Scale-up von Ultraschallextraktionsverfahren

Um die Produktionskapazitäten zu erhöhen, müssen Extraktionsverfahren auf größere Volumina bzw. höhere Durchsätze skaliert werden. Die ultraschallunterstützte Extraktion ist eine hochwirksame Methode zur Isolierung von Pflanzenstoffen aus Pflanzenmaterial. Außerdem lassen sich Ultraschallanwendungen linear auf größere Volumina skalieren. Mit der Möglichkeit, das Pflanzenmaterial sowohl in Chargen als auch im Durchflussverfahren zu behandeln, bietet die Ultraschallextraktion das ideale Setup für jeden Extrakthersteller – kleinen bis sehr großen Maßstab. Lesen Sie mehr über das einfache und effiziente Scale-up der ultraschallunterstützten Extraktion!

Erweiterung der ultraschallgestützten Extraktion

Die meisten Extraktionsverfahren (z. B. Soxhlet-Extraktion, überkritisches CO2 Extraktion, Mazeration) sind der Engpass, wenn es darum geht, die Steigerung der Produktion von Pflanzenextrakten zu planen. Der Einsatz der Ultraschallextraktion verhindert, dass eine Produktionssteigerung zur Achillesferse des Unternehmens wird. Im Folgenden erfahren Sie, wie sich die ultraschallgestützte Extraktion linear auf jedes Produktionsvolumen skalieren lässt.
Der Zusammenhang zwischen Scale-up und Prozessparametern: Herkömmliche Extraktionstechniken erfordern teure, arbeits- und zeitintensive Forschungsarbeiten, um ein größeres Extraktionssystem für eine Produktionssteigerung zu implementieren, da sich viele Verarbeitungsfaktoren ändern und nicht durchgängig linear an eine größere Produktion angepasst werden können. Dies bedeutet, dass zahlreiche Prozessparameter neu festgelegt werden müssen und die in kleineren Extraktionsanlagen erzielten Extraktqualitäten in einer größeren Produktion oft nicht erreicht werden können.
Das Schöne an der Ultraschallextraktion ist ihre völlig lineare Skalierbarkeit. Diese lineare Skalierbarkeit ermöglicht die Beibehaltung aller wichtigen Prozessparameter wie Amplitude, Temperatur, Druck, Ultraschalleinwirkung (Zeit) und Lösungsmittel/Feststoff-Verhältnis. Die Skalierung eines Ultraschallextraktionsprozesses auf größere Volumina erfordert eine größere Sonotrodenoberfläche. Dies bedeutet, dass die Skalierung durch den Einsatz eines leistungsfähigeren Ultraschallgeräts mit einer größeren Sonotrode (Ultraschallsonde/Horn) oder durch die parallele Installation mehrerer Ultraschallextraktoren erfolgen kann.

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Die botanische Ultraschallextraktion kann leicht auf eine kontinuierliche Beschallung erweitert werden, um die Produktionskapazität zu erhöhen.

Die Ultraschallextraktion im Batch-Betrieb wird meist für kleine bis mittelgroße Produktionen eingesetzt. Das Bild zeigt die Industrielles Ultraschallextraktionsgerät UIP1000hdTdie im Batch- und Durchflussmodus (Inline) betrieben werden kann.

Überwinden Sie den Engpass der Pflanzenextraktion mit Hielscher Ultrasonics! Die Ultraschallextraktion kann linear auf jede Produktionsgröße skaliert werden.

Ultraschallextraktionsverfahren können linear auf jede Produktionskapazität skaliert werden. Ultraschallextraktoren können sowohl im Batch- als auch im Inline-Modus betrieben werden.

Exemplarische Ultraschall-Scale-Up-Szenarien

In einem kontinuierlichen Durchflussaufbau können Sie zum Beispiel Ihre Pflanzenextraktion skalieren, indem Sie 3 2kW-Ultraschall-Extraktoren UIP2000hdT parallel installieren (was 3 Sonotroden und 3 Durchflusszellen erfordert). Damit erhalten Sie eine Ultraschallverarbeitungsleistung von 6 kW.
Alternativ können Sie auch ein einzelnes 6-kW-Ultraschallgerät UIP6000hdT installieren, das mit einer einzigen großen Sonde und einem größeren Durchflusszellenreaktor ausgestattet ist.

Die Vorteile eines parallelen Aufbaus mehrerer Ultraschallextraktoren sind Redundanz, flexiblerer Einsatz (z. B. gleichzeitige Extraktion aus verschiedenen Rohstoffen, da jeder Ultraschallgenerator ein anderes Pflanzenmaterial verarbeiten kann). Dieses Scale-up-Modell ist auch bequem, wenn Sie bereits einen Ultraschallgerätetyp besitzen; das Hinzufügen eines oder mehrerer Geräte desselben Modells ist bequem und kann Ihre Investitionskosten senken.

Die Investition in einen größeren Ultraschallextraktor ist besonders dann sinnvoll, wenn größere Mengen desselben Extrakts auf einmal produziert werden. Ein einzelner größerer Ultraschall-Extraktor ist auch besser geeignet, wenn er in einer Anlage mit begrenztem Platzangebot installiert wird.

Wie man das Scale-Up der Ultraschallextraktion angeht

Für einen effizienten und wirtschaftlichen Extraktionsprozess müssen die Prozessparameter optimiert werden. Eine Optimierung ist dann erreicht, wenn der Prozess auf den höchsten Durchsatz bei geringstem Energieeinsatz abgestimmt ist und gleichzeitig die angestrebte Extraktqualität erreicht wird. Bei einem optimierten Ultraschallverfahren werden Energie, Behandlungszeit und Arbeitskosten so weit minimiert, dass dennoch die höchste Ausbeute und Qualität des Endprodukts erzielt wird.
Die Optimierung des Ultraschallprozesses erfolgt durch das Testen verschiedener Parameterkonfigurationen und die Auswahl der optimalen Parameter für Ihr Rohmaterial. Allgemeine Erfahrungswerte werden in der Regel als Ausgangspunkt verwendet, um schnell zu den individuellen idealen Einstellungen zu gelangen. Versuche zur Ultraschallprozessoptimierung können in kleinen Mengen durchgeführt werden, was den Aufwand reduziert, Material spart und relativ schnell zu den gewünschten Ergebnissen führt.
Hielscher Ultrasonics verfügt über ein gut ausgestattetes Technikum und Labor. Unsere Einrichtung verfügt nicht nur über die gesamte Palette an Labor- und Industrie-Ultraschallgeräten für die Batch- und Inline-Beschallung, sondern auch über hochentwickelte Analysegeräte für eine umfassende Auswertung der Ergebnisse. Unser langjährig erfahrenes, gut ausgebildetes Personal (mit Universitätsabschluss) unterstützt Sie gerne bei der Prozessoptimierung – Wir führen für Sie Ultraschallversuche durch und/oder beraten Sie hinsichtlich der am besten geeigneten Ultraschall-Prozesseinstellungen.

Scale-Up mit Hielscher Ultraschallextraktoren: Schnell, zuverlässig und effizient

Überwinden Sie den Engpass der Extraktion mit Ultraschall!
Ganz gleich, ob Sie Ihre Produktionskapazität im Batch- oder im kontinuierlichen Durchlaufverfahren (Inline) erhöhen wollen, Hielscher Ultrasonics hat den idealen Ultraschallgenerator und das passende Zubehör für größere Produktionskapazitäten. Wir helfen Ihnen auch dabei, Ihre Batch-Extraktion auf einen Inline-Prozess zu übertragen.
Nehmen Sie jetzt Kontakt mit uns auf! Wir freuen uns darauf, Ihre Produktionsanforderungen zu besprechen und Ihnen technische Spezifikationen, ausführliche Anleitungen zum Scale-up der Ultraschallextraktion und entsprechende Vorschläge zu unterbreiten!
Als ersten groben Anhaltspunkt gibt Ihnen die nachstehende Tabelle einen Hinweis auf die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallgeräte:

Batch-Volumen Durchfluss Empfohlenes Ultraschallgerät
1 bis 500ml 10 bis 200ml/min UP100H
10 bis 2000ml 20 bis 400ml/min UP200Ht, UP400St
0.1 bis 20l 0,2 bis 4l/min UIP2000hdT
10 bis 100l 2 bis 10l/min UIP4000hdT
0.3 bis 60L 0.6 bis 12L/min >UIP6000hdT
n.a. 10 bis 100l/min UIP16000
n.a. größere Cluster aus UIP16000

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Ultraschall-Extraktionsanlage mit Sonden-Ultraschallgerät UIP1000hdT und Rührer für die Extraktion von Pflanzen

Sonotrode Ultraschallgerät UIP1000hdT mit Rührwerk zur Herstellung von pflanzlichen Extrakten wie Cannabinoiden (z. B. CBD, THC, CBG)

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Botanischer Ultraschallextraktor UIP4000hdT

UIP4000hdT – 4000 Watt starker Ultraschallextraktor für die Herstellung von Pflanzenextrakten im industriellen Maßstab.



Literatur / Literaturhinweise


Hochleistungs-Ultraschall! Die Produktpalette von Hielscher deckt das gesamte Spektrum vom kompakten Labor-Ultraschallgerät über Tischgeräte bis hin zu vollindustriellen Ultraschallsystemen ab.

Hielscher Ultrasonics fertigt Hochleistungs-Ultraschall-Homogenisatoren vom Labor bis zum voll-kommerziellen Industriemaßstab.