Mehrphasige Gemische trennen

Mathias Vornefeld

Die Abbildung zeigt einen Querschnitt der ACC-Zentrifuge von Cinc. Über die zwei Zuläufe gelangen entweder schon vorgemischte oder zwei ungemischte Flüssigkeiten in den Mischbereich der Zentrifuge. Es besteht die Möglichkeit eine High Mix-Variante für die starke Durchmischung oder eine Low Mix-Variante für Scherkraft sensitive Flüssigkeiten zu wählen. Die Feineinstellung erfolgt über die Parameter Verweilzeit und Rotationsgeschwindigkeit. Die Bauweise ermöglicht Verweilzeiten von 30 bis 120 s pro Stufe, je nach Durchflussgeschwindigkeit. Die zwei Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte gelangen von unten in den Rotor, werden durch die Zentrifugalkräfte getrennt und über den jeweiligen Ablauf (schwere oder leichte Phase) abgeleitet. Diese Konstruktion bietet gute Misch-, Extraktions- und Trenneigenschaften, das System reagiert aufgrund der eingestellten Phasentrenngrenze unsensibel auf Konzentrationsschwankungen im Zulauf und ist so vielseitig einsetzbar. Direktantriebe und Steuerungen sind auch für EEx de II C T4-Bedingungen verfügbar. Die ACC-Zentrifuge deckt Volumenströme von 0,1 bis 40000 l/h, in Materialien von Edelstahl bis Hastelloy, bei unterschiedlichen Oberflächenpolierungen ab. Der variable Einsatz von Wehrscheiben in der schweren Phase erlaubt ein einmaliges anpassen an die Dichtedifferenz der Flüssigkeiten. Die ACC erreicht bei geringen Drehzahlen 100 bis 1000 g.

Die Zentrifugal-Kontaktoren können für mehrstufige Prozesse miteinander verbunden werden. Da die Abläufe höher liegen als die Zuläufe sind zwischen den Zentrifugen keine Pumpen notwendig. Zum Beispiel braucht ein mehrstufiger Gegenstrom Waschprozess nur eine Pumpe für jeden Flüssigkeitsstrom. Durch diese Eigenschaften können große Mixer-Settler-Batterien ersetzt werden. Der Energieverbrauch speziell bei beheizten Systemen wird reduziert und der Platzbedarf sowie die im Kreislauf befindliche Produkt- und Lösemittelmenge ist geringer.

Der Rotor der ACC-Zentrifuge ist zylindrisch und in vier Segmente unterteilt. Die Selbstreinigung erfolgt durch Spritzdüsen auf einer hohlen Rotorwelle. Sie entspricht den cGMP sowie den FDA-Anforderungen. Das spezielle Design ermöglicht es die zylindrische Rotorwand einfach abzunehmen um den Rotor zu reinigen. Dieses Design für Volumenströme bis 114 l/min ermöglicht auch die inneren Oberflächen des Rotors entsprechend den Erfordernissen zu polieren und nach mehrjährigem Gebrauch erneut zu überarbeiten. Ein automatisierter Reinigungszyklus ist sinnvoll, wenn sich viele Feststoffe abscheiden oder regelmäßig geerntet werden sollen.

ACC-Zentrifugen werden bevorzugt in FDA-Prozessen eingesetzt, zum Beispiel zur Abtrennung von Zellmaterial in einem Fermentationsprozess. Eine Escherichia coli-Fermentation erzeugt interzellular das gewünschte Produkt. Die unauflösbare Fraktion wird von der Brühe abgetrennt. Die übrigen Zellen werden in einer denaturierenden Pufferlösung aufgelöst, mit einem organischen Lösemittel gemischt und der ACC-Zentrifuge zugeführt. Die Separation der drei Phasen erfolgt im Rotor der Zentrifuge wobei das leichte organische Lösemittel den Wertstoff aus der wässerigen Phase herauslöst und über den Ablauf der leichten Phase aus der Zentrifuge austritt. Dieser Volumenstrom kann für eine hohe Aufkonzentrierung im Kreis geführt oder einer weiteren Zentrifuge für einen folgenden Extraktionsschritt zugeführt werden. Die ausgelaugten Zellen sind gelartig und besitzen eine Dichte zwischen der von Wasser und Lösemittel. Sie sammeln sich als zylindrische Wand in der Phasentrenngrenze an und werden diskontinuierlich durch den CIP-Vorgang ausgespült. Die Reinigungsintervalle und die Reinigungszeit lassen sich dabei individuell einstellen. Am Ende des Batches wird die Zentrifuge komplett mit einer alkalischen Lösung geflutet. Eine Zerlegung ist nur bei Wartungs- und Inspektionsarbeiten erforderlich. In der ACC-Zentrifuge konnte eine 100%ige Phasentrennung erreicht werden. Tellerseparatoren produzieren in diesem Anwendungsfall eine leichte Phase die mit 5% der schweren Phase und der Feststoffe kontaminiert ist. Die Zentrifuge produziert eine um 15% höhere Proteinreinheit im Zwischenprodukt.

E cav 288