mg/kg
ciklohexán
1 mg/kg
metil-acetát
1 mg/kg
bután-1-ol
1 mg/kg
bután-2-ol
1 mg/kg
etil-metil-keton1
1 mg/kg
diklór-metán
0,02 mg/kg
propán-1-ol
1 mg/kg
1,1,1,2-tetrafluor-etán
0,02 mg/kg
Extrakciós oldószerek fizikai-kémiai jellemzői Név
n-hexán
CAS-szám
110543
izohexá n 107835
etilalkohol 64176
izopropil -alkohol 67630
etilacetát 141786
aceton 67641
Képlet
C6H14
C6H14
C 2H 6O
C 3H 8O
C4H8O2
C 3H 6O
Móltömeg
86,18
86,18
46,07
60,11
88,11
58,08
Sűrűség, kg/m3
671
653
785
818
902
791
Olvadáspont, °C
-95
-154
-130
-89
-84
-94
Forráspont, °C
68,7
62
78,4
82,4
77
56
-7
12
12
-3 - 0
-17 – (16) 538
Lobbanáspont, °C -23 Öngyulladás, °C
260
264
425
400
460
Robbanási határ, (V/V)%
1,2 – 7,7
1,2 - 7
3,3 – 19,0
2,5 – 12,0
2,3 – 11,4
2,2 - 13
Párolgáshő, kJ/kg 334,5
324,1
854,1
667,0
430,8
512,3
Fajhő, kJ/kgK
2,23
2,23
2,55
2,50
2,13
2,14
Oldhatóság vízben1
nem
nem
old.
old.
korl.
old.
Esettanulmányok • Christ C. (Hoechst AG): Chem. Tech. Europe, 19-25 (1996)
5
2010.09.10.
6
2010.09.10.
Köszönöm a figyelmüket!
Illékony szerves vegyületek emissziójának csökkentése
Székely Edit
7
2010.09.10.
Az előadás vázlata • EU direktíva • Oldószerek helyettesítése • Esettanulmányok • Emisszió szabályozás • Esettanulmányok
VOC (volatile organic compound) direktíva A TANÁCS 1999/13/EK IRÁNYELVE (1999. március 11.) a szerves oldószerek egyes tevékenységeknél és berendezésekben történő felhasználása során keletkező illékony szerves vegyületek kibocsátásának korlátozásáról
Jellemző tevékenységi körök • • • • • •
Ragasztás (cipő, laminálás, stb.) Festés (fa, fém, járműipar stb.) Nyomdaipar Tisztítás (felületek, ruházat stb.) Gumiipar Növényi olaj és állati zsír előállítás, finomítás • Gyógyszeripar
8
2010.09.10.
Előírt tevékenységek • A diffúz kibocsájtási határértékek betartása új és meglevő készülékek esetén (technológiafüggő határértékek!, szén-ekvivalensre vonatkoztatva) • Monitoring • Oldószermérleg készítése
Gyógyszeripar The activity „manufacturing of pharmaceutical products‟ is defined as synthesis, fermentation, extraction, formulation and finishing of pharmaceutical products and where carried out at the same site, the manufacture of intermediate products. The SE Directive covers installations in which this activity is taking place with an an-nual organic solvent consumption greater than 50 t.
Nagy oldószer igényű tevékenységek a gyógyszeriparban • Szintézisek oldószerei (pl. etanol, metanol, izopropanol, metilén-klorid) • Fermentáció (a termék kivonása extrakcióval) • Kivonás (pl. etanol, metanol, toluol, heptán) • Szárítás, keverés, granulálás stb. • Filmbevonás (pl. etanol, metanol, izopropanol, metilén-klorid) • Készülékek tisztítása (pl. metanol) • Emissziós pont lehet még a tárolási hely.
9
2010.09.10.
Oldószerek helyettesítése • Speciális csökkentési kötelezettség a CMR (karcinogén, mutagén, reprodukciót befolyásoló oldószerekre) • Bevezethető VOC mentes helyettesítések: – Szintézis, extrakció (technológiai, GMP, iparjogvédelmi korlátok lehetnek). – A készülékek vizes alapú tisztítása – Filmbevonás (technológiai korlátok lehetnek, de vizes és apoláris technológiák is elérhetőek)
Emisszió csökkentés 1. • Kondenzáltatás (oldószer újrafelhasználás lehetséges) • Kirogén kondenzáltatás (értékes oldószerek esetén) • Oldószer újrafelhasználás (gyáron belül vagy specializált cégeknél) • Adszorpció • Abszorbció
Emisszió csökkentés 2. • Égetés (már 1-2 g VOC / Nm3 önfenntartó lehet, jell. 800 °C körül) • Katalitikus oxidáció (250-300 °C, fix oldószerterhelésnél célszerű) • Bio-oxidáció • Technológiai fejlesztések (helyi elszívás, nagyobb koncentráció, szivárgásmentesítés stb.) • Szervezési lépések (batch szám csökkentése, oldószeráram nyomonkövetése stb.)
10
2010.09.10.
Növényolaj gyártás >10 t/év • Kibocsájtási határértékek: Állati zsír: 1,5 kg/t; Ricinus: 3 kg/t; Repcemag: 1 kg/t; Napraforgómag:1 kg/t; Szójabab (normál őrlés, sajtolás): 0,8 kg/t; Szójabab (fehér pelyhes üledék): 1,2 kg/t; Egyéb magvak és növényi anyagok: 3 kg/t (4) (4) A teljes kibocsátási határértéket olyan berendezésekre, amelyek adagonként dolgozzák föl a magvakat illetve egyéb növényi anyagokat, az illetékes hatóság minden esetet külön vizsgálva, a legjobb elérhető technológia alapján állapítja meg.
Hexán tartalom
11
2010.09.10.
A hexán helyettesítése • Mind egészségügyi, mind környezetvédelmi szempontból indokolt lenne a hexán kiváltása, de egyelőre csak nagyobb értékű olajoknál gazdaságos • Megvalósítható alternatív eljárások: – Szuperkritikus szén-dioxidos extrakció – Enzimes sejtfalbontást követő vizes extrakció – Ultrahanggal segített feltárás – Ozmotikus sokk
Emisszió csökkentés • Kondenzáltatás, elnyeletés • Oldószer újrafelhasználás (gyáron belül) • Technológiai fejlesztések (helyi elszívás, szivárgásmentesítés stb.) • Szervezési lépések (pl. oldószeráram nyomonkövetése)
Vegytisztítás • A leghatékonyabb eljárás perklóretilént alkalmaz. Megfelelő oldószer-visszaforgatás esetén az emisszió 10g/kg-ig csökkenthető (20 g/kg a határérték) • Folyékony szilikonos technológia (dekametilciklopentasziloxán: jelentős VOC kibocsájtás, de 2-3 nap alatt lebomlik) • Szén-hidrogén alapú technológia (n- és iparaffinok) • Szén-dioxidos eljárás
12
2010.09.10.
Összefoglalás • A VOC kiváltás módja egyedi lehet csak • Az emisszió csökkentésnek vannak általános módjai – Gondos technológia management – Anyagáramok nyomonkövetése – A környezet felé irányuló áramok leválasztása
• Végső soron mindez gazdasági kérdés is.
13
