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Life Cyle Assessment Based Environmental Performance Comparison of Batch and Continuous Processing: A Case of 4-d-Erythronolactone Synthesis
Organic Process Research & Development ( IF 3.1 ) Pub Date : 2016-10-28 00:00:00 , DOI: 10.1021/acs.oprd.6b00275 Cher Kian Lee 1 , Hsien Hui Khoo 2 , Reginald B. H. Tan 1
Organic Process Research & Development ( IF 3.1 ) Pub Date : 2016-10-28 00:00:00 , DOI: 10.1021/acs.oprd.6b00275 Cher Kian Lee 1 , Hsien Hui Khoo 2 , Reginald B. H. Tan 1
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Continuous processing, as a form of process intensification, is one of the keys of green engineering research and development in the pharmaceutical industry. It has the potential to reduce solvent use and cost of production as well as increase production quality and operational safety. In light of the increased research interest surrounding continuous processing, the goal of this work is to compare the environmental performances of batch (BP) and continuous (CP) processing of 4-d-erythronolactone (4-DEL) at pilot plant scale as case study. The processing systems are evaluated using green chemistry metrics and a cradle-to-gate life cycle assessment (LCA). The processing serves as the case study for this article’s goal. The LCA system boundary includes raw material extraction, transportation, synthesis of 4-DEL (as part of primary pharmaceutical manufacturing), equipment cleaning, plant utilities, and off-site waste management. In order to obtain life cycle inventories to support the LCA study of the BP and CP systems, a modular approach is taken to address their differences. As part of a modular approach, theoretical production campaigns are constructed for the production scale of 49.6 kg of 4-DEL within 5 days; the campaigns account for the time-bounded activities which affects the overall rate of production. The analysis shows that, under the assumptions used, using continuous processing for 4-DEL production has a lower environmental burden compared to batch mainly due to less equipment cleaning and a smaller plant footprint. This is reflected in a 30.1% lower cumulative mass intensity and reductions of various life cycle impacts such as global warming potential (−57.5%), human toxicity (−9.37%), and water depletion index (−41.7%). Sensitivity analysis on equipment cleaning and the consideration of various end-of-life waste treatment options illustrates the need to include them in the system boundary for a fair comparison between batch and continuous.
中文翻译：
基于生命周期评估的间歇和连续加工的环境性能比较：以4-d-乙内酯合成为例
作为过程强化的一种形式，连续处理是制药行业绿色工程研究与开发的关键之一。它具有减少溶剂使用和生产成本以及提高生产质量和操作安全性的潜力。鉴于围绕连续处理的研究兴趣不断提高，这项工作的目的是比较4 d的分批处理（BP）和连续处理（CP）的环境性能。研究中试规模的赤藓内酯（4-DEL）。使用绿色化学指标和从摇篮到大门的生命周期评估（LCA）对处理系统进行评估。处理作为本文目标的案例研究。LCA系统范围包括原料提取，运输，4-DEL的合成（作为初级药物制造的一部分），设备清洁，工厂设施和异地废物管理。为了获得生命周期清单以支持BP和CP系统的LCA研究，采取了模块化方法来解决它们之间的差异。作为模块化方法的一部分，建立了理论上的生产活动，以在5天内达到49.6千克4-DEL的生产规模；这些活动会影响有时限的活动，从而影响整体生产率。分析表明，在使用的假设下，与批量生产相比，使用4-DEL生产进行连续加工的环境负荷较小，这主要是由于较少的设备清洁工作和较小的工厂占地面积。这反映在累计质量强度降低了30.1％以及各种生命周期影响（例如全球变暖潜能（−57.5％），人类毒性（−9.37％）和耗水指数（−41.7％））的降低上。对设备清洁的敏感性分析以及对各种报废废物处理方案的考虑表明，有必要将它们纳入系统边界，以便在批处理和连续处理之间进行合理的比较。与批量生产相比，使用连续加工进行4-DEL生产具有较低的环境负担，这主要是由于较少的设备清洁和较小的工厂占地面积。这反映在累计质量强度降低了30.1％的同时，各种生命周期影响的降低，例如全球变暖潜力（−57.5％），人类毒性（−9.37％）和耗水指数（−41.7％）。对设备清洁的敏感性分析以及对各种报废废物处理方案的考虑表明，有必要将它们纳入系统边界，以便在批处理和连续处理之间进行合理的比较。与批量生产相比，使用连续加工进行4-DEL生产具有较低的环境负担，这主要是由于较少的设备清洁和较小的工厂占地面积。这反映在累计质量强度降低了30.1％的同时，各种生命周期影响的降低，例如全球变暖潜力（−57.5％），人类毒性（−9.37％）和耗水指数（−41.7％）。对设备清洁的敏感性分析以及对各种报废废物处理方案的考虑表明，有必要将它们纳入系统边界，以便在批处理和连续处理之间进行合理的比较。
更新日期：2016-10-28
中文翻译：
基于生命周期评估的间歇和连续加工的环境性能比较：以4-d-乙内酯合成为例
作为过程强化的一种形式，连续处理是制药行业绿色工程研究与开发的关键之一。它具有减少溶剂使用和生产成本以及提高生产质量和操作安全性的潜力。鉴于围绕连续处理的研究兴趣不断提高，这项工作的目的是比较4 d的分批处理（BP）和连续处理（CP）的环境性能。研究中试规模的赤藓内酯（4-DEL）。使用绿色化学指标和从摇篮到大门的生命周期评估（LCA）对处理系统进行评估。处理作为本文目标的案例研究。LCA系统范围包括原料提取，运输，4-DEL的合成（作为初级药物制造的一部分），设备清洁，工厂设施和异地废物管理。为了获得生命周期清单以支持BP和CP系统的LCA研究，采取了模块化方法来解决它们之间的差异。作为模块化方法的一部分，建立了理论上的生产活动，以在5天内达到49.6千克4-DEL的生产规模；这些活动会影响有时限的活动，从而影响整体生产率。分析表明，在使用的假设下，与批量生产相比，使用4-DEL生产进行连续加工的环境负荷较小，这主要是由于较少的设备清洁工作和较小的工厂占地面积。这反映在累计质量强度降低了30.1％以及各种生命周期影响（例如全球变暖潜能（−57.5％），人类毒性（−9.37％）和耗水指数（−41.7％））的降低上。对设备清洁的敏感性分析以及对各种报废废物处理方案的考虑表明，有必要将它们纳入系统边界，以便在批处理和连续处理之间进行合理的比较。与批量生产相比，使用连续加工进行4-DEL生产具有较低的环境负担，这主要是由于较少的设备清洁和较小的工厂占地面积。这反映在累计质量强度降低了30.1％的同时，各种生命周期影响的降低，例如全球变暖潜力（−57.5％），人类毒性（−9.37％）和耗水指数（−41.7％）。对设备清洁的敏感性分析以及对各种报废废物处理方案的考虑表明，有必要将它们纳入系统边界，以便在批处理和连续处理之间进行合理的比较。与批量生产相比，使用连续加工进行4-DEL生产具有较低的环境负担，这主要是由于较少的设备清洁和较小的工厂占地面积。这反映在累计质量强度降低了30.1％的同时，各种生命周期影响的降低，例如全球变暖潜力（−57.5％），人类毒性（−9.37％）和耗水指数（−41.7％）。对设备清洁的敏感性分析以及对各种报废废物处理方案的考虑表明，有必要将它们纳入系统边界，以便在批处理和连续处理之间进行合理的比较。
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