关于制药、化妆品和食品行业的超临界介质流程

在生命科学领域，越来越多的工艺处理流程是在介质的超临界状态下完成的。

这些流程的优点是采用对周围环境和产品无害的溶剂，主要采用二氧化碳。制药和生物技术要求在低温和中压条件下工作（产品要求柔和处理）。

在这些应用领域对隔膜计量泵和过程隔膜泵的要求十分特殊。

解决方案

由于 LEWA 的隔膜计量泵和过程泵可满足超临界流程的所有相关要求，因此十分适用于相应工艺流程。

LEWA 泵的优点：

  • 完全无泄漏
  • 用于液化气（制冷设备）的高压泵及其外部设备布局
  • 适用于稀薄，无润滑介质
  • 操作可靠性高
  • 由于泵头运动零件少，因此磨损低，几乎没有颗粒污染物
  • 容易清洁，食品级设计
  • 用于制药领域的卫生型设计（Ra < 0.5 μm 电抛光，ASME BPE）
  • 安装在 GMP 区域/无尘室
  • 材质符合 FDA（美国食品药品管理局）（GRAS：Generally Recognized As Safe）
  • 可安装于防爆区域内
  • 理想的泵头材质，例如哈氏合金，可用于高腐蚀介质
  • 各种接口形式
  • 用户定制阀
  • 质量批准/证明文件
  • 经验证（弗劳恩霍夫 IPA Tested Device®）可用于晶片的清洗

二氧化碳必须在液态下进行输送。由于其气态具有很大的压缩性，因此以气态形式输送较不实用。

应用领域

LEWA 计量泵和过程隔膜泵已经成功用于以下工艺流程：

  • 超临界 CO2 萃取流程（SFE 超临界萃取法），例如脱咖啡因、脱脂、植物提取、也包括油籽、奥米加鱼油、调味料和香料的萃取
  • 介质超临界色谱层析分离（超临界介质色谱层析分离 SFC），也包括旋光物质分离
  • 超临界介质反应 SFR
  • 颗粒成形（例如气态饱和溶液法 PGSS）,诸如用于油脂粉碎的高压喷洒流程、物品烘烤等
  • 清洁流程，例如物质一体化分离流程，例如去除杀虫剂（无水羊毛脂，绵羊油）
  • 细胞分解、失活（柔和杀毒）

工业 scCO2 应用

Supercritical fluids, CO2 Applications

PGSS 工艺流程原理：

  1. 反应物 1 和 2 的保温和熔融
  2. 采用 LEWA 高压泵 P1、P2 和 P3 进行进料和压缩
  3. 用超临界流体与两种反应物在静态混合器中进行混合
  4. 在喷射塔中通过喷嘴对喷射塔进行降压
  5. 熔滴成形
  6. 液滴冷却，颗粒成形
  7. 采用旋风分离器在喷粉塔中生成粉末

说明：PGSS 工艺流程原理

来源：工艺流程技术部门、输送流程、颗粒设计技术、德国波鸿大学

 

Extraction of supercritical fluids, Process scheme

背景说明

超临界介质是指其温度和压力同时超过其临界点的状态的物质（见 CO2 相图）。

物质的临界温度：当高于临界温度时，不论压力多高该物质都不能形成液态。

物质的临界压力：当高于临界压力时，无论温度多高该物质都不能形成气态。

处于超临界状态下的物质具有流体的密度和良好的溶解特性，也包括其粘度、良好的压缩性以及气态的扩散性。

由于他们具有良好的混合和物质传输特性，因此被定义为流体。

超临界介质的重要优点：

  • 安全、性价比高、不影响环境、无毒
  • 可替换有机溶剂
  • 反应参数易于调整
  • 操作环境为低温低压，可应用在制药和生物技术研发领域。

超临界介质的选择标准：

  • 混合物的物理-化学性能
  • 在流程反应中溶剂的作用与其溶解性相关
  • 特定应用领域
  • 安全性（尤其涉及易燃性）在操作条件下的相行为
  • 介质价格
  • 设备费用

最常用的超临界介质是 CO2。

二氧化碳的特性：

  • 临界温度低 (31.1°C)
  • 临界压力 (73 bar) 适中
  • 不可燃
  • 无毒
  • 易于与有机溶剂混合
  • 可回收
  • 比传统溶剂发散快
  • 公认安全
  • 经美国食品药品管理局批准可用于食品和制药行业
  • 对环境无害
  • 成本经济

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