Maßstabsvergrößerung von Ultraschallextraktionsprozessen

Um die Produktionskapazitäten zu erhöhen, müssen Extraktionsprozesse auf größere Volumina bzw. höhere Durchsätze skaliert werden. Die ultraschallgestützte Extraktion ist eine hochwirksame Methode zur Isolierung pflanzlicher Inhaltsstoffe aus Pflanzenmaterial. Darüber hinaus lassen sich Ultraschallanwendungen linear auf größere Volumina skalieren. Da das Pflanzenmaterial sowohl chargenweise als auch im Durchflussbetrieb behandelt werden kann, bietet die Ultraschallextraktion jedem Extrakthersteller die passende Anlagenkonfiguration – vom kleinen bis zum sehr großen Produktionsmaßstab. Erfahren Sie mehr über die einfache und effiziente Maßstabsvergrößerung der ultraschallgestützten Extraktion!

Maßstabsvergrößerung der ultraschallgestützten Extraktion

Die meisten Extraktionsverfahren (z. B. Soxhlet-Extraktion, Extraktion mit überkritischem CO₂, Mazeration) bilden den Engpass, wenn eine Steigerung der Produktion pflanzlicher Extrakte geplant wird. Der Einsatz der Ultraschallextraktion verhindert, dass eine Produktionssteigerung zur Achillesferse des Unternehmens wird. Erfahren Sie im Folgenden, wie die ultraschallgestützte Extraktion linear auf jedes Produktionsvolumen skaliert werden kann.
Der Zusammenhang zwischen Maßstabsvergrößerung und Prozessparametern: Bei konventionellen Extraktionsverfahren sind kosten-, arbeits- und zeitintensive Untersuchungen erforderlich, um eine größere Extraktionsanlage zur Produktionssteigerung einzuführen, da sich viele Prozessfaktoren ändern und nicht linear auf einen höheren Durchsatz übertragen lassen. Das bedeutet, dass zahlreiche Prozessparameter neu bestimmt werden müssen. Häufig lassen sich die in kleineren Extraktionsanlagen erzielten Extraktqualitäten im größeren Produktionsmaßstab nicht erreichen.
Der besondere Vorteil der Ultraschallextraktion ist ihre vollständig lineare Skalierbarkeit. Dadurch können alle wichtigen Prozessparameter wie Amplitude, Temperatur, Druck, Ultraschalleinwirkzeit und Lösungsmittel-Feststoff-Verhältnis beibehalten werden. Die Skalierung eines Ultraschallextraktionsprozesses auf größere Volumina erfordert eine größere Sonotrodenoberfläche. Die Maßstabsvergrößerung kann somit durch den Einsatz eines leistungsstärkeren Ultraschallgeräts mit einer größeren Sonotrode (Ultraschallsonde bzw. Ultraschallhorn) oder durch die parallele Installation mehrerer Ultraschallextraktoren erfolgen.
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Beispielszenarien für die Maßstabsvergrößerung von Ultraschallprozessen

In einer kontinuierlichen Durchflussanlage können Sie beispielsweise Ihre Extraktion pflanzlicher Inhaltsstoffe skalieren, indem Sie 3 Ultraschallextraktoren UIP2000hdT mit jeweils 2kW parallel installieren (hierfür werden 3 Sonotroden und 3 Durchflusszellen benötigt). Damit steht Ihnen eine Ultraschallleistung von 6kW für die Verarbeitung zur Verfügung.
Alternativ können Sie ein einzelnes Ultraschallgerät UIP6000hdT mit 6kW installieren, das mit einer einzelnen großen Sonotrode und einem größeren Durchflusszellenreaktor ausgestattet ist.

Die Vorteile einer parallelen Anordnung mehrerer Ultraschallextraktoren sind Redundanz und eine flexiblere Nutzung (z. B. die gleichzeitige Extraktion aus verschiedenen Rohstoffen, da jedes Ultraschallgerät ein anderes Pflanzenmaterial verarbeiten kann). Dieses Modell der Maßstabsvergrößerung ist auch praktisch, wenn Sie bereits einen bestimmten Ultraschallgerätetyp einsetzen. Die Ergänzung um ein oder mehrere Geräte desselben Modells ist unkompliziert und kann Ihre Investitionskosten senken.

Die Investition in einen größeren Ultraschallextraktor eignet sich besonders dann, wenn größere Mengen desselben Extrakts auf einmal hergestellt werden. Ein einzelnes größeres Ultraschallgerät ist auch bei der Installation in einer Produktionsstätte mit begrenztem Platzangebot besser geeignet.

So gehen Sie bei der Maßstabsvergrößerung der Ultraschallextraktion vor

Für einen effizienten und wirtschaftlichen Extraktionsprozess müssen die Prozessparameter optimiert werden. Die Optimierung ist erreicht, wenn der Prozess auf den höchsten Durchsatz bei geringstem Energieeintrag abgestimmt ist und dabei die angestrebte Extraktqualität erzielt wird. In einem optimierten Ultraschallprozess werden Energiebedarf, Behandlungszeit und Arbeitskosten so weit minimiert, dass weiterhin die höchste Ausbeute und Qualität des Endprodukts erreicht werden.
Die Optimierung des Ultraschallprozesses erfolgt durch die Erprobung verschiedener Parameterkombinationen und die schrittweise Eingrenzung auf die für Ihren Rohstoff optimalen Parameter. Allgemeine Erfahrungswerte dienen üblicherweise als Ausgangspunkt, um die individuell ideale Einstellung schnell zu finden. Versuche zur Optimierung des Ultraschallprozesses können mit kleinen Volumina durchgeführt werden. Dies verringert den Aufwand, spart Material und liefert relativ schnell die gewünschten Ergebnisse.
Hielscher Ultrasonics verfügt über ein gut ausgestattetes Technikum und Labor. Unsere Einrichtung bietet nicht nur das gesamte Spektrum an Labor- und Industrieultraschallgeräten für die Beschallung im Chargenbetrieb und im Inline-Betrieb, sondern auch hochentwickelte Analysegeräte zur umfassenden Auswertung der Ergebnisse. Unsere gut ausgebildeten Mitarbeiter mit Hochschulabschluss und langjähriger Erfahrung unterstützen Sie gerne bei der Prozessoptimierung – indem sie Ultraschallversuche für Sie durchführen und/oder Sie zu den am besten geeigneten Anlagenkonfigurationen für Ihren Ultraschallprozess beraten.

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Ob Sie Ihre Produktionskapazität im Chargenbetrieb oder im kontinuierlichen Durchflussbetrieb (Inline-Betrieb) erhöhen möchten: Hielscher Ultrasonics bietet das ideale Ultraschallgerät und das passende Zubehör für größere Produktionskapazitäten. Wir unterstützen Sie auch dabei, Ihre Chargenextraktion auf einen Inline-Prozess umzustellen.
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Zur ersten Orientierung gibt Ihnen die folgende Tabelle einen Überblick über die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallgeräte: