Wie kann die Molekulardestillation mit abgekratztem Film die Produktqualität verbessern?

Grundlagen des Wirkprinzips der Schmierschicht-Molekulardestillation

Bildung von Dünnfilmen und molekulare Trennmechanismen

Bei der Molekulardestillation mit Schmierschicht werden Verbindungen getrennt, indem das Zulaufmaterial als extrem dünner Film (etwa 0,1 bis 0,5 mm dick) auf einer heißen Verdampferoberfläche innerhalb einer Kammer mit sehr niedrigem Druck, unter 1 Millibar, verteilt wird. Die geringe Dicke dieser Schicht führt zu einer viel größeren freigelegten Oberfläche, wodurch die Verdampfung bei Temperaturen erfolgen kann, die um 40 bis 60 Prozent niedriger liegen als bei herkömmlichen Destillationsverfahren. Als Nächstes geschieht Folgendes: Leichtere Moleküle verdampfen bevorzugt und müssen nur etwa 10 Zentimeter zurücklegen, bis sie auf einen nahegelegenen Kondensator treffen. Inzwischen verbleiben die schwereren Bestandteile als Rückstand. Da die Moleküle nur kurze Wege zurücklegen müssen und der Prozess auf so feiner Ebene abläuft, eignet er sich besonders gut für die Behandlung von Substanzen, die bei Erhitzung leicht zerfallen, wie bestimmte Vitamine, Cannabiskomponenten und verschiedene ätherische Öle. Dadurch bleiben diese wertvollen Materialien während des gesamten Trennprozesses erhalten.

Rolle der Wischer bei der Verbesserung des Wärme- und Stoffübergangs

Mechanische Wischer, die sich mit etwa 300 bis 500 Umdrehungen pro Minute drehen, erneuern kontinuierlich die Oberfläche des Flüssigkeitsfilms, verhindern, dass dieser stagniert, und halten die Schichtdicke unter etwa 0,3 Millimeter. Diese Bewegung verbessert den Wärmeübergang tatsächlich um 30 % bis 50 % im Vergleich zu ruhenden Systemen. Zudem verringert sie den sogenannten Grenzschichtwiderstand, wodurch der Stoffübergang viel schneller erfolgt, manchmal sogar fünfmal so schnell. Bei leicht oxidierbaren Substanzen wie den Omega-3-Fettsäuren in Fischölergänzungsmitteln ist diese Art der Anordnung besonders wichtig. Eine schnelle und gleichmäßige Erwärmung über die gesamte Charge hinweg hilft, den Abbau empfindlicher Verbindungen zu verhindern, und sorgt für eine stabile Produktqualität über verschiedene Produktionsdurchläufe hinweg.

Strömungsdynamik und Vakuumumgebung im Verdampfer

Die Wirbelfilmdestillation funktioniert am besten bei sehr niedrigen Drücken, typischerweise zwischen 0,001 und 0,1 Millibar. Diese drastische Verringerung des Umgebungsdrucks senkt die Siedepunkte um etwa 70 %, sodass selbst Stoffe, die normalerweise hohe Temperaturen erfordern, bereits bei nur 50 Grad Celsius verdampfen können. Das System erzeugt diese Bedingungen, indem der Druck gesenkt wird, wodurch sich zwangsläufig die Häufigkeit verringert, mit der Moleküle aufeinandertreffen. Spezielle Kanalgestaltungen sorgen dafür, dass der Dampf gleichmäßig durch die Anlage strömt, wobei eine laminare Strömung mit Reynolds-Zahlen unterhalb von 100 aufrechterhalten wird. Was diesen Prozess besonders auszeichnet, ist die äußerst kurze Kontaktzeit, während der die Materialien Wärme ausgesetzt sind – gewöhnlich weniger als 10 Sekunden insgesamt. Im Vergleich zu herkömmlichen Chargenverfahren, bei denen Produkte über deutlich längere Zeiträume Hitze ausgesetzt sind, erhält dieses Verfahren empfindliche Bestandteile wie Terpene in ätherischen Ölen besser erhalten. Hersteller schätzen dies besonders, da sowohl die Produktqualität als auch die Produktionseffizienz erhalten bleiben, ohne dass Kompromisse eingegangen werden müssen.

Verhinderung thermischer Degradation durch Niedrigtemperatur- und Kurzzeit-Behandlung

Wie eine kurze Verweildauer hitzeempfindliche Verbindungen schont

Dank des kontinuierlichen Abstreifsystems verbleiben die Materialien insgesamt nur 12 bis 15 Sekunden im Verdampfer. Das ist deutlich besser als bei älteren Verfahren, bei denen Proben Minuten oder sogar Stunden lang belassen werden mussten. Die kurze Einwirkdauer trägt maßgeblich dazu bei, empfindliche, besonders wertvolle Inhaltsstoffe wie Terpene und verschiedene Vitamine vor dem Zerfall zu schützen. Wenn sich der Film gleichmäßig auf den Oberflächen ausbreitet, entstehen keine störenden Hotspots, die das gesamte Ergebnis beeinträchtigen könnten. Dadurch erhält jeder Batch nahezu die gleiche Wärmebehandlung, wodurch unsere wertvollen Moleküle während des Prozesses erhalten bleiben. Hersteller schätzen dies, da es zu zuverlässigeren Ergebnissen führt, ohne die Qualität zu beeinträchtigen.

Vakuumgestützte Verdampfung bei niedriger Temperatur für Produkt Stabilität

Durch Betrieb unterhalb von 0,001 mbar senkt das System die Siedepunkte um mehr als 60%im Verhältnis zu atmosphärischen Bedingungen – wodurch Verbindungen mit einem atmosphärischen Siedepunkt nahe 300 °C bereits unterhalb von 120 °C verdampfen können. Dieser schonende Phasenübergang erhält bioaktive Bestandteile wie Antioxidantien und ätherische Öle, was Anwendungen zugutekommt, die ≥95 % Erhaltung der Bioaktivität (Thermal Processing Report 2025).

Fallstudie: Schutz bioaktiver Inhaltsstoffe in der pharmazeutischen Industrie

Ein Testlauf im Jahr 2024 bei einem Unternehmen für Cannabis-Extraktion zeigte deutliche Verbesserungen durch die Einsatz von Schichtdestillation mit Rührfilmverdampfer. Durch die Senkung der Prozesstemperatur von 180 °C auf 85 °C und die Verringerung der Einwirkzeit von 45 Minuten auf unter 30 Sekunden wurden folgende Ergebnisse erzielt:

• 98,2 % Erhaltung der Cannabinoide (gegenüber 72 % bei der Rotationsevaporation)
• Ausschluss thermischer Nebenprodukte wie CBN aufgrund ungewollter THC-Zersetzung
• 40 % höhere Terpenerückgewinnung im Vergleich zu Fallfilm-Systemen

Diese Leistung hat dazu geführt, dass 8 von 10 führenden Herstellern von Nahrungsergänzungsmitteln das Verfahren zur Reinigung mariner Lipide und pflanzlicher Extrakte einsetzen.

Erreichen hoher Reinheit und effizienter Trennung durch präzise Destillation

Molekulare Trennung unter Hochvakuum für überlegene Reinheit

Die reißfilmmolekulare Destillation funktioniert am besten bei sehr niedrigen Drücken, typischerweise unter 0,001 mbar. Das Verfahren trennt Stoffe anhand minimaler Unterschiede in ihrem Dampfdruck, manchmal nur 0,01 Pa. Besonders an dieser Methode ist, dass sie Verbindungen, die nahezu bei identischen Temperaturen sieden, ohne starke Erhitzung voneinander trennen kann. Das Ergebnis? Reinheiten, die oft über 99,5 % liegen – ein Wert, den viele pharmazeutische Unternehmen für ihre Produkte vorschreiben. Laut einigen kürzlich im Separation Science Journal veröffentlichten Studien aus dem letzten Jahr reduziert diese Technik den thermischen Abbau um etwa 72 % im Vergleich zu herkömmlichen Destillationsverfahren.

Abwägung zwischen Destillat-Reinheit und Prozesseffizienz

Die optimale Leistung hängt von der präzisen Steuerung dreier Schlüsselparameter ab:

• Vorschubgeschwindigkeit : Aufrechterhalten bei 0,5–2 L/h pro m² Verdampferoberfläche
• Temperaturgradient : Kontrolliert innerhalb von 5 °C/cm, um vorzeitige Kondensation zu vermeiden
• Wischergeschwindigkeit : Auf 300–400 U/min eingestellt, um eine gleichmäßige Filmaufbringung zu gewährleisten

Mit diesen Einstellungen erreichen Verarbeiter eine Rückgewinnung von 85–92 % hochwertiger Verbindungen und erfüllen gleichzeitig strenge Reinheitsanforderungen – deutlich besser als herkömmliche Systeme, die typischerweise 60–75 % erreichen.

Re-Destillationsverfahren zur Maximierung von Rückgewinnung und Qualität

Mehrstufige Konfigurationen ermöglichen eine schrittweise Reinigung und erhöhen die Konzentration der Zielverbindung pro Durchgang um 15–20 % (Destillationseffizienz-Benchmarks 2023). Eine dreistufige Anordnung liefert:

Dieser stufenweise Ansatz wird häufig zur Isolierung von Omega-3-Konzentraten und Vitamin-E-Derivaten eingesetzt, wobei die Endreinheit oft 98 % übersteigt.

Vorteile gegenüber herkömmlicher Destillation: Rührfilmdestillation vs. Kolbendestillationssysteme

Überlegene Handhabung von wärmeempfindlichen und hochviskosen Materialien

Die Schichtdestillationstechnik zeigt ihr volles Potenzial besonders bei schwierigen Materialien, die herkömmliche Kolbendestillationsanlagen an ihre Grenzen bringen. Die Kontaktzeit beträgt lediglich 1 bis 10 Sekunden im Vergleich zu über 30 Minuten bei traditionellen Chargenverfahren, wodurch laut einer im vergangenen Jahr im Journal of Chemical Technology and Biotechnology veröffentlichten Studie die thermische Belastung um etwa 90 % reduziert wird. Die hohe Effizienz dieser Methode ergibt sich aus dem dünnen Schichtdesign, das auch bei Substanzen mit einer Viskosität von bis zu 50.000 Zentipoise gut funktioniert – eine Viskosität, die herkömmliche Destillationsapparate normalerweise verstopfen würde. In Kombination mit Vakuumdrücken unter 0,001 Millibar ermöglicht das Verfahren die Verdampfung bei Temperaturen, die 40 bis 60 Grad Celsius unter den Werten liegen, die unter normalen atmosphärischen Bedingungen erforderlich wären.

Durch Design bedingte Verringerung der Verweilzeit und der Verschmutzungsgefahr

Mechanische Abstreifer verhindern die Ansammlung von Rückständen, da sie kontinuierlich die Filmoberfläche erneuern. Dadurch werden Verunreinigungsprobleme deutlich reduziert, die besonders in Systemen mit geringer Bewegung sehr häufig auftreten. Wenn diese Abstreifer aktiv reinigen, beobachten Fabriken zudem einen erheblichen Rückgang der Ausfallzeiten – etwa zwischen 70 % und sogar 85 % bei einem Dauerbetrieb von 200 bis 500 Stunden, wie in einer 2022 im Fachjournal Food and Bioprocess Technology veröffentlichten Studie berichtet wird. Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus dem geringen vertikalen Bauraum, der tatsächlich verringert, wie viel Produkt im Inneren des Systems hängen bleibt. Bei Anwendungen, bei denen die Reinheit am wichtigsten ist, bedeutet dies eine Rückgewinnung von rund 95 % bis nahezu 100 % des verarbeiteten Materials. Herkömmliche Systeme können diese Effizienz nicht erreichen und erzielen typischerweise nur Rückgewinnungsraten von etwa 65 % bis 80 %.

Optimierung von Prozessparametern und industriellen Anwendungen für maximale Qualität

Feineinstellung von Temperatur, Vakuum und Zufuhrrate für optimale Ergebnisse

Gute Ergebnisse aus der Molekulardestillation mit Schmierfilm hängen im Wesentlichen von der Kontrolle dreier Hauptfaktoren ab: Die Verdampfertemperatur sollte zwischen etwa 50 und 200 Grad Celsius liegen, das Vakuum muss unter einem Millibar gehalten werden und die Zufuhrrate sollte zwischen einem halben Liter und zehn Litern pro Stunde betragen. Branchenexperten überwachen die Viskosität in Echtzeit und analysieren das Verhalten verschiedener Phasen bei der Anpassung dieser Parameter. Niedrigere Temperaturen helfen empfindliche Bestandteile zu schonen, ohne sie zu beschädigen, während tiefere Vakuen eine bessere Trennung schwerflüchtiger Materialien ermöglichen. Die neuesten Geräte nutzen mittlerweile künstliche Intelligenz zur Prozessoptimierung, die automatisch dynamische Anpassungen vornimmt. Laut jüngsten Erkenntnissen aus dem letztes Jahr veröffentlichten Bericht zur Prozessoptimierung führt diese intelligente Herangehensweise zu einer um etwa 15 bis 25 Prozent höheren Rückgewinnung wertvoller Wirkstoffe im Vergleich zu herkömmlichen manuellen Methoden.

Anwendungen in der pharmazeutischen Industrie, der Feinchemie und der Lebensmittelindustrie

Diese Technologie hilft Pharmaunternehmen dabei, ihre pharmazeutisch wirksamen Inhaltsstoffe wie Cannabinoide und Vitamin E so zu reinigen, dass Reinheitsgrade von über 99,5 % erreicht werden. Für Spezialchemikalien zeichnet sich dieses Verfahren besonders durch die thermische Stabilität während der Destillation aus, insbesondere bei Silikonölen und schwierigen ionischen Flüssigkeiten. Im Bereich der Lebensmittelverarbeitung liegt der Schwerpunkt auf der Anreicherung von Omega-3-Fettsäuren und der Entfernung störender Geschmacksnoten durch Oxidation. Eine im vergangenen Jahr veröffentlichte Studie ergab, dass bei der Raffination von Fischöl mit dieser Methode etwa 40 % mehr Aroma erhalten blieb als bei herkömmlichen Rotationsverdampfungsverfahren. Solche Unterschiede können die Produktqualität auf dem Markt erheblich beeinflussen.

Lösung der Herausforderung zwischen Ausbeute und Reinheit in der kommerziellen Produktion

Industrielle Prozesse hatten lange Zeit Schwierigkeiten, die Produktausbeute mit den Reinheitsanforderungen in Einklang zu bringen. Viele Anlagen lösen dieses Problem, indem sie mehrere Destillationsstufen nacheinander einrichten und dabei die Zulaufmengen nach Bedarf anpassen. Die erste Stufe entfernt typischerweise etwa 85 bis maximal 90 Prozent der Verunreinigungen, bevor die nachfolgenden Feinreinigungsschritte die Qualität weiter verbessern. Neuere Entwicklungen bei Schichtfilmverdampfern verändern die Situation jedoch zunehmend. Diese moderneren Modelle können etwa 92 % des eingesetzten Materials erhalten, wenn nahezu perfekte Reinheitsstandards von 99,9 % angestrebt werden. Das entspricht einer Leistungssteigerung von rund einem Drittel im Vergleich zu den älteren mehrstufigen Verfahren, die bisher in der Industrie verbreitet waren. Für Hersteller, die mit kostspieligen Materialien arbeiten und strengen behördlichen Vorschriften unterliegen, wird dieser doppelte Vorteil besonders wichtig. Pharmazeutische Unternehmen schätzen insbesondere die Möglichkeit, die Produktion hochzuskalieren, ohne Kompromisse bei Qualität oder Menge eingehen zu müssen.

FAQ

Was ist der Hauptvorteil der Rektifikation mit rotierendem Dünnfilm?

Die Rektifikation mit rotierendem Dünnfilm ermöglicht die Trennung bei deutlich niedrigeren Temperaturen aufgrund der Bildung eines dünnen Films, wodurch wärmeempfindliche Verbindungen geschont und die Effizienz verbessert wird.

Wie unterstützt die Vakuumumgebung den Prozess?

Die Vakuumumgebung mit niedrigem Druck reduziert die Siedepunkte der Verbindungen erheblich, wodurch die Verdampfung bei viel niedrigeren Temperaturen möglich ist und bioaktive Verbindungen somit geschont werden.

Welche Rolle spielen mechanische Abstreifer in diesem Prozess?

Mechanische Abstreifer verbessern den Wärme- und Stoffübergang, indem sie die Filmoberfläche kontinuierlich erneuern, was Stagnation und Ablagerungen verhindert und somit die Prozesseffizienz sowie die Produktqualität erhöht.

Wie unterscheidet sich diese Methode von der herkömmlichen Destillation?

Die Rektifikation mit rotierendem Dünnfilm reduziert die thermische Zersetzung erheblich und ermöglicht im Vergleich zu traditionellen Destillationskolben eine effizientere Verarbeitung hochviskoser Materialien.