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 BPE)
    • 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)
    Überkritische Fluide, CO2 Anwendungen

    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)
    Extraktion mit überkritischen Fluiden, Prozessschema

    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

    Produkte

    LEWA ecoflow Membrandosierpumpe

    LEWA ecoflow Membrandosierpumpe

    Die Membrandosierpumpe ecoflow® von LEWA ist ein echter Allrounder im Bereich Dosieren und Mischen und findet in allen Industrien Anwendung.

    LEWA ecoflow sanitary/hygienic

    LEWA ecoflow sanitary Pumpe für Lebensmittel

    Die Membrandosierpumpe ecoflow® in der sanitary/hygienic Ausführung ist die ideale Pumpe für Lebensmittel und Pharma-Produkte.

    LEWA ecodos mechanische Membranpumpe

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    Die mechanische Membrandosierpumpe ecodos® von LEWA ist für alle Förder- und Dosieraufgaben im Niederdruckbereich geeignet.

    LEWA Laborpumpe FC

    LEWA Laborpumpe FC

    Kleinste Förderströme und präzise Dosierung machen die LEWA Mikrodosierpumpe der Baureihe FC als Laborpumpe zur ersten Wahl.

    LEWA ecoflow Prozess-Membranpumpe

    LEWA ecoflow Hochdruckprozesspumpe für die Verfahrenstechnik

    Die LEWA ecoflow Prozess-Membranpumpe ist die Nummer eins unter den innovativen und universellen Prozesspumpen für Hochdruckverfahrenstechnik.

    LEWA triplex Prozesspumpe

    LEWA triplex Hochdruckpumpe für die Verfahrenstechnik

    LEWA triplex ist die weltweit kompakteste Prozesspumpe für Hochdruckverfahren in allen Industriebereichen. Kontaktieren Sie uns, wir beraten Sie gerne!

    HMD Kontro

    HMD Kontro Zentrifugalpumpe

    HMD/Kontro dichtungslose magnetgekuppelten Kreiselpumpen bieten hervorragende Vorteile für das Fördern von giftigen, aggressiven, leicht brennbaren, übelriechenden, explosiven und wertvollen Fluiden.

    Sundyne Ansimag

    Ansimag dichtungslose Magnetkreiselpumpe

    Die dichtungslose Magnet-Kreiselpumpe Ansimag ist einfach in ihrer Konstruktion, aber wirkungsvoll im Einsatz. Die Behandlung verschiedenster Fluide ist möglich.

    Kundenspezifische Anlagen

    LEWA Dosier- und Mischanlage

    LEWA entwickelt für Sie komplette Anlagen zum Dosieren, Mischen und Abfüllen von Fluiden. Nehmen Sie Kontakt mit uns auf und lassen Sie sich beraten!

    Kundenspezifische Dosiersysteme

    LEWA Dosiersystem

    Sie erhalten bei LEWA individuelle Dosiersysteme nach Ihren Vorgaben. Vertrauen Sie auf die Erfahrung aus 60 Jahren Dosiertechnik in verschiedenen Branchen.

    Chemineer Rührwerke

    Chemineer Rührwerke

    Chemineer Rührwerke bieten ein breites Spektrum von Turbinenrührwerken bis hin zu Rührflügeln. Diese sind in fast allen Prozessen, welche Flüssigkeits- oder Gasagidation erfordern, einsetzbar.

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