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Bild: AdobeStock − vladk213

  • Das wirtschaftliche Interesse an Cannabis als Arzneimittel wächst, seit es in vielen Ländern als Heilmittel freigegeben ist – in Deutschland seit März 2017.
  • Um die für medizinische Anwendungen relevanten Wirkstoffe THC und CBD zu gewinnen, sind Trennverfahren gefordert, die diese Stoffe ohne thermische Schädigung destillativ aufreinigen können.
  • Die vorgestellten Kurzweg- und Dünnschicht-Destillationsanlagen trennen Stoffgemische schonend, indem sie die Verweildauer und den Einfluss hoher Temperaturen im Prozess reduzieren.

Um ungewünschte Strukturveränderungen zu vermeiden, ist eine schonende Aufreinignung der hitzeempfindlichen Produkte wichtig. Mit den beschriebenen Destillationsverfahren können solche hochsiedenden Stoffgemische ohne thermischen Schaden getrennt werden, Mittlerweile ist Cannabis als Medizin in vielen Ländern als Heilmittel freigegeben, damit steigt das wirtschaftliche Interesse an diesem Produkt. In Deutschland darf es seit März 2017 verschrieben werden. Dadurch wächst auch hierzulande die Nachfrage nach Arzneimitteln aus den Extrakten der Pflanze.

Die Hanfpflanze ist vielseitig verwendbar, aus ihren Teilen lassen sich beispielsweise folgende Produkte gewinnen: Die gepressten Samen werden zu Mehl für Lebensmittel, Speiseöle, Ölfarben, Schmierstoffe und Reinigungsmittel verarbeitet. Die Pressrückstände werden für Futtermittel verwendet, die Stängel gelangen als Fasern in Textilien und Seile. Aus dem Blütenstand der Samen wird letztlich das Harz gewonnen, das als Arzneimittel, aber auch als Genuss- oder Rauschmittel (Marihuana; Haschisch) dient.

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Dünnschichtverdampfer-Anlage Typ RF30 in GMP-Ausführung.

Breites Wirkspektrum der Cannabinoide

Die für medizinische Anwendungen interessanten Bestandteile sind die Cannabinoide, insbesondere Tetrahydrocannabinol (THC) und Cannabidiol (CBD). Diese Wirkstoffe liegen je nach Pflanzensorte in unterschiedlichen Konzentrationen vor.
THC zeigt berauschende Wirkung, ist psychoaktiv und wird beispielsweise zur Behandlung von Allergien, in der Schmerztherapie, bei Angststörungen, Essstörungen, Migräne und auch in der Krebstherapie eingesetzt.

CBD wird auch in Nahrungsmitteln und Kosmetika verwendet. Es ist nicht psychoaktiv, fördert aber dennoch die Reaktion des Nervensystems im menschlichen Körper, indem es schmerzstillend und entzündungshemmend wirkt und als Stimmungsaufheller dient.

Neben THC und CBD sind weitere Komponenten in den Ausgangsprodukten zu finden. Hanföl enthält z. B. gesättigte Fettsäuren, Beta-Carotin, Omega-3-Fettsäuren und Vitamin E.

 Kurzweg-Destillation als schonendes Trennverfahren

Zur Trennung der Wirkstoffe THC und CBD von Verunreinigungen werden schonende Verfahren benötigt, welche die empfindlichen Stoffe ohne thermische Schädigung destillativ aufreinigen können. Als Trennverfahren für diese hochsiedenden Stoffgemische, und im besonderen Maße für hitzeempfindliche Produkte, hat sich die Dünnschicht- oder Kurzwegdestillation bewährt. Sie trennt die entsprechenden Stoffgemische in einen schwer flüchtigen Rückstand und ein leichter flüchtiges Destillat.

Die Hitzeeinwirkung während der Destillation kann bei sensiblen Stoffen zu unerwünschten Strukturveränderungen, wie Zersetzung und Polymerisation führen. Daher sind verfahrenstechnische Maßnahmen notwendig, die die Ursachen für diese Veränderungen weitgehend ausschalten, indem sie die Verweildauer und den Einfluss hoher Temperaturen minimieren.

Die Aufenthaltszeit für thermosensible Stoffe in der heißesten Zone, der Verdampfungszone, verkürzt sich dadurch, dass ein Wischsystem das zu verdampfende Produkt auf der Verdampferoberfläche zu einem dünnen Film verteilt. Somit befindet sich im Verdampfer ein sehr geringes Produktvolumen, woraus eine entsprechend kurze Verweilzeit von wenigen Sekunden resultiert. Das Wischsystem schafft gleichzeitig ideale Bedingungen für den Stofftransport und den Wärmeübergang.
Der Siedepunkt eines Stoffes wird durch Anlegen eines Unterdrucks verringert. Mit fallender Temperatur nimmt die Zersetzungsrate thermisch empfindlicher Stoffe überproportional ab. Bei einer Destillation im sogenannten Feinvakuum, bei einem Druck von nur 0,001 mbar, lässt sich der Siedepunkt um bis zu 250 °C senken. Damit eine Destillation bei diesem Vakuum möglich wird, muss der Verdampfer bestimmte konstruktive Anforderungen erfüllen. Diese werden in sogenannten Kurzweg-Destillationsanlagen umgesetzt.

Mithilfe dieser Anlagen können THC und CBD aus der Hanfpflanze gewonnen werden. Die dafür notwendigen Prozessschritte des thermischen Trennverfahrens werden hier umgesetzt. Zunächst werden die leicht löslichen und leicht flüchtigen Wachse sowie andere Sumpfprodukte von der Pflanze getrennt. Danach wird das Produkt durch Kurzwegdestillation erhitzt, schließlich werden THC und CBD im Dünnschichtverdampfer mit Rektifikationskolonne getrennt.

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Trennschritte für THC und CBD im Kurzweg-Destillationsverfahren und Dünnschichtverdampfer. (Bilder: UIC)

Modular, kompakt und flexibel  konzipierte Bauweise

Neben den beschriebenen Prozessbedingungen erfüllen die Kurzweg-Destillationsanlagen auch weitere, für den wirtschaftlichen und sicheren Betrieb einer Destillationsanlage, wichtige Faktoren: Die Anlagen sind leicht zu bedienen und Anpassungen an geänderte Aufgabenstellungen können rasch vorgenommen werden. Die Anlagen sind modular konzipiert und der Platzbedarf ist durch eine kompakte Bauweise miminiert. Um größtmögliche Flexibilität zu erreichen, können die Anlagen auch verfahrbar produziert werden.

Die Kurzwegdestillatoren des Herstellers arbeiten in einem Druckbereich zwischen 0,001 bis 1 mbar, die Beheizung erfolgt durch Thermalöl oder Heizdampf als Wärmeträgermedium. Die Verdampfer bestehen aus Borosilikatglas, Edelstahl oder Hastelloy, Sonderstähle sind verfügbar. Die Größe der Heizflächen kann von 0,01 bis 75 m2 oder größer angepasst werden. Einspeisemengen von 1 kg bis 10  t/h wurden bereits realisiert. Durch die modulare Bauweise der Anlagen lassen sich die notwendigen Funktionsgruppen leicht austauschen oder ergänzen und damit kundenspezifische Anwendungen umsetzen. Durch standardisierte Komponenten verkürzen sich zudem Lieferzeiten.

 

Achema Halle 5.1 – A76

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