Auf einen Streich

Flüssig-Flüssig-Extraktion ist ein Verfahren, das bei Umgebungstemperaturen mit geringem Energieeinsatz durchgeführt werden kann. Sie konkurriert häufig mit der Rektifikation und ist als Vortrennverfahren dann vorteilhaft einsetzbar, wenn die Komponenten des zu zerlegenden Gemisches thermisch empfindlich sind oder bei höheren Temperaturen unter Bildung störender Nebenprodukte miteinander reagieren (z.B. Antibiotika). Extraktion ist ebenfalls zu empfehlen, wenn die Gemischkomponenten sehr hoch, sehr tief sieden oder sehr eng sieden oder Azeotropgemische bilden, aus einem Flüssigkeitsgemisch gleichzeitig mehrere weit entfernt siedende Stoffe bestimmter Stoffklassen abgetrennt werden sollen oder die abzutrennenden Wert- und Schadstoffe nur in geringen Konzentrationen im Gemisch vorliegen.

Zentrifugen beschleunigen die Flüssig-Flüssig-Trennung zwei nicht-mischbarer Flüssigkeiten durch das auf die Flüssigkeiten wirkende Gravitationsfeld. Besonders gute Separationsergebnisse lassen sich im Zentrifugalfeld bei Beschleunigungskräften von 100 bis 600 g, bei Durchflussmengen von 2 bis 2000 l/min und bei Rotordurchmessern von 5 bis 90 cm erreichen. Die Leistungsfähigkeit der Zentrifuge wird für jedes zu trennende Flüssigkeitspaar vorab bestimmt. Dabei ist zu ermitteln welche Verweilzeit in welchem Beschleunigungsfeld die optimale Trennrate erzeugt. Die Verweilzeit wird stufenlos über die Durchflussmenge geregelt, die Beschleunigungsrate über einen frequenzgesteuerten Rotorantriebsmotor. Nach der Grobkalkulation werden die Parameter eingestellt und die zuvor definierten Betriebspunkte mit dem kleinsten Modell, der Laborzentrifuge, angefahren.

Viele Prozesse benötigen mehr als das einfache Trennen von zwei Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte. Mit den Cinc-Flüssig-Flüssig-Zentrifugen cGMP V5 und V10 kann gleichzeitig gemischt, extrahiert, gewaschen und separiert werden. In besonderen Anwendungen lassen sich auch Feststoffe gezielt im Rotor auskreisen. Es werden Durchflussmengen von bis zu 20 l/min (V5) oder 110 l/min (V10) erreicht. Die FDA- und GMP-gerechten Zentrifugen sind für Inspektions- und Reinigungsarbeiten einfach zu zerlegen. Die Zerlegung einer cGMP V5 braucht nur wenige Minuten, dann liegen alle Oberflächen frei vor und können inspiziert und gereinigt werden. Die benetzten Oberflächen sind elektropoliert und mit abgerundeten Ecken versehen, was die mikrobielle Kontamination minimiert und die Reinigung vereinfacht.

Extraktion, Waschen und Neutralisation können mit der Cinc-Zentrifuge durch das Mischen von mindestens zwei Flüssigkeiten schon vor der eigentlichen Separation in einem Arbeitsschritt durchgeführt werden. Über die zwei Zuläufe werden entweder schon vorgemischte oder zwei ungemischte Flüssigkeiten in den Mischbereich der Zentrifuge geführt. Hier besteht die Möglichkeit, eine High-Mix-Variante für die starke Durchmischung oder eine Low-Mix-Variante für scherkraft-sensitive Flüssigkeiten zu wählen. Zur Feineinstellung dienen die stufenlos einstellbaren Parameter Verweilzeit und Rotationsgeschwindigkeit. Diese Bauweise ermöglicht pro Stufe Verweilzeiten zwischen 30 s und 2 min, je nach Durchflussgeschwindigkeit.

Im sich drehenden Rotor werden die zwei Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte durch die Zentrifugalkräfte getrennt und über den jeweiligen Ablauf abgeleitet. Die Konstruktion der V5- und V10-Zentrifugen bietet gute Misch- und Trenneigenschaften, das System reagiert aufgrund der eingestellten Phasengrenze unsensibel auf Konzentrationsschwankungen im Zulauf und ist so vielseitig einsetzbar. Antriebe und Steuerungen sind für schwierige Anwendungen auch mit Ex-Schutz verfügbar.

Kontinuierliche Trenn-, Wasch- und Extraktionsprozesse benötigen häufig mehrere Stufen, um die gewünschte Produktqualität zu erreichen. In diesen Fällen lassen sich die Zentrifugal-Kontaktoren für mehrstufige Prozesse miteinander verbinden. Da die Abläufe höher liegen als die Zuläufe, sind zwischen den Zentrifugen keine Pumpen erforderlich. Dadurch sinkt der Energieverbrauch speziell bei beheizten Systemen, der Platzbedarf ist gering und die im Kreislauf zu bewegende Produktmenge wird minimiert. Es stehen unterschiedliche Materialien (Edelstahl, Hastelloy, PVDF) zur Verfügung, um auch aggressive Flüssigkeiten verarbeiten zu können. Große Mixer-Settler-Batterien mit zahlreichen Pumpen, Tanks und Füllstandskontrollen können so wirtschaftlich ersetzt werden.

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