Extraktion mit überkritischen Fluiden im Pharma-, Kosmetik- und Nahrungsmittelbereich

In den Life Science-Sparten wird zum Beispiel bei der Extraktion zunehmend mit Fluiden im überkritischen Aggregatzustand gearbeitet.Der Vorteil dieser Prozesse liegt in der Verwendung von umweltfreundlichen und nicht produktbelastenden Lösungsmitteln, vor allem Kohlendioxid.

Dabei kommt das Arbeiten bei niedrigen Temperaturen und moderaten Drücken den Anforderungen des Pharma & Biotech-Marktes entgegen (Produkt schonend).Die Anforderungen an die Dosier- und Prozess-Membranpumpen für die Extraktion sind bei diesen Anwendungen sehr spezifisch.

Lösungen zur Extraktion mit überkritischen Fluiden

LEWA Dosierpumpen und Prozess-Membranpumpen eignen sich für überkritische Verfahren sehr gut, da sie alle relevanten Anforderungen erfüllen.

Vorteile von LEWA Pumpen bei der Extraktion:

  • Hermetisch dicht
  • Auslegung von Hochdruckpumpen und deren Peripherie für Flüssiggase (Kühlausrüstung)
  • Geeignet für dünnflüssige, nicht schmierende Fluide
  • Hohe Betriebssicherheit
  • Verschleißarm, nahezu keine Partikelkontamination durch wenig bewegte Pumpenkopfteile
  • Gut reinigbar, Lebensmittelausführung erhältlich
  • Für Pharma-Anwendungen hygienic Design möglich (Ra < 0,5 μm elektropoliert, ASME BPPE, EHEDG)
  • Aufstellung in GMP-Bereichen/Reinräumen
  • Materialien FDA konform (GRAS: Generally Recognized As Safe)
  • Aufstellung im explosionsgefährdeten Bereich möglich
  • Optimales Pumpenkopfmaterial, z. B. Hastelloy für hochkorrosive Medien erhältlich
  • Vielfältige Anschlussgeometrien
  • Sonderventile möglich
  • Dokumentation zur Qualifizierung/Validierung
  • Getestet zur Wafer-Reinigung (Fraunhofer IPA Tested Device®)

Zu beachten ist, dass sich das Kohlendioxid im flüssigen Zustand befinden muss, damit es bei der Extraktion gepumpt werden kann. Im gasförmigen Zustand ist dies aufgrund der Kompressibilität nicht sinnvoll.

Einsatzgebiete: Extraktion und andere überkritische Verfahren mit LEWA Pumpen

LEWA Dosierpumpen und Prozess-Membranpumpen werden in den folgenden Verfahren erfolgreich eingesetzt:

  • Extraktion mit überkritischem CO2 (Supercritical Fluid Extraction SFE), wie Entkoffeinierung, Entfettung, Phytoextraktion sowie Extraktion von Ölsaaten, Omega-Fischöl, Aromen und Gewürzen
  • Überkritische präparative Flüssigkeitschromatographie (Supercritical Fluid Chromatography SFC), wie Trennung von optisch aktiven Substanzen
  • Überkritische Flüssigkeits-Reaktion (Supercritical Fluid Reactions SFR)
  • Partikelformation (z. B. Particles from Gas Saturated Solutions PGSS), wie Hochdrucksprühverfahren zur Pulverisierung von Fetten, Backwaren, etc.
  • Reinigungsverfahren, z.B. prozessintegrierte Abtrennung von Substanzen wie Pestizidentfernung (Wollfett, Lanolin)
  • Zellaufschluss, Inaktivierung (Sterilisierung auf schonende Weise)
Pumps and systems for supercritical applications

scCO2-Anwendungen in der Industrie

 

Verfahrensprinzip PGSS:

  1. Temperierung und Aufschmelzung zweier Edukte 1 und 2
  2. Zuführung und Verdichtung mit LEWA Hochdruckpumpen P1, P2 und P3
  3. Vermischung beider Endprodukte mit überkritischem Fluid in einem statischen Mischer (SM)
  4. Entspannung in einem Sprühturm (SP) durch eine Düse
  5. Tröpfchenbildung
  6. Abkühlung der Tröpfchen und Partikelbildung
  7. Gewinnung des Pulvers im Sprühturm mit Zyklon (ZK)
Pumps and systems for supercritical applications

Grafik: Verfahrensprinzip PGSS

Quelle: Lehrstuhl für Verfahrenstechnik, Transportprozesse, Partikeldesign und - technologie, Universität Bochum

Hintergrund zu überkritischen Fluiden

Ein „überkritisches Fluid“ ist eine Substanz, deren Temperatur und Druck gleichzeitig über ihrem kritischen Punkt liegen (vgl. p,T-Diagramm CO2).

Kritische Temperatur ist die Temperatur, über der die Substanz nicht mehr flüssig sein kann, unabhängig von der Höhe des Drucks.

Kritischer Druck ist der Druck, über dem die Substanz nicht mehr gasförmig sein kann, unabhängig von der Höhe der Temperatur.

Überkritische Fluide haben Dichte und gutes Lösungsvermögen von Fluiden sowie Viskosität, gute Kompressibilität und Diffusionsvermögen von Gasen. Aufgrund der guten Misch- und Massetransfer-Eigenschaften werden sie als Fluid bezeichnet.

Wesentliche Vorteile überkritischer Fluide z. B. bei der Extraktion:

  • Sicher, kostengünstig, umweltfreundlich, ungiftig
  • Können organische Lösemittel bei der Extraktion ersetzen
  • Gute Einflussnahme über geringe Veränderungen der Betriebsbedingungen
  • Betriebsbedingungen unter niedriger Temperatur und Druck machen sie attraktiv für Forschung und Entwicklung im Bereich Pharma & Biotech

Auswahlkriterien des passenden überkritischen Fluids:

  • Physikalisch-chemische Eigenschaften der gewünschten Mischung
  • Aufgabe des Lösungsmittels im Prozess in Bezug auf Lösungsvermögen
  • Spezifische Anwendung
  • Sicherheit insbesondere bezgl. Entflammbarkeit, Phasenverhalten unter Betriebsbedingungen
  • Kosten des Fluids
  • Kosten der Ausstattung

Das am häufigsten zur Extraktion eingesetzte überkritische Fluid ist CO2.

Eigenschaften von Kohlendioxid:

  • Niedrige kritische Temperatur (31,1°C)
  • Moderater kritischer Druck (73 bar)
  • Nicht entflammbar
  • Ungiftig
  • Mischbar mit organischen Lösungsmittel
  • Nach Verarbeitung rückgewinnbar
  • Diffundiert schneller als konventionelle flüssige Lösungsmittel
  • GRAS-Status
  • Von der FDA zum Einsatz in Lebensmittel und Pharma freigegeben
  • Umweltfreundlich
  • Kostengünstig

Branchen

Pumpen und Anlagen für die Produktion von Kosmetik

Prozesse mit höchsten Qualitäts- und Hygieneanforderungen, z. B. GMP oder die Vermeidung von Konservierungsstoffen benötigen dafür passendes Equipment. Wir unterstützen Sie bei der Auswahl und der Auslegung von hygienegerechten Komponenten und Systemen bei der Produktion von Kosmetik. Nehmen Sie Kontakt zu unseren Experten auf und lassen Sie sich beraten – wir entwickeln gemeinsam maßgeschneiderte Dosierlösungen für Ihr Verfahren, z. B. zur Herstellung von Kosmetik.

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Pumpen und Systeme für Pharma, Life Sciences und Biotechnologie

Als führender Hersteller von Pumpen und Pumpensystemen für Pharmaindustrie, Life Sciences und Biotechnologie unterstützt Sie LEWA bei der Entwicklung von kompletten Lösungen, die genau zu Ihren Prozessanforderungen passen. Bei der Herstellung von Pharmazeutika ist spezielles Know-how gefragt, um z. B. die gesetzlichen Anforderungen gewährleisten zu können. Sicherheit der Herstellung, Dokumentierung und Qualifizierbarkeit sind oberstes Gebot.

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Pumpen und Anlagen für die Getränke- und Lebensmittelindustrie

LEWA unterstützt Hersteller von Lebensmitteln und Getränken sowie deren Anlagenbauer mit Pumpen und Systemen zum Homogenisieren, Dispergieren und bei anderen Verarbeitungsprozessen in der Lebensmittelindustrie. Wir planen mit Ihnen alle wesentlichen verfahrenstechnischen Operationen wie Fördern, Dosieren, Mischen, Heizen und Kühlen, um Ihr Rohprodukt in einem wirtschaftlichen Prozess zu bearbeiten.

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Produkte

LEWA ecoflow® Membrandosierpumpe

LEWA ecoflow ist die innovative und universelle Dosierpumpe mit Membranschutzsystem DPS im bewährten Baukastensystem. Für zahlreiche Anwendungen geeignet ist die ecoflow unser echter Allrounder, auf den Kunden aus allen Branchen vertrauen.

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LEWA ecoflow® sanitary/hygienic Membrandosierpumpe

LEWA ecoflow ist auch im sanitary/hygienic erhältlich. Die Dosierpumpe für hygienische Anwendungen hat die selben Allrounder-Eigenschaften und erfüllt dabei noch alle Vorgaben für Pharma- und Lebensmittelproduktion.

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LEWA ecodos® mechanische Membrandosierpumpe

Die LEWA ecodos ist die absolut sichere, optionsreiche und wirtschaftliche Dosierpumpe insbesondere wenn eine hydraulische Membrananlenkung nicht gewünscht ist. Auch hier vertrauen wir auf unser bewährtes Baukastensystem, um Ihnen die optimale Pumpe auszulegen.

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LEWA Laborpumpe FC

Dosierpumpen für kleinste Förderströme. Die Mikrodosierpumpe FC für Drücke bis zu 400 bar wurde speziell für Labor und Technikum entwickelt.

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LEWA ecoflow® Prozesspumpe für Hochdruckanwendungen

Die innovative ecoflow Membran-Prozesspumpe zeigt ihre Stärken bei Hochdruckanwendungen in den Branchen Öl und Gas, Raffinerie und Petrochemie, bis hin zu den sensiblen Bereichen Pharma, Biotechnologie, Lebensmittel- und Getränkeherstellung.

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LEWA triplex® Prozesspumpe für Hochdruckverfahren

Die LEWA triplex Prozess-Membranpumpe gehört zu den weltweit kompaktesten Pumpen für Hochdruckverfahrenund lässt sich auch bei kritischen Platzverhältnissen auf kleinstem Raum aufstellen. Das Powerpaket überzeugt bei zahlreichen Hochdruckverfahren in verschiedenen Industrien.

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Kundenspezifische Dosier-, Misch- oder Abfüllanlagen von LEWA

Kundenspezifische Batch-/Konti-Anlage für Ihren Produktionsprozess. Dosieren, Mischen, Abfüllen, Trennen, Temperieren – den passenden verfahrenstechnischen Ablauf erarbeiten wir gerne mit Ihnen und produzieren dazu die passende Anlage für Ihre Produktion – bis hin zum Endprodukt.

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Kundenspezifische Dosiersysteme von LEWA

Anschlussfertiges Dosiersystem im Regelkreis mit Überwachung und Plausibilitätsprüfung. Ihr individuell konfiguriertes Dosiersystem mit einer optimal abgestimmten Pumpe zur Flüssigkeitsdosierung in automatisierten Prozessen.

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HMD Kontro dichtungslose magnetgekuppelte Kreiselpumpen

HMD/Kontro dichtungslose magnetgekuppelten Kreiselpumpen sind die erste Wahl für das Fördern von giftigen, aggressiven, leicht brennbaren, übelriechenden, explosiven und wertvollen Fluiden. Der Schutz von Förderfluid, Mensch und Umwelt steht hier besonders im Fokus.

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Sundyne Ansimag dichtungslose Magnet-Kreiselpumpe

Die dichtungslose Magnet-Kreiselpumpe Ansimag ist einfach in ihrer Konstruktion, aber wirkungsvoll im Einsatz. Alle fluidberührten Teile sind mit ETFE ausgekleidet. So ist die Förderung von verschiedensten Fluiden, auch von aggressiven Säuren und Lösungen, bis hin zu einer Temperatur von 121 °C möglich. Die Ansimag-Serie erfüllt den ASME / ANSI B73.3-Standard für dichtungslose Magnet-Kreiselpumpen.

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