De éénstaps enzymatische omzetting van cefalsporine C naar 7-aminocefalosporine

FVO Nr.

Fabrieksvoorontwerp

Vakgroep Chemische Procestechnologie

Onderwerp:

De éénstaps enzymatische omzetting van

cefalosporine C naar 7 -aminocefalosporine

Auteurs

Arjan Bijman (015-560062)

Patriek Hoogendijk (015-571593)

Voorwoord

Tijdens het zoeken naar een geschikt onderwerp voor het fabrieksvoorontwerp besloten wij ons in iets anders te verdiepen dan een petrochemisch proces. Wij hebben toen met behulp van professor Duine verschillende bedrijven aangeschreven op zoek naar een origineel onderwerp. Na een aantal opties te hebben bekeken, is ons oog gevallen op de

"éénstaps enzymatische omzetting van cefalosporine C naar 7-aminocefalosporine zuur"; een opdracht van DSM.

Na ongeveer een maand diep in de literatuur te zijn gedoken en met mensen van verschil-lende bedrijven te hebben gesproken, kwamen wij tot de conclusie dat er, afgezien van wat patentliteratuur , eigenlijk zeer weinig bekend was over dit onderwerp. Desalniettemin zijn wij hard aan het werk gegaan om een zo realistisch mogelijk proces-ontwerp te maken. Hoewel het voorgestelde ontwerp theoretisch van aard is, denken wij dat het een goede indruk geeft van het proces, de problemen en de eventueel bijbehorende oplossin-gen.

Zonder een aantal mensen zouden er echter 60 lege bladzijden voor u liggen en daarom wilden wij de heren dr. W. van den Tweel (DSM Research), dr. J. Verweij (Gist-Broca-des), prof. dr. ir. J.A. Duine en dr. ir. A.J.J. Straathof (beiden TU Delft, faculteit STM) hartelijk bedanken voor hun kennis, advies en hulp bij het opstellen van dit ontwerp.

Samenvattinl:

Dit fabrieksvoorontwerp (FVO) is gemaakt in opdracht van de TU Delft en de firma DSM Research te Geleen.

In dit FVO is de produktie van 7-aminocefalosporine zuur uit cefalosporine C via een éénstaps omzetting met behulp van cefalosporine C-amidase bekeken.

Twee produktie strategieën zijn hierbij overwogen;

Ten eerste batchgewijze produktie bij dusdanig lage concentratie cefalosporine C (Cef C), dat scheiding van Cef C en reactieprodukten overbodig wordt. Bij lage concentratie Cef C is de evenwichtsligging gunstig voor de vorming van 7 -amino-cefalosporine zuur (7-ACA).

Ten tweede batchgewijze produktie bij maximale concentratie cefalosporine C, zodat de kosten van het geïmmobiliseerde enzym per cyclus dalen. Een extra scheidingsstap is dan nodig.

Het eerste bleek economisch onhaalbaar, vanwege de hoge kosten van het geïmmobiliseer-de enzym voor een geïmmobiliseer-dergelijke reactor. Het tweegeïmmobiliseer-de bleek een betere optie. De grondstof-kosten worden bepalend voor economische haalbaarheid van het ontwerp. Een kleiner reactievolume, kleinere scheidingskolommen en een kortere reactietijd zijn ook gunstig voor de kostprijs van ontwerp.

7-ACA wordt in een 1 m3 _{batch-reactor geproduceerd (T}

₌

_{37 'C, pH}

₌

_{8). Hierna} wordt de niet-gereageerde Cef C en het bijprodukt D-2-aminoadipine zuur (AA) afge-scheiden in twee in serie-geschakelde anionwisselaars (Amberlite IRA-900) en worden 7-ACA en AA bij een lage temperatuur (8 . C) en pH (2-3) geprecipiteerd. Op deze wijze wordt 138 ton 7-ACA/jaar geproduceerd. Alle berekeningen zijn uitgevoerd met behulp van het spreadsheet-programma "Quattro Pro 5".

Het investeringsbedrag voor dit ontwerp bedraagt ft. 8.591.250. Gaat men uit van een volledige produktie en afzet dan is de winst (voor belasting) ft. 3.963.898 zolang de huidige marktprijs gehandhaafd blijft. De "return on investment" en "internal rate of return" zijn respectievelijk 30,0 % en 28,6 %, eveneens bij een volledige produktie en afzet.

In de huidige vorm en op dit moment is het ontwerp rendabel, maar gezien de theoreti-sche vorm van het ontwerp en zijn marktprijs-gevoeligheid, is het niet onwaarschijnlijk dat een reële uitvoering van het ontwerp niet meer rendabel is.

InhoudsoPl:ave

Inleiding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Chemische produktie van 7-ACA en ontwikkelingen naar enzymatische omzettingen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Tweestaps chemisch-enzymatische produktie van 7-ACA . . . 15

Oxidatieve de-aminering van cefalosporine C tot GL-7-ACA . . . 15

Enzymatische de-acylering van GL-7-ACA tot 7-ACA . . . 15

Tweestaps enzymatische produktie van 7-ACA 17 Eénstaps enzymatische produktie van 7-ACA . 19 Kinetiekmodel ten bate van het reactorontwerp 23 Invloed van de reactiecondities op het kinetiekmodel en het ontwerp . . . . 23

Reactorontwerp . . . .. . . 29

Scheiding van de produkten . . . 33

Cef C-kolom . . 33 AA-kolom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . 35 Precipitatie .37 Filtratie .. .39 Procesregeling . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Reactorsectie . . . . . . . . .41 Scheidingssectie . . . . . . . . . . . . . . . Kristallisator sectie . . ~ . . . . . . . . . . Filtratie sectie . . . . . . . . . . . · . . . .. .. 41 · . . . .. ..43 · . . . .. ..43 Financiën . . . 47 Investeringen . . . 47

De "factor-methode" van Lang . . . 47

De methode van Taylor . . . 47

Kosten . . . 49 Totale produktiekosten . . . . . . . . 49 Investeringsgebonden kosten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 Loonafhankelijke kosten . . . 53 Baten . . . 55 Resultaten rekening . . . .. . . 55 Economische criteria . . . 55

Return on investment (ROl) 55 Internal rate of return (IRR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

Literatuur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

Bijlage 1 Simulatie van grafiek in het japanse artikel met behulp van PSI/c . . . . 69

Model FVO KlN1.PSM . . . 71 Model FVO KlN2.PSM . . . 72 Model FVO KlN3.PSM . . . 73 Model FVO KlN4.PSM . . . 75 Model FVO KlN5.PSM . . . 76 Model FVO KlN6.PSM . . . 78 Model FVO KlN7.PSM . . . 79 Bijlage 2 Chemiekaarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

Bijlage 3 Reactorontwerp bij lage cefalosporine C concentratie . . . . . . . . . . 81

Bijlage 4 Uiteindelijke reactorontwerp en fabrieksvoorontwerp bij maximale oplosbaarheid van cefalosporine C . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

Reactor . . . 82 Scheiding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 Precipitatie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 Filters . . . 85 Apparaatkosten . . . 86 Grootheden . . . 87

Bijlage 5 Flowsheet uiteindelijke fabrieksvoorontwerp . . . . . . . . . . . . . . . 88

Bijlage 6 HAZOP-analyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

Figuur 1 [cePhalosporin C] Ferment.at.ion

~

• H2N 11 NH

-r-î'si

I

Cephalosporin C

I

C02H 0 J--N~CH20AC ... 0

~

C0₂H [ Chemical OeaCYlat.ionj

i

1 'd' o 0

n

P C , Pyrl. l.ne Process:Im~noet.her

«

5 met.hod ?" I N I=N-r-(~S :::,... I CO C i ) - - N -:;:; CH,OAc 17 - ACAI 0 1 0

?

co R I o I R iCH30H, H+ H~NilSÎ o)--NrCH20AC C02H

Produktie van 7-Aminocefalosporine zuur (7-ACA) via chemische de-acy lering 0 [3)

Inleidin2

In 1929 werd Penicilline GinPenicilium notatum door de bioloog Fleming gevonden. Deze stof zorgde voor een revolutie in de chemotherapie tegen pathogene micro-organis-men. Tegenwoordig worden de f3-lactam antibiotica (zoals penicillines en cefalosporines) het meest gebruikt in de medische wereld. Dit type antibiotica heeft een hoogstaande inhiberende werking op de bacteriële celwandsynthese, een breed spectrum van anti-bac-teriële activiteit, lage toxische eigenschappen en een zeer goede werking tegen verschil-lende stammen (DNA/RNA coderingen), die inmiddels resistent zijn tegen de oorspronke-lijke penicillines.

Veel van deze componenten worden bereid door de acylering van 6-aminopenicilline zuur (6-APA), 7-aminodesacetoxycefalosporine zuur (7-ADCA) en 7-aminocefalosporine zuur (7-ACA).

7-Aminocefalosporine zuur (3-[(Acetyloxy)-methyl]-7 -amino-8-oxo-5-thia-l-azabicy-clo[4.2.0]oct-2-ene-2-carboxylic acid = 7-ACA) is een zeer bruikbaar intermediair in de produktie van belangrijke semi-synthetische cefalosporines, zoals cefaloglycine en

cefalotine met medische toepassingen.

Chemische produktie van 7-ACA en ontwikkelina:en naar enzymatische omzettina:en Tegenwoordig wordt ongeveer 1000 ton 7-ACA per jaar op industriële wijze geprodu-ceerd. Dit wordt voornamelijk gedaan door de chemische de-acylering van cefalosporine C (Cef C) met behulp van de iminoether methode (figuur 1).[31

Uit milieutechnologisch oogpunt is deze produktiewijze niet verantwoord. Ook om proces-technologische en economische redenen is het chemische de-acyleringsproces niet gunstig. Nadelen zijn:

Zeer zuivere Cef C is nodig als grondstof. Veel moeilijke reactiestappen.

Lage reactietemperaturen van -40°C tot -60°C. Lange reactietijd.

Gevaarlijke reagentia nodig, zoals fosforpentachloride, nitrosylchloride en pyridi-ne. Deze zijn na de reactie moeilijk te verwijderen.

Belasting van het milieu met chemische afvalstoffen.

Hierdoor zijn dure veiligheids- en energievoorzieningen nodig, evenals strenge eisen in relatie tot het milieu. De chemiekaarten[lll van de reactanten zijn opgenomen in Bijlage 2. Verder zijn door het grotere aantal stappen (dan in nieuwere produktietechnieken) meer reactoren nodig, wat leidt tot hogere kosten aan apparatuur.

tweestaps proc~~ van Cef C. Nadat een enzym was gevonden, dat de omzetting van Cef C in 7B-(4-carboxy-butanamido)cefalosporine zuur (GL 7-ACA) (in geringe mate) kataly-seert, werd gezocht naar een enzym dat GL 7-ACA omzet in 7-ACA. De vondst van dit enzym leidde tot het huidige proces bij Asahi. Een eerste chemische de-acyleringsstap verdiende de voorkeur boven een enzymatische stap vanwege economisch voordeel. [3]

Vervolgens is men op zoek gegaan naar een tweestaps enzymatisch proces, zodat in de eerste stap het gebruik van milieubelastende reactanten achterwege kan blijven. Bovendien zouden kosten kunnen dalen door gebruik van minder en eenvoudiger apparatuur. Hiertoe is gezocht naar een actief enzym, een D-aminozuur oxidase, dat de omzetting van eef C naar GL 7-ACA snel genoeg katalyseert. In 1992 is bij Boehringer Mannheim in Duits-land een pilot plant gebouwd op dit principe. Het proces staat op het punt gecommerciali-seerd te worden. [8]

IcePhalosporin cl ~ D-Amino acid oxidase' NH

or 1 N # CHlOAc

Chemical Deaminat.ion 0

1

Enzymat.ic Deaminat.ion HOlC ~

co -

NH

n)-S

Glyoxylic acid ~ COlH

. rl K-e-t"'""""-o-c-p-C'I HOlC-[O CO-NH 5

1

Decarboxylat.ion

onJ

CHlOAc

"2°2

-r

IGlutarYl 7-ACA

I

~ COlH

r

Î HOlC CO-NI-i--r---:""S,

1

Enzymat.ic Deacylat.ion GL 7-ACA amidase" .

OJ-~

y

CH

1

0AC

C01H 17 -ACAI _{H1N ; - ( S,}

• Tor .. ifTonopus.is "dr.idD.i.l.is CBS 4095

Fusdr~'um so.ldn.i ~-0718 ~'!---N ~CH10Ac o

!

*' ,.. PseudoRlonas sp. GK-16 COlH Figuur 2 Figuur 3

Oxidatieve de-aminering van Cefalosporine C en route naar omzetting tot 7-ACA.[31 7-ACA pH 7 Subst.rat.e Succinyl 7-ACA (CH₂-21 Glut.aryl 7-ACA (CH₂-31 Glut.aryl 7-ADCA(CH₂-31 Adipyl 7-ACA (CH₂-41 C:ephalospo:_in C Relat.ive act.ivit.y('\l 4 100 95 4 o

Omzetting naar 7-ACA met, en substraatspecificiteit van GL 7-ACA

amidase uit Pseudomonas sp. GK-16P]

Immobilized Enzyme Column r - - - i - +---r~---IGL 7-ACAI 15~25·C S.V.=lO ! ;---Q pH Controller I I I

U

P

H

Tweestaps chemisch-enzymatische produktie van 7-ACA

Oxidatieve de-aminering van cefalosporine C tot GL-7-ACA

Cefalosporine C wordt behandeld met a-keto derivaten, zoals glyoxylzuur, in aanwezig-heid van koperionen (kopersulfaat) en pyridine. [4] Op deze manier wordt de D-a-amino-groep van D-a-aminoadipine zuur (dit is de zijketen van Cef C) gedeamineerd en ontstaat er 7{j-(5-carboxy-5-oxopentanamido) cefalosporine zuur (keto-Cef C, figuur 2). Het gevormde keto-Cef C is echter instabiel en reageert spontaan in de aanwezigheid van waterstofperoxyde of natriumperboraat tot Glutaryl 7-ACA (GL 7-ACA).

Enzymatische de-acylering van GL-7-ACA tot 7-ACA

Het gevormde reactiemengsel wordt dan, met behulp van een adsorptie hars, ontdaan van de aanwezige koper-ionen, omdat deze inhiberend werken op het de-acylerings-enzym. Het reactiemengsel wordt dan doorgeleid naar een bioreactor en het geïmmobiliseerde de-acylerings-enzym, GL-7-ACA amidase, zet GL 7-ACA om in 7-ACA (figuur 3). Het rendement van dit proces is 95

%.

Dit chemisch-enzymatisch proces wordt sinds 1973 op industriële schaal door het Japanse bedrijf Asahi uitgevoerd in een reactor van ongeveer 1 m3

. Het bij de enzymatische reactie vrijkomende glutaarzuur zorgt voor een pH-daling en inhibeert GL-7-ACA acylase. Omdat een daling in de pH gepaard gaat met een verlaging van de reactie-snelheid, wordt de pH nauwkeurig tussen 7.5 en 8.5 gehouden. De 1 %GL-7-ACA oplossing wordt gerecycled door een kolom met het geïmmobiliseerde enzym, met een debiet van 10 m3 _{per uur. Hierbij is de reactie-temperatuur in eerste instantie 15°C en} wordt het evenredig met de afname in enzym-activiteit langzaam opgevoerd naar 25 °c. De levensduur van het enzym is ongeveer 70 cycli. Een schematische voorstelling van de Asahi-fabriek is te zien in figuur 4.

COOH D-aminozuur Oxidase

0.:::::::-COOH N S

J=r:~

o

,.

COOH N S

)=(

~

o~ COOH Spontaan

~

N~S

.J-N'-.

~

Cefalosporine

C

ex

-KetoadipY/-7-ACA

. HOOC O~ Glutaryl-7 -ACA Acylase COOH

~O

o

Glutaryl-7-ACA

Tweestaps enzymatische produktie van 7-ACA

Cefalosporine C wordt in waterige oplossing door D-aminozuur oxidase in aanwezigheid van zuurstof gedeamineerd (figuur 5). Hierbij komen ammonia en waterstofperoxyde vrij. Het gevormde a-Keto-adipyl-7-ACA (Keto-7-ACA) wordt in aanwezigheid van waterstof-peroxyde spontaan omgezet in Glutaryl-7-ACA, waarbij kooldioxyde en water worden gevormd (figuur 5).

Dit reactiemengsel wordt naar een tweede reactor gevoerd. Hier wordt GL 7-ACA door Glutaryl-7-ACA amidase omgezet in 7-ACA. Hierbij ontstaat als bijprodukt glutaarzuur (figuur 5).

In deze twee stappen ter vorming van 7-ACA zijn geen milieubelastende chemicaliën meer nodig. De grootste bron van verontreiniging is de gedeactiveerde biokatalysator, die moet worden weggegooid. De reacties vinden plaats onder redelijk milde omstandigheden. Nadeel van dit proces is waarschijnlijk dat door het toevoegen van zuurstof aan de

reactor, in dit soort mengsels vrijwel zeker schuimvorming op zal treden. Verhoogde druk betekent verder dat duurdere apparatuur nodig is, dan wanneer er bij atmosferische druk gewerkt kan worden.

De procesvoering van de pilot plant is als volgt[8l;

- _{De omzetting van Cef C naar GL 7-ACA gebeurt in een tankreactor van 0,5 liter}

(p=3,5 bar, pH 8 en T=20°C). De pH wordt constant gehouden door titreren met 2 M KOH. De roersnelheid bedraagt gemiddeld 400 rpm, maar is variabel zodat men de ge-wenste zuurstofconcentratie bij kan stellen. Hiertoe is de roermotor gekoppeld aan een zuurstofsensor. Het reactievolume bedraagt 0.3 liter met een oplossing van 75 mM Cef C en 100 mM fosfaatbuffer. De concentratie zuurstof is 1 vvm. De activiteit van het ge-immobiliseerde D-aminozuur oxidase bedraagt 2,46 kUIl, deze deactiveert met 0.5 % per cyclus (de halfwaardetijd is na 138 cycli bereikt). De omzetting (met verse katalysator) vindt in 35 min plaats. De opbrengst van GL 7-ACA op Cef C bedraagt dan ongeveer 95%.

- De omzetting van GL 7-ACA naar 7-ACA vindt in een tankreactor van 2,4 liter (p=1 bar, pH 8 en T=28°C). De pH wordt nu door titratie met 3 M ammonia constant gehouden. De roersnelheid bedraagt 250 rpm. Het reactievolume bedraagt 0,6 liter met een oplossing van 75 mM _{GL 7-ACA en 100 mM fosfaatbuffer. De activiteit van het}

geïmmobiliseerde GI 7-ACA amidase bedraagt 5 kUIl, deze deactiveert met 0.4% per cyclus (de halfwaardetijd is na 172 cycli bereikt). De omzetting (met verse biokatalysator) vindt in 35 min plaats. De opbrengst van 7-ACA ligt rond de 94 à 95%.

De opwerking van de oplossing met 7-ACA geeft een opbrengst van 94%. Het toegevoeg-de Cef C heeft een zuiverheid van 98,5 %. Het uiteintoegevoeg-delijk opgewerkte 7-ACA heeft een zuiverheid van 97,3%. Het bevat verder onder andere 0,1 % Keto-ACA en 0,9% GL 7-ACA. Het proces heeft een overall opbrengst van 81 % 7-ACA op Cef C.[8l

. i

_,

COOH pH =8 COOH

+

COOH

'1,0

o

COOH Cefalosporine

C

Cefalosporine C Amidase pH =4 H.N

U

S , N ~

o

COOH

D-aminoadipine zuur 7-ACA

Figuur 6 Eénstaps enzymatische omzetting van cefalosporine C naar 7-ACA. Evenwichtsligging bij de enzymatische reactie is pH afhankelijk.

Eénstaps enzymatische produktie van 7-ACA

De éénstaps enzymatische omzetting van cefalosporine C (Cef C) naar 7 -aminocefalospo-rine zuur (7-ACA) en D-2-aminoadipine zuur (AA) is, zover wij weten, nog niet op industriële schaal gerealiseerd (figuur 6).

Omdat maar één reactiestap nodig is om uit cefalosporine C het eindprodukt 7-ACA te maken, biedt de éénstaps enzymatische omzetting de beste mogelijkheden tot een zo schoon mogelijk proces met de hoogste "atom utilisation" ten opzichte van de andere processen. Zowel 7-ACA als AA is een bruikbaar produkt, dus de theoretische atom utilisation is 100 %.

De reactiecondities zijn mild en er zijn weinig extra chemicaliën nodig. Bij een éénstaps-omzetting is er minder afval van geïmmobiliseerde biokatalysator. Dragermateriaal dat van gelatine is gemaakt is zelfs geheel bioafbreekbaar in de afvalwaterzuivering (J.A. Duine, TU Delft).

Bovendien wordt, in tegenstelling tot alle andere processen, in dit proces kostbaar D-2-aminoadipine zuur (racemisch zuiver) geproduceerd. Of er een grote markt is voor deze stof is ons niet bekend, wel dat er toepassingen van deze stof zijn. Deze liggen onder andere in het veld van de neurologie. D-2-amino-adipine zuur heeft een antagonistische werking voor N-methyl-D-aspartaat zuur (NMDA). Toepassingen zijn mogelijk het behandelen van anorexia, overgeven en maagzuur. [9)[10)[35)[36]

Een éénstaps enzymatisch proces heeft als voordeel dat er maar één reactor nodig is (in plaats van twee bij het tweestaps enzymatisch proces) en dat minder schuimvorming op zal treden. Verder kan in dit proces bij atmosferische druk gewerkt worden, wat de reactor goedkoper maakt dan de reactor die gebruikt wordt in de eerste stap van de tweestaps enzymatische omzetting.

In dit geval leiden verschillen in zuiverheid niet tot een verschil in marktprijs, zolang er een zuiverheid van meer dan 95 % wordt gehaald . Het is door de gecompliceerde

samenstelling van het medium moeilijk te voorspellen welke zuiverheid precies gehaald zal worden. De huidige prijs voor 7-ACA ligt rond de US$ 200 per kilogram.

Economische voordelen ten opzichte van het tweestaps enzymatische proces zijn dus: één reactor minder nodig

theoretisch een hoger rendement van omzetting omdat er een reactiestap minder nodig is

minder schuimvorming omdat geen zuurstof hoeft te worden toegevoegd, zoals in de eerste stap van de tweestaps enzymatische omzetting

een extra produkt (AA) wordt racemisch zuiver geproduceerd en biedt wellicht winstverhoging , indien zich een markt ontwikkelt

In overleg met DSM hebben we daarom een fabrieksvoorontwerp gemaakt van een éénstaps enzymatisch proces, hoewel dit proces zich nog in de research fase bevindt.

voldoende snel zop kunnen katalyseren om dit proces commercieel aantrekkelijk te maken, is de afgelopen vijf jaar geïntensiveerd. Moderne "screenings"-technieken maken het mogelijk om grote hoeveelheden genetisch gemodificeerde enzymen te maken en op hun activiteit te onderzoeken ("screenen").

Uit een recent japanse artikel[l] menen wij op te kunnen maken, dat er inderdaad een enzym ontdekt is dat Cef C bij genoemde reactiecondities voldoende snel en met een gun-stige evenwichtsligging om kan zetten.

Hoewel dit niet expliciet wordt vermeld, zal ook hier gelden dat hoe hoger de pH des te verder het evenwicht naar vorming van 7-ACA ligt (figuur 6). Men heeft immers met een hydrolyse reactie te maken. Vanuit kinetisch oogpunt is het nodig een enzym toe te

voegen. De hoogte van de pH is gelimiteerd omdat bij een pH boven 8, Cefalosporine C en 7-ACA steeds minder stabiel worden[l21 en omdat dan denaturering van het enzym op zal treden. Het optimum voor de vorming van 7-ACA ligt bij een pH van 8. De vorming van zuur zal (net als bij GL 7-ACA amidase) de reactie vertragen. Er dient dus zo nauw-keurig mogelijk op een pH van 8 geregeld te worden.

Kinetiekmodel ten bate van het reactorontwerp

N a overleg met professor Duine en ingenieur Straathof werd een kinetisch model opge-steld. Hoewel weinig datapunten beschikbaar waren, werd door te modelleren met het programma PSIIc, een curve gefit, die binnen 80% nauwkeurig (en binnen de afleesfout van de punten) de punten uit de grafiek van het japanse artikel[l) beschrijft (Bijlage 1: Model FVO_KIN5).

In bijlage 1 zijn alle stappen weergegeven die hebben geleid tot model FVO KIN5. Dit model is gebaseerd op het Michae1is Menten model, waaraan toegevoegd zijn: één term ter beschrijving van produktinhibitie, een term ter beschrijving van evenwichtsligging en drie constanten ter beschrijving van decompositie van de reactanten.

De éénstaps enzymatische omzetting van Cef C vertoont grote gelijkenis met de éénstaps enzymatische omzetting van Penicilline G (Pen G) door de Penicilline G amidase (PGA) naar 6-APA. Omdat wij over weinig experimentele data beschikten, zijn enkele van de gemaakte aannames gebaseerd op het Pen G proces. Zo wordt in het japanse artikel gesproken over inhibitie door "het produkt". Gezien het feit dat in het plaatje Cef C en ACA worden uitgezet tegen de tijd, zijn we er vanuit gegaan dat met "het produkt" 7-ACA wordt bedoeld en niet AA. Daarom is in het kinetiek model voor de inhibitiecon-stante van 7-ACA Kj=0.15 molll gekozen, analoog aan het 6-APA proces. Overigens is gekeken of variatie van Kj veel invloed op het resultaat zou hebben (Bijlage 1: Model FVO _ KIN3, figuur 14). Het bleek geen significante invloed te hebben.

Invloed van de reactiecondities op het kinetiekmodel en het ontwerp

Alvorens tot een definitieve keuze van de ingangsconcentratie Cef C te komen, zijn een drietal mogelijkheden overwogen:

(a) een zo hoog mogelijke ingangsconcentratie

(b) een ingangsconcentratie zoals in het japanse artikel (c) een dermate lage concentratie, dat problemen met

het evenwicht omzeild worden.

(a) In model FVO _ KIN5 (Bijlage 1) is de situatie gesimuleerd dat Cef C met een maximaal oplosbare concentratie wordt toegevoegd. Dit leidt tot een lage opbrengst van 7-ACA op Cef C (KSIACA=61 %) en een lage omzettingsgraad van Cef C

(KSI-CEFC=64%) (Bijlage 1: Model FVO_KIN7, figuur 21). De reactietijd is korter dan met lagere concentraties. De lage omzettingsgraad in deze situatie betekent dat Cef C ge-scheiden moeten worden en gerecycled. Scheiding door precipitatie is uitermate lastig aangezien zowel Cef C, 7-ACA als D-2-aminoadipine zuur vergelijkbare

PKa

waarden hebben.[6)[12) In de praktijk zal een zuivere scheiding mogelijk zijn maar lastig te bewerk-stelligen.

(b) Voorts is overwogen om een ontwerp te maken bij de gebruikte concentraties in het japanse artikel. Modelleren van de enzymkinetiek is dan niet nodig. De omzettingsgraad

bij hogere c~ncentraties, dat Cef C moet worden gescheiden.

(c) Daarom is, in eerste instantie, besloten de grafiek in het japanse artikel te modelleren en te bekijken of er ook een (redelijke) lage concentratie is, waarbij Cef C voor 98% wordt omgezet. Scheiding en recycling van Cef C is dan niet meer nodig!

Lage concentraties zijn niet ongebruikelijk, getuige het chemisch-enzymatische proces van Asahi, waar een oplossing van 1 % GL 7-ACA wordt rondgepompt met 10000 liter per uur. Echter, omdat Cef C en 7-ACA via Ie orde decomposeren in oplossing, mag de reac-tie niet te lang duren.[5][61 In model FVO KIN6 (Bijlage 1) is de concentrareac-tie Cef C

zodanig gekozen, dat Cef C voor 98% wordt omgezet, een goede opbrengst van 7-ACA wordt bereikt en de reactietijd niet te lang is (93 minuten). In de praktijk zijn lagere zuiverheden gebruikelijk (volgens dr. J. Verweij, Gist-Brocades).

Enige verontreiniging met Cef C in het eindprodukt zal toelaatbaar zijn, aangezien 7-ACA een halffabrikaat is waar (met enzymen) weer een staartstuk wordt aangezet. Pas dan zal gezuiverd moeten worden tot farmaceutische kwaliteit.

Uit model FVO KIN6 (Bijlage 1) blijkt dat de reactie plaatsvindt in 5580 seconden (= 93 min.), bij een pH van 8 en een temperatuur van 37°C. Deze pH en temperatuur zijn de optimale waarden voor de omzetting, getuige patent-literatuur[181 en het japanse artikel. Loog dient toegevoegd te worden om het gevormde aminoadipine zuur te neutraliseren. De reactie kan sneller verlopen indien meer enzym wordt toegevoegd. Dit betekent dat men de enzymdrager hoger moet beladen (In de simulatiemodellen betekent dit, dat V max

een hogere waarde krijgt).

In principe mag men verwachten dat de enzymactiviteit per milliliter (40 U/ml)lll een factor 10 à 100 geconcentreerder kan worden opgewerkt. In het japanse artikel wordt ver-meldt dat het gebruikte vrije enzym afkomstig was uit de "fermentation broth", dat het enzym waarschijnlijk intracellulair werd gemaakt en dat het 2 % van de totale hoeveelheid eiwit vormde. Een factor 10 à 100 is dus zeker haalbaar.

Wij zijn in dit oorspronkelijk ontwerp niet uitgegaan van de mogelijkheid V max te

verho-gen, hoewel dit de reactietijd een factor 10 à 100 verkleint. Dit brengt met zich mee, dat het reactorvolume en de scheidingskolom aanzienlijk kleiner uitgevoerd kunnen worden om dezelfde produktie te behalen. Het proces zou wat kosten betreft gunstiger uitkomen. We hebben ons niet willen wagen aan verdere hypotheses omtrent het kinetiekmodel, omdat immobilisatie de omzettingssnelheid van het enzym zou kunnen vertragen. Boven-dien is het van de immobilisatiemethode afhankelijk in hoeverre je de drager kunt bela-den. Gekeken is naar het benodigde aantal enzym-units en hoeveel dit aantal units zou kosten indien men de katalysator uit het 6-APA proces zou kopen.

Ook vanuit het oogpunt van de kostprijs van cefalosporine C is het proces nooit rendabel te ontwerpen. De kostprijs Cef C bedraagt evenals 7-ACA US$ 200 per kilogram. Het zelf fermenteren van Cef C zal in de praktijk op dezelfde plant gebeuren, waardoor de kostprijs daalt tot ongeveer US$ 75 per kilogram (volgens de heer Van den Tweel, DSM Research). Ook het zelf produceren van geïmmobiliseerd enzym zal de kostprijs drukken. In het uiteindelijk ontwerp is uitgegaan van (a); een maximale concentratie Cef C.

Dankzij het kleinere reactorvolume zijn minder units nodig. De kostprijs geïmmobiliseerd enzym bedraagt ft. 1,68 miljoen. In bijlage 4 (Uiteindelijke reactorontwerp bij maximale oplosbaarheid van cefalosporine C) is deze berekening uitgewerkt.

Het enzym wordt geïmmobiliseerd om de volgende twee redenen. Het is economisch voordeliger om het (dure) enzym meerdere batches te gebruiken en men kan het ge-immobiliseerde enzym met een zeef scheiden van het reactiemengsel. Immobilisatie kan op vele manieren uitgevoerd worden, zodat men in staat is "taylor-made" een activiteit van enzym op drager in te stellen; de range is 50-400 mg enzym! g conjugaat[6] specifiek oppv 7-60 m2_{/g, pore size 300 - 8e}

_let

_{Á en efficiency van immobilisatie 70-90}

Figuur 7 ,

i

'

I

I

•

I I.

I

.

I •

.

-

... r---~ ammonia

.

.

• • • ammonia inlet catalyst filter screen outlet

Reactorontwerp

De huidige jaarlijkse produktie van 7-ACA door Asahi bedraagt 90 ton per jaar. Met ons ontwerp is naar een produktie in deze grootte orde gestreefd.

Indien in een jaar 300 dagen effectief wordt gewerkt, moet 3,47 gram per seconde 7-ACA geproduceerd worden. Er werd uitgegaan van een rendement van 95% in de scheidingsfa-se en van 87%[13_{1 in de precipitatiefase. Er zou dan 4,24 gram per seconde moeten}

worden geproduceerd in de reactor.

Gekozen is voor een batchgewijze produktie in een tankreactor. Een gepakt-bed reactor heeft namelijk als nadeel dat men de pH niet goed in de hand heeft. Ook bij de 6-APA produktie is dit een probleem[l41• Het in serie schakelen van continue tanks is wellicht een alternatief1151 •

De reactietijd bedraagt 50 minuten. De uitgangsconcencentratie bedraagt dan

CACA = 7,435-10-2 mol per liter (= 20,22 gram per liter, Bijlage 1: Model FVO KIN6)

waardoor het benodigde reactievolume 0,7 m3 wordt (Bijlage 4: Reactor). Voor het gemak is er gekozen voor een reactie-volume van 1 m3 , waarbij het reactor-volume dan 1,2 m3 wordt. De totale procestijd voor één batch wordt dan 54,2 minuten (Bijlage 4: Reactor). De reactor dient voorzien te worden van 4 à 6 baffles en een vrij opgehangen roerder, die een minimale "shear stress" (afschuifspanning) aan de biokatalysatordeeltjes oplevert[l31• Aangeraden wordt de INTERMIG[l31, maar ook andere roerders zoals de Prochem Maxflo of de Lightnin A315 hebben zeer goede eigenschappen ten aanzien van het

"power-number" (vennogenskental), meng en shear stress eigenschappenY7) Een toerental van 50

à 60 rpm is voldoende. [131

Verder dient de reactor van liefst meer dan één inlaat voor de toevoer van ammoniak voorzien te zijn, zodat er zo min mogelijk pH gradiënten in de reactor ontstaan. Om te voorkomen dat biokatalysator de buizen in komt of in direct contact met de ammoniak oplossing komt, dient het uiteinde van ammoniak-inlaten omringd te worden met een zeef. Bovendien dient voorkomen te worden dat de ammoniak-inlaat, door overheveling bij het legen van de tank, leegloopt over de biokatalysator deeltjes. Hiervoor zijn specifieke inlaten verkrijgbaar[l31. Een pH van hoger dan 8,5 is funest voor de biokatalysator. Om het geïmmobiliseerde enzym af te filtreren moet de reactor aan de onderkant worden voorzien van een filter plaat. Een grove zeef dient als steun bij het filtreren, waarboven een fijnmazige zeef wordt gespannen met een poriegrootte kleiner dan 100 J.l.m. Om te voorkomen dat er een dood volume ontstaat, dient het volume onder de zeef zo klein mogelijk te zijn[13_{I. Om grote wachttijden bij het filtreren te voorkomen, is de constructie} van een schuine bodem aan te raden. In dat geval wordt in het lagere gedeelte biokataly-sator afgevangen terwijl in het hogere gedeelte vloeistof snel kan worden afgevoerd (figuur 7).

Pomp de reactie-oplossing naar de scheidingssectie

Als de ammoniak consumptie minder

dan 2 % van de initiele waarde is, .

stop de reactie

t

Registreer start-tijd en ammoniak consumptie per minuut

Plaats katalysator in reactor. Vulde reactor met buffer-oplossing totdat de

katalysator volledig bedekt is.

Laat de reactie-oplossing weglopen en was de katalysator

1 keer met water

Laat de buffer-oplossing weglopen

Vul reactor met verwarmd water en voeg Cef C toe

--I I

I

.

,

stoom (190 ·C). De reactanten moeten op 3TC behouden worden gedurende de reactie en de reactor wordt daarom geïsoleerd met bijvoorbeeld PUR-schuim. In dit geval is gedurende de reactietijd een wannteverlies van maximaal 47 W te verwachten, wat een te verwaarlozen temperatuurdaling geeft (Bijlage 4 : Reactor). Toevoeging van cefalosporine C kan geschieden door toevoeging van een vers gemaakte, geconcentreerde oplossing eef C of door toevoeging van vast Cef C met de hand.

Om fluctuaties in de pH te beperken dienen de toevoegingen in de reactor in een vaste volgorde te gebeuren (figuur 8):

na het legen van de reactor worden de wanden en de biokatalysator gewassen met buffer,

de reactor wordt tot een derde gevuld met bufferoplossing, waarna roerder en autotitrator gestart worden. De pH-meters zijn zodanig geplaatst dat ze bevochtigd worden[13] _,

ge-recycled Cef C enlof verse Cef C worden aan de reactor toegevoerd.

het vloeistofniveau wordt tot de gewenste hoogte aangevuld met bufferoplossing, vast Cef C wordt aan de reactor toegevoegd tot maximale oplosbaarheid (50 kg/m3).

Door het verbruik van ammoniak per tijdseenheid te volgen kan het verloop van de reactie worden gevolgd. De gradiënt in het verbruik komt overeen met de conversiegraad van de reactie. Met behulp van model FVO _ KIN7 (bijlage 1) is geschat, uit de verhou-ding van begin- en eindreactiesnelheid, dat de reactie moet worden gestopt als 0,7% van de oorspronkelijke verbruiksnelheid is bereikt.

Tot slot worden roerder en autotitrators stopgezet en wordt de reactor geleegd. Een nieuwe batch cyclus kan gestart worden.

COOH pka

=

2,1 COOH pka = 4,2

D-aminoadipine zuur

pka = 4,0 H2N

U

S ~ N ~

o

COOH pka = 3,0

7-ACA

COOH COOH pka = 5,3 _{pka = 3,9}

Cefa/osporine

C

Scheidin2 van de produkten

Nadat de reactie is afgelopen wordt de reactievloeistof naar de eerste scheidingskolom gepompt. Het is niet mogelijk om 7-ACA van AA te scheiden met behulp van extractie op een soortgelijke wijze als de scheiding van 6-APA en fenylazijnzuur[251. Zowel 7-ACA als AA zijn amfoteer, wat betekent dat de moleculen als Zwitter-ionen in oplossing aanwezig zijn, en dus zeer moeilijk op te nemen zijn in een organische fase. Ook scheiding door middel van reactieve extractie[51 met behulp van tri-n-octylmethylammoniumchloride is niet mogelijk, omdat dan zowel 7-ACA en AA zouden reageren en in de organische fase zouden worden opgenomen.

Met behulp van de firma "Bio-Rad" in Veenendaal is er in eerste instantie gekeken naar een "reversed-phase CI8"-vulling van silica-deeltjes, omdat deze voor een goede schei-ding zou zorgen. Echter, dit type kolommen bleek extreem veel te kosten (miljoenen) als men ze op een grotere schaal dan analyse-schaal wilde gebruiken.

Er is uiteindelijk gekozen voor een scheiding met behulp van twee in serie geschakelde kolommen die gevuld zijn met een hoog poreus anionwisselaar (p :::::; 0,4 kg/m3

). Wij

hebben in dit geval voor een "Amberlite 900"-gel[261 gekozen, omdat meerdere bedrijven goede ervaringen hiermee hadden (Bijlage 4 : Scheiding). Er zullen ongetwijfeld meer geschikte kolomvullingen voor dit type scheiding te verkrijgen zijn. Hiernaar zal meer praktisch onderzoek moeten worden gedaan. De kolommen zullen vanaf hier voor de duidelijkheid de Cef C-kolom en de AA-kolom worden genoemd.

Cef C-kolom

Als de reactievloeistof met een pH van 2,0 door de Cef C-kolom wordt geleid zal 7-ACA geen geïoniseerde groepen hebben en zal Cef C één geïoniseerde zuur-groep hebben (figuur 9). Het Cef C zal dan uitwisselen met de hydroxide-ionen van de Cef C-kolom; AA en 7-ACA zullen de Cef C-kolom verlaten. De reactievloeistof wordt met een debiet van 50 m3_{/hr door de Cef C-kolom gepompt. De afmetingen van deze eerste kolom zijn}

1,9xl0 m. De drukval[271 is dan te verwaarlozen en de reactievloeistof zal in ongeveer 31 minuten door de Cef C-kolom lopen (Bijlage 4 : Scheiding).

Nadat de reactievloeistof door de Cef C-kolom is gevoerd, moet Cef C terug worden gewonnen en de Cef C-kolom worden geregenereerd. Dit gebeurt door de kolom eerst met HCI door te spoelen (hierbij komt het eef C vrij) en daarna met NaOH door te spoe-len waarbij een NaCI-oplossing vrijkomt. Om zo min mogelijk tijd te verspilspoe-len, is er gekozen voor een tweede parallel geschakelde Cef C-kolom die gebruikt wordt terwijl de andere Cef C-kolom geregenereerd wordt.

Het vrijgekomen Cef C wordt naar een opslagvat afgevoerd waar het schoongemaakt kan worden en op de juiste concentratie kan worden gebracht. Hierna kan het weer naar het reactievat ge-recycled worden. In principe kan er na elke batch 18 kilogram Cef C worden teruggewonnen.

AA-kolom

De werkwijze en opstelling van de AA-kolommen is analoog aan die van de Cef C-kolommen: twee parallel geschakelde, met "Amberlite 900" gevulde kolommen. De afmetingen van deze kolommen zijn eveneens 1,7x10 m, maar de AA-kolommen hebben een kleinere hoeveelheid pakking (Bijlage 4 : Scheiding). Het grote verschil met de Cef C-kolommen is dat de afscheiding van AA bij een pH van 1.5 plaatsvindt. Bij deze pH

zal alleen de zuurgroep van AA niet geprotoneerd zijn en zal deze dus uitwisselen met de hars (figuur 9). Deze kolommen moeten eveneens geregenereerd worden en er kan in theorie maximaal 12 kilogram aan AA worden teruggewonnen.

Als alternatief voor de werkwijze die hierboven staat beschreven, zou men kunnen denken aan grotere kolommen zodat er meer Cef C en! of AA kan worden opgenomen door de hars en er dus minder vaak geregenereerd hoeft te worden. Dit is uiteraard een economi-sche afweging die pas na pilot plant experimenten kan worden gedaan.

Precipitatie

Nadat de reactie-mengsel de Cef C- en AA-kolom heeft doorlopen, bestaat het vrijwel uitsluitend uit 7-ACA. Dit, evenals het afgescheiden AA, wordt dan door middel van precipitatie in vaste VOml uit de oplossing teruggewonnen.

Het precipiteren duurt in totaal 140 minuten[131, zodat het mogelijk is om twee batch-hoeveelheden in één keer te precipiteren (Bijlage 4 : Precipitatie). De precipitatie-vaten zullen dan 3 m3 groot zijn. Het 7-ACA en AA wordt als volgt geprecipiteerd:

De precipitatie-vloeistof wordt vooraf en terwijl het de kristallisator instroomt gekoeld tot 8 . C. Bij deze lage temperatuur zal het 7-ACA namelijk beter precipi-teren[13_{1. Hiervoor is 3 kW koeling nodig (Bijlage 4 : Precipitatie). De}

precipitatie-vaten zijn geïsoleerd en gedurende de precipitatie zal de vloeistof-temperatuur maximaal 0,2 • C stijgen.

De pH wordt met behulp van zoutzuur verlaagd tot 3,5. Bij deze pH zal het 7-ACA gaan kristalliseren (iso-elektrisch punt). De pH wordt voor 20 minuten op 3,5 gehouden. Voor AA geldt een analoge procedure, maar bij een pH van 2,2.

De pH wordt vervolgens verlaagd naar ongeveer 2 voor 7-ACA en 1 voor AA en gedurende 2 uur zullen 7-ACA en AA precipiteren.

Filtered liquid

Filtratie

De geprecipiteerde kristallen moeten van de vloeistof afgescheiden worden. Er is voor filtratie met behulp van horizontale drukbladfilters gekozen (figuur 10). Het filter-oppervlak hiervan is 5 m2 _{per stuk.}

De voordeel van een horizontale drukbladfilter is het feit dat de filterkoek gewassen en gedroogd kan worden terwijl het zich nog in het apparaat bevindt. Een nadeel echter is dat er constant gecontroleerd moet worden op verstoppingen.

De filters zullen regelmatig leeggehaald moeten worden en waarschijnlijk zal de verkre-gen vaste stof nog een keer nagedroogd moeten worden.

Het proces bestaat uit vier hoofdsecties. Reactie, scheiding, kristallisatie en filtratie. De reactanten in het proces geven geen aanleiding tot uitgebreide regelsystemen en veilig-heidsmaatregelen.

Reactorsectie

Aan het begin van de batchcyclus moet de bufferoplossing de reactor in worden gepompt. Een levelcontroller sluit de klep aan de uitgang van de reactor. Het vat wordt gevuld totdat een levelcontroller , bovenin de reactor, de toevoerklep doet sluiten. Nu wordt handmatig cefalosporine C toegevoegd dat onmiddellijk de reactie doet starten.

Het belangrijkste regelsysteem, de regeling van de pH in de reactor, treedt nu in werking. Door de dubbel uitgevoerde pH-staat wordt bijgehouden hoeveel ammoniak wordt toege-voegd. De pH-staat is dubbel uitgevoerd zodat indien één van de apparaten uitvalt,

tijdelijk één van de pH-staten de pH kan bijregelen[131. Tijdens reguliere werking zorgt de

dubbele uitvoering voor een nauwkeurigere regeling van de pH (zie hoofdstuk Reactoront-werp).

De reactiesnelheid neemt af in de loop van de tijd en hieraan gekoppeld ook de toevoe-ging van ammoniak. Dit wordt met behulp van een computer in de tijd gevolgd. De toevoeging van ammoniak wordt gestopt, nadat een bepaald percentage (0,7%) van de oorspronkelijke toevoersnelheid is bereikt (zie hoofdstuk Reactorontwerp). Vervolgens wordt ook de klep na de reactor geopend. De driewegafsluiter is geopend naar de

scheidingskolommen. De onderste levelcontroller stuurt een signaal om de klep onder de reactor te sluiten als het vat leeg is.

De reactor wordt gespoeld tot een derde van het vat gevuld is. Hiervoor kan een

computer gestuurde timer worden gebruikt (niet getekend). Vervolgens wordt de klep na de reactor geopend en staat de drieweg afsluiter open in de richting van de afvalwaterzui-veringsinstallatie. De onderste levelcontroller stuurt een signaal om de klep onder de reactor te sluiten als het vat leeg is.

Een nieuwe regelcyclus voor de reactor begint. Scheidingssectie

De scheidingssectie bestaat uit twee parallelle, gepakt-bed harskolommen in serie. De parallelle scheidingskolommen worden beurtelings gebruikt. In de eerste set kolommen wordt cefalosporine C geadsorbeerd. In de tweede set kolommen wordt D-2-aminoadipi-nezuur geadsorbeerd. 7-Aminocefalosporine zuur heeft een "vrije doorloop". Om het reactiemengsel de juiste pH te geven, wordt er voor de kolom met behulp van een

beeld vijf maal groter dan het gebruikelijke drukverschil) ten gevolge van een verstopte leiding, wordt de toevoer gestopt.

Nadat het drukverschil in de kolom naar nul is gezakt, is de toevoerstroom uit de batchreactor gestopt en kan de bovenste driewegafsluiter in de richting van de andere kolom worden gezet. Vervolgens wordt de net gebruikte kolom gespoeld met natronloog om geadsorbeerd Cef C uit te spoelen. De kolom wordt vervolgens geregenereerd met zoutzuur.

Om de afvoer van produkten in goede banen te leiden zijn aan de uitgang van elke kolom twee driewegafsluiters in serie geplaatst. Indien de kolom toevoer ontvangt uit de

batchreactor staan beide afsluiters in de richting van de hoofdstroom naar de volgende set kolommen. Wanneer gespoeld wordt met natronloog staat de eerste afsluiter in de richting van de hoofdstroom en de tweede afsluiter in de richting van het opslagvat voor eef C. Bij het regenereren met zoutzuur staat de eerste afsluiter in de richting van de afvalwater-zuiveringsinstallatie en wordt de tweede afsluiter niet gebruikt.

Voor de volgende batchcyclus wordt de andere kolom op analoge wijze geregeld.

De tweede set kolommen wordt op analoge wijze geregeld als de eerste set. Verschillend is dat AA naar een kristallisator , in plaats van een opslagvat, wordt verpompt. Voor het regelsysteem brengt dat geen veranderingen met zich mee.

Kristallisator sectie

Voor zowel de kristallisator van 7-ACA als AA gelden de zelfde regelingsprincipes. Alvorens tot kristallisatie wordt overgegaan, wordt gewacht tot twee batchladingen door de scheidingskolommen gekomen zijn. Deze vloeistof wordt opgeslagen in een buffertank. Een hoog niveau alarm wordt gebruikt om te waarschuwen als de buffertank dreigt over te lopen.

De kristallisator wordt gevuld tot de hoogte van de levelcontroller die vervolgens de toevoerklep doet sluiten. Een timer wordt gebruikt om de gewenste kristallisatietijd in te stellen. Na het verstrijken van deze tijd wordt een klep aan de onderkant van de kristalli-sator geopend. D~ onderste levelcontroller stuurt een signaal om de klep onder de kris-tallisator te sluiten als het vat leeg is. De klep aan de bovenkant van de reactor wordt geopend tot het vat vol is.

Een nieuwe regelcyclus voor de kristallisator begint. Filtratie sectie

In de filtratie sectie wordt 'door middel van een drukmeter geregeld op een overdruk van 6 bar. Deze drukmeter kan tevens worden gebruikt om te waarschuwen voor verhoogde druk ten gevolge van verstoppingen in het drukbladfilter.

Procesveili~heid

De voornaamste stoffen die in dit proces voorkomen zijn :

- 7 -aminocefalosporine zuur - cefalosporine C - 2-aminoadipine zuur - zoutzuur - natronloog - ammoniak

Al deze stoffen zijn niet of nauwelijks brandbaar en explosief (zie Bijlage 2: Chemiekaar-ten) . Het voornaamste gevaar van dit proces is de lage pH die op sommige plaatsen bereikt wordt. De vloeistof is daar zeer corrosief en zal gevaarlijk zijn voor mens en milieu als er ergens in het systeem een lek ontstaat. Om dit te voorkomen zullen alle proceseenheden (behalve de warmtewisselaar vóór de reactor en de koelers) van corrosie-bestendig roestvrij staal (AIS! 316L) gemaakt moeten worden. Een HAZOpl34Lanalyse is gemaakt om een idee te krijgen van de problemen die zouden kunnen ontstaan (Bijlage 6:

HAZOP-analyse) .

Tevens is het aan te raden de installatie in een gebouw te plaatsen zodat de kans op bevroren pijpleidingen en proceseenheden tijdens de winter verminderd wordt. Het personeel moet uiteraard ook veiligheidskleding dragen.

ILO

₂

+ +

CefC

HCl/NaOH

-

-

Reactie

A

7-ACAI AAlH₂0/CefC

~Ir

Scheiding H20/CefCINaCI

-

_Opslag

HCl/NaOH

-

..

_B

""

_G

7-ACAI AA/H20

,Ir

Scheiding

C

7-ACAlH₂O AAlH₂0/NaCl

"

~r Precipitatie Precipitatie

01

02

~r ~, Filter en Filter en

--

..

-

wassen

_E1

_wassen

E2

..

H

₂

0INaCI

1

"

l'

--

Drogen Drogen

--

F1

F2

...

H

2

0INaCl

"

_"

7-ACA

AA

Financiën

Investeringen

De totale investeringen zijn in vier groepen te verdelen : de investeringen in proces-eenheden de investeringen in hulpapparatuur [1] I_{B :} [2] Iu : [3] I_L : [4] Iw :

de investeringen in niet-tastbare zaken (licenties, know-how, enz) het werkkapitaal

De totale investeringskosten zijn met behulp van de "factor-methode" van Lang[311 _{en de} methode van Taylor[321 _berekend.

(a) De "factor-methode" van Lang

De factor-methode van Lang neemt als basis voor de schatting van het investeringsbedrag de totale kosten van niet-geïnstalleerde proces-apparatuur en vermenigvuldigt deze met factoren voor andere kosten. De "Lang-factor" voor dit type proces is als volgt opge-bouwd:

Kosten proces-apparatuur :

Kosten fundamenten, montage, enz. Kosten pijpleidingen :

Kosten "off site" installaties : Indirecte kosten : "Lang factor" : 1,00

*

1,43

*

1,60

*

1,50

*

1.38 4,74

De kosten voor de proces-apparatuur zijn bepaald aan de hand van de prijzen opgegeven door DACE[28] en zijn weergegeven in Bijlage 4: Kosten. De vaste investeringskosten

(lvast= IB+ IH) worden dan ft. 6.873.000,-. De vaste investeringskosten zijn ongeveer

80%[311 van de totale investeringskosten, waarmee de totale investering voor dit proces 0.8.590.000,- wordt.

(b) De methode van Taylor

De "process step scoring" methode van Taylor is gebaseerd op een systeem waarbij, rekening houdend met factoren zoals doorzet, corrosie en reactietijd, een "complexity score" (S) voor elke significante processtap wordt bepaald. Een "significante processtap " verwijst dan naar een bewerking van de produktstroom en niet naar een werkelijk

Tabel 1 De "complexity score" en de "costiliness index". 0 0 0 0 0.6 0 0 0.6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5 5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 -1 0 0 0 -1 -1 -1 0 7.3 7.3 7.3 7.3 7.3 -1 1.1 1.1 -3 2.4 32.8 19.4 5.2 7.3 8.6 0.8 1.1 1.3 0.4 1.8

waarbij: I : totale investeringen C I = 177·pO.39._I_ 300 f

=

~ (1.3) Si P : capaciteit in kton/jaar (=0.138) Cl : EPE index (= 310) f :" costliness index" (l)

In figuur 11 zijn de significante proces stappen van het 7-ACA proces weergegeven, hierbij is aangenomen dat na het filteren nog 1 % water in de filterkoek aanwezig is. De

"complexity-score" voor elke proces stap is in tabelite vinden. De "costliness index" wordt dan 78,7, en de investering ft. 6.648.000.

Als men de uitkomsten van de twee methodes vergelijkt, is er een groot verschil te zien (ft. 1.943.000). Dit verschil wordt veroorzaakt door het feit dat de methode van Taylor geen rekening houdt met "off-site" kosten en inflatie, en het feit dat de methode van Taylor ontworpen is voor produktie capaciteiten van 300 tot 250.000 kton per jaar (dit proces heeft een produktie capaciteit van 138 ton per jaar). Gezien het feit dat de methode van Lang het meest geschikt is voor dit proces, zullen alle verder berekeningen gebaseerd worden op het investeringsbedrag volgens Lang.

Kosten

Een vereenvoudigd model voor de kosten van een fabriek, is het volgende :

(2 )

waarbij

~ : totale produktiekosten KI : investeringsgebonden kosten KL : loonafhankelijke kosten

(a) Totale produktiekosten

waarbij

a : factor die o.a. de rente voor het werkkapitaal en algemene kosten bevat

(= 1.13[311) P : produktkosten

Als men Cef C inkoopt kost dit ongeveer ft. 380,- per kilogram (US$200,- per kg). Cef C is echter op een gemakkelijke manier zelf te bereiden waarbij de kostprijs dan ongeveer ft. 143,- per kilogram (US$ 75,- per kg) zal zijn.

De grondstofkosten per kilogram produkt zijn dan als volgt :

Cef C 1,85 kg Enzyme 324 units Grondstof -kostprij s ft. 19,41 263,94-fl.

283,35-Er wordt aangenomen dat de benodigde hoeveelheid energie voor de opwarming en koeling van processtromen door middel van warmtewisseling met andere processtromen verkregen wordt. Hier zijn dan geen kosten aan verbonden. Tevens zijn de elektriciteits-kosten te verwaarlozen.

De totale produktiekosten worden dan:

Kp = fl. 44.186.000 (4)

(b) Investeringsgebonden kosten

Deze kosten worden als volgt gesplitst[311:

(S)

waarbij

Ann : annuïteit voor afschrijving een rente f : factor voor onderhoud, enz. (= 0.13[311) Ivast : vaste investeringen

Er is gekozen voor afschrijving volgens de annuïteitenmethode[331. Bij deze methode wordt zodanig afgeschreven dat de afschrijvingen plus de rentekosten over de boekwaarde

jaarlijks een gelijk bedrag zijn. Deze toerekeningswijze zorgt voor een gelijkmatige druk op de resultaten in de komende perioden. Ervan uitgaande dat de vaste investeringen over een periode van 12 jaar (j) worden afgeschreven en dat de rente 8 % (r) bedraagt, geldt dan:

1 -1'·

Ann =I_vast· r [ l - ,]

(1 +rP (6)

=

fl. 912.000

Volgens het beste model op grond van verschillende bronnen[3l) is de factor "f" gelijk aan 0,13. Hiermee wordt het totaal:

KI

=

912.000 + 894.000

(7)

= fl. 1. 806.000

(c) Loonafhankelijke kosten

Deze kostenpost is een verzameling van kosten, waarvan de loonpost een belangrijk deel uitmaakt. Het kan voorgesteld worden als een gebroken veelvoud van de directe produk-tieloonsom :

waarbij

d : gebroken veelvoud (= 2,6[31~ L : produktieloonsom

K _L

=

d·L (8)

Als men de Wessel-relatie[3l) gebruikt voor het berekenen van de directe produktieloon-som, dan geldt er :

waarbij

m

=

k· ~ = 34

CO • 76

m : aantal manuren per ton produkt k : factor (= 1,9 in 1994)

N : aantal sigqificante processtappen (= 10) C : capaciteit in ton/dag

Als men uitgaat van een continu ploegendienst komt dit resultaat overeen met 7,1 arbeidsplaatsen(31). De directe produktieloonsom per jaar wordt dan:

L = 7,1 ·350.000

= fl. 2.485.000

(9)

KL = f 1. 6. 46 1 . 000 (11)

Jaarlijks wordt er 138 ton aan 7-ACA geproduceerd. De huidige verkoopprijs van 7-ACA is ft. 380,- per kg ($2oo,-/kg), dit geeft een jaaropbrengst van ft. 52.440.000,-.

Tevens wordt er AA geproduceerd dat verkocht zou kunnen worden. Er is echter op dit moment geen markt voor AA (W. van den Tweel, DSM). Daarom is besloten de

opbrengst van AA niet mee te nemen in de baten. Ontwikkelt zich in de toekomst wel een markt voor AA dan zal de jaaropbrengst uiteraard groter zijn. Een schatting komt uit op :

De prijs D-2-AA is ft. 215,40 per gram (Sigma catalogus). Een voorzichtige bulkprijs is ft 2,15 per gram.

De produktie op jaarbasis is 82 ton.

De opbrengst zou dan ft. 176.000.000 bedragen.

De verkoop van AA zou de winstgevendheid van dit proces aanzienlijk vergroten.

Resultaten rekening

Totale produktiekosten (Kp) Investeringsgebonden kosten (KI) Loonathankelijke kosten (KL) ft. 44.185.599,- 1.805.503,-- 2.485.000,-ft. 48.476.102,-Opbrengst Winst TOTAAL ft. 52.440.000,-ft. 3.963.898,-ft. 52.440.000,- ft. 52.440.000,-Economische criteria

Om de rentabiliteit van deze fabriek beter te kunnen beschouwen, is er gewerkt met twee methodes. De eerste is "return on investment" (ROI)l311, een statische methode, en de tweede is "internal rate of return" (IRR)[311, welke een dynamische methode is.

(a) Return on investment (ROl)

ROI = winst na belasting . 100%

de jaarprodukties, dan krijgt men het volgende overzicht:

Tabel 2 Invloed van produktie en verkoopprijs op Return On Investment (ROl).

100 % produktie, 100 %verkoopprijs (= ft. 380,-) 30,0 90 % produktie, 100 % verkoopprijs 23,7 100 % produktie, 90 % verkoopprijs (= ft. 342,-) -14,9

De basis van deze berekening is 100 % produktie en afzet, wat het nadeel heeft dat er geen rekening gehouden wordt met een doorgaans lagere produktie enJ of afzet in de beginfase. De ROl vertoont daarom meestal een optimistisch beeld.

De ROl van deze fabriek is niet sterk afhankelijk van de produktie (tabel 2), maar wel van de verkoopprijs! Bij een verkoopprijs verlaging van 7,5 % komt men op het "break-even-point" terecht en wordt de ROl nul.

(b) Internal rate of return (IRR)

Bij deze methode worden de jaarlijkse cash-ftows (na belasting) over de looptijd van het project (12 jaar) omgerekend naar de huidige waarde (contante waarde, CW) met een zodanig "return"-percentage (IRR) dat de som van deze verdisconteerde cash-flows gelijk is aan nul. De basisgedachte achter deze methode is, dat de geldstroom die in de looptijd van het project binnenkomt, onmiddellijk geherinvesteerd wordt in projecten met dezelfde IRR als het huidige project.

De cash-flows van deze fabriek zijn als volgt gedefinieerd: Tabel 3 De cash-flows van het fabrieksvoorontwerp.

_ _

IIH

o

-

8.591.250 (investering)

1 - 11 2.576.534

12 2.576.534

+

515.475 (lw)

Iw is het werkkapitaal (ongeveer 6 %[31] van de vaste investering) en kan na de looptijd

De IRR kan dan als volgt worden berekend (iteratief) : CW =

~i

(

CF ) (l+IRR) j

o

(13) CW

= -

8.591.250 +

~i1 (2.576.53~)

+ 2.576.534+515.475 (14) (1 + IRR) J (1 + IRR) 12 waarbij CW : contante waarde CF : cash-flow J : jaar

Beschouwt men nu de IRR bij verschillende situaties, dan krijgt men de volgende tabel; Tabel 4 Internal Rate of Return (IRR) bij fluctuaties in cash-flow en investeringen.

Huidige cash-flow, huidige investering 28,6

75 % van huidige cash-flow, huidige investering 20,1 Huidige cash-flow, 125 % van huidige investering 21,9

De IRR van deze fabriek fluctueert niet sterk met een verandering van cash-flows of het oplopen van de investeringsbedrag. Echter, het is zeer aannemelijk dat het werkelijke investeringsbedrag hoger zal zijn dan het hier berekende investeringsbedrag, en dus geeft de hier berekende IRR waarschijnlijk een te optimistisch beeld.

Conclusie

Verdere research naar de vraag of een hogere belading (hogere enzymconcentratie ) moge-lijk is, is aan te bevelen. Het kostenplaatje van het ontwerp zou er aanzienmoge-lijk rooskleuri-ger uitzien indien dit inderdaad kan. Een biokatalysator met horooskleuri-gere activiteit is weliswaar duurder (opwerking celcultuur en! of meer enzym op een deeltje), maar dit weegt op tegen lagere kosten voor een kleinere reactor en kleinere scheidingskolommen.

Onderzoek naar ionenwisselaars met optimaal rendement voor de scheiding van de reactiecomponenten is aan te bevelen.

Het gebruiken van data uit het 7-ADCA proces kan geleid hebben tot foute aannamen omtrent het ontwerp. Om een meer realistisch ontwerp te krijgen, zou het nuttig zijn meer praktisch onderzoek te verrichten naar de chemische en fysische eigenschappen van

7-ACA.

De gebruikte economische criteria zijn voornamelijk bedoeld om de financiële aspecten van deze fabriek te kunnen vergelijken met die van soortgelijke fabrieken en er moet daarom niet teveel waarde aan de getallen op zich worden gehecht.

De fabriek heeft als voordeel dat het een relatief lage investering nodig heeft. Een nadeel van deze fabriek zijn echter de relatief hoge jaarlijkse kosten (in vergelijking met het investeringsbedrag) . Dit is te zien aan de gevoeligheid van de winst voor (kleine) marktprijs-schommelingen. Een manier om deze gevoeligheid tegen te gaan is om een markt te vinden (of creëren) voor de afzet van amino-adipinezuur.

Literatuur

1 Komatsu K., Fundamentals and application of Cephalosporin C acylase, Baiosaien-su to IndaBaiosaien-sutori, 49 (6), (1991). P 612-616

2 Johann P., The Application of Hydrolases in Organic Synthesis, Chemspec. Europe 93 BACS Symposium, (1993).

3 Tanaka A., Tosa T. en Kobayashi T., Industrial Application of lmmobilized Biocatalysts, Marcel Dekker Inc., (6), (1993). P 67-88

4 Asahi Kasei Kogyo, United States Patent 4079180 (1978).

5 Hano T., et al., Reactive extraction ofCephalosporin C, J. Chem. Eng. Japan, 25, 3, (1992).

6 Atkinson B. en Mavituna F., Biochemical Engineering and Biotechnology Hand-book, 2e _{editie, Stockton Press, (1991).}

7 Vandamme E. J., Biotechnology of Industrial Antibiotics, Marcel Dekker Inc., (1984).

8 Giesecke U, et al., Biocatalytic 7-Aminocephalosporanic Acid Production, Boehrin-ger Mannheim GmbH, (1992).

9 Hartline R.A., Properties and occurence of a-Aminoadipic acid, Methods Enzymol.

113 (1985). P 639

10 Kokai Tokkyo Koho, Gastrointestinal motility enhancers containing glutamic acid antagonists, Japanese patent 03 66,628 [91 66,628]

11 NVV, VI, VNCI, Chemiekaarten, derde editie, (1984).

12 Windholz M., The Merck Index, tenth edition, Merck & Co., Inc., (1983).

13 Rapport lmrrzobilized Penicillin-G-Amidase (PGA) for the Production of 6-aminope-nicillanic acid (6-APA) and 7-aminodeacetoxycephalosporanic acid (7-ADCA),

Boehringer Mannheim GmbH, Biochemical Division, Mannheim, Duitsland, 23-4-1992.

14 Park J.M., C.Y. Choi, Han M.H., The production of 6-amino-penicillanic acid by

a multistage tubular reactor packed with immobilized penicillin amidase, Biotech-nol. Bioengng., 24, (1982). P 1623-1637

15 Carleysmith S.W. en Lilly M.D., Deacylation of benzylpenicillin by immobilized penicillin amylase in a continuous four-stage stirred tank reactor, Biotechnol.

16 Harriso.n F.G. en Gibson E.D., Approaches for reducing the manufacturing costs of

6-aminopenicillanic acid, Proc. Biochem., (1984). p 33-36

17 Hoogendijk P.M.G. en Theyse R., Axial and radialflow impellers - a comparative

study -, TU Delft (1992).

18 Merck & Co., Inc.NC., European Patent 0 405 846 Al, (1991). P 10

19 Perry R.H. en Green D., Perry's chemical engineers' handbook, 6c _editie, Mc-Graw-Hill, Inc., (1984).

20 Rose L.M., Chemical Reactor Design in Practice, hoofdstuk 7, New York, (1981). 21 Janssen L.P.B.M. en Wannoeskerken M.M.C.G., Transport Phenomena Data

Companion, TU Delft, (1987).

22 Lide D.R. (Ed.), Handbook of Chemistry and Physics, 73ste _{editie, CRC Press,}

Florida, USA, (1992).

23 Coulson J.M., Richardson J.F. en Sinnatt R.K., Chemical Engineering, volume 6, Pergamon Press, (1983).

24 T. Hano, M. Matsumoto, T. Ohtake en F. Hori, J. Chem. Eng. Jap., 25, (1992).

P 293-296

25 J.G. Shewale en H. Sivaraman, Penicillin acylase " enzyme production and its

application in the manufacture of 6-APA, Process Biochem., (1989). p 146-153

26 Verkoopgids SERVA Feinbiochemica GmbH & Co. 1984/1985, Heidelberg, Duitsland

27 K. van 't Riet en J. Tramper, Basic Bioreactor Design, Marcel Dekker, Inc., New York, (1991). p 116

28 DACE Prijzenboekje, 16c _{editie, Leidschendam, (1992).}

29 I.J. Dunn, E. Heinzle, J. Ingham en I.E. Prenosil, Biological Reaction

Enginee-ring, VCH Verslagsgesellshaft mbH, Weinheim, Duitsland, (1992).

30 P. Gemeiner, Enzyme Engineering " lmmobilized Enzymes, Ellis Horwood, London, (1992).

33 Blommaert A.M.M., Blommaert J.M.J. en Wytzes H.C., Bedrijfseconomische"

Analyses, 2C _{druk, hoofdstuk 6, (1991).}

34 Bibo B.H., Bos P. en Lemkowitz S.M., Chemical Risk Management, hoofdstuk 8, TU Delft, (1993).

35 Grimwood, S., et al., The pharmacological specificity of NMDA receptors in rat cerebral cortex: correspondence between radioligand binding and electrophysologi-cal measurements, Br. J. Pharmacol., 103 (2), (1991). P 1385-92

36 Olney, J. W., et al., The anti-exicitoxic effects of certain anesthetics, analgesics, and sedative-hypnotics, Neurosci. Lett., 68 (1), (1986). P 29-34

Bijla2e 1

.

Simulatie van 2rafiek in het japanse artikel met behulp van PSIIc

FVO KIN1 Simulatie met inhibitie, zonder produkt decompositie, zonder evenwichts-ligging. "Gewone" Michaelis Menten met inhibitie. Levert niets concreets op. Probleem is dat concentratie altijd en te snel naar nul loopt.

FVO KIN2 Simulatie met 2 maal een inhibitieconstante, zie verder FVO_KINl. "Gewone" Michae1is Menten met inhibitie.

FVO KIN3 Simulatie met invoering van evenwichtsconstante. Op het oog is het systeem na 1 uur op evenwicht. KEQ = [AA]*[ACA]/[CEFC] = 0.020 *

0.020/0.004 = 0,10 [-] waarin resp. [AA], [ACA] en [CEFC] staan voor de concentraties van 2-D-aminoadipine zuur, 7-aminocefalosporine zuur en cefalosporine C in molll. Invoering van een inhibitieconstante voor 7-ACA. Deze is niet gevonden in de literatuur, maar aangezien het proces analoog aan 6-APA produktie loopt is de inhibitie constante voor 6-APA gekozen; K_i=0,15 molll. Dit is zoals gebleken uit een gevoeligheidsanalyse (Indien Ki 10 maal groter en 10 maal kleiner gekozen, dan niet van veel invloed). Fitten van Vmax, bij gekozen KM=4e-3 molll (gemiddelde van de gegeven 3 à 5 mmolIl) levert Vmax=7e-6 mol/(l*s). Na een uur "snelle omzetting", is het systeem op evenwichtsligging van CEFC en 7-ACA. Verlaging van de concentraties ten gevolge van decompositie van de componenten is nog niet meegenomen.

FVO KIN4 Dit model komt heel mooi in de buurt van het grafiekje. Echter in dit model komt de verlaging van CEFC t. g. v decompositie ten goede aan extra 7-ACA vorming. Dit is fysisch niet reëel.

FVO KIN5 Model dat binnen 80% nauwkeurig de gevonden grafiek in [lito 1] fit. Om tegemoet te komen aan het probleem bij FVO _ KIN4 werden alle reactanten beschreven als differentiaal vergelijking en niet deels met elementbalans. Te zien is in de grafiek van [lit. 1], dat de concentraties van 7-ACA en CEFC afnemen in de tijd. Daarom zijn voor alle reactanten decompositie-constanten (Ko) (decompositie via eerste orde) opgenomen. Voor CEFC werd in [lit. 2] gevonden dat Kr, = 1e-4 S-I. Een waarde volgend uit een

scatter plot op logaritmische schaal. Echter in [lit. 1] werd voor CEFC een waarde Ko= 1,4e-6 S-1 gevonden. Het blijkt dat decompositieconstanten

afhankelijk zijn van het medium. Besloten werd dat het, in het kader van een reactorontwerp, nauwkeurig genoeg zou zijn een waarde Ko= 1e-5 S-1 te

kiezen. Hieruit blijkt, na fitten, dat de evenwichtsconstante KEQ een te lage

waarde heeft. Echter in vorige modellen was nog niet meegenomen dat vanaf t=O decompositie plaatsvindt. Na fitten van de CEFC curve blijkt

voor kwantitatieve berekeningen, waarvan verwacht mag worden dat ze binnen 80% nauwkeurig de werkelijkheid benaderen (A.J.J. Straathot). FVO KIN6 In dit model is, uitgaande van FVO_KIN5, gezocht naar een "optimaal"

lage waarde van CEFC in de batch reactor. Door evenwichtsligging kan bij hoge concentratie CEFC, niet alle CEFC omgezet worden in 7-ACA. Dit betekent dat een recycle van het dure CEFC nodig is en aanverwante scheidingsapparatuur, waarbij komt dat ook een deel CEFC verloren zal gaan door decompositie. Mooi zou zijn dit te voorkomen door een dusdanig lage concentratie te kiezen, dat > 98 % van het CEFC wordt omgezet. Zo kan de moeilijke kolomscheiding van CEFC en 7-ACA (precipitatie is niet mogelijk vanwege vrijwel gelijk isoelektrisch punt (pH:=:: 3,5» achterwege blijven. Gevonden werd dat bij [CEFCO] = 0,52 gIl de conversie >98% is en de reactietijd (gelukkig) nog net optimale omzetting naar 7-ACA geeft (>95%). Na 115 minuten reactie levert dit [ACA]=1,192e-3 molll = 0.3242 gIl.

FVO KIN7 In dit model is uitgaande van FVO KIN5, gemodelleerd bij maximale oplosbaarheid van cefalosporine C (50 gil). Deze concentratie is een factor 100 groter dan bij model FVO_KIN6. Door de hogere concentratie Cef C gaat de reactie sneller, echter door evenwichtsligging wordt een lagere omzetting van Cef C gehaald en dus ook een lagere produktie van 7-ACA. De omzetting van Cef C bedraagt ongeveer 62 %, die van 7-ACA 64 %.