Verdrängerpumpen für die CO2-Extraktion
CITplus - Eine bevorzugte Anwendung findet das CO2-Verfahren in der Extraktion pflanzlicher Rohstoffe. Der optimale Ablauf des Prozesses hängt von der Qualität und von der Regelfähigkeit der Prozessdaten im Hochdruckbereich ab. Die effiziente industrielle Nutzung dieses Verfahrens erfordert eine hohe Zuverlässigkeit und Funktionsfähigkeit der wichtigsten technischen Systemkomponenten. Deshalb nehmen bei diesem Verfahren die Pumpen zur Druckerhöhung des flüssigen CO2 eine Schlüsselstellung im Prozess ein, lassen sich die Pumpen doch zielsicher auf die CO2-Bedingungen abstimmen.
Die Hauptvorteile der Extraktion mit CO2 sind einerseits die thermisch sehr schonende Behandlung der Stoffe und andererseits die Reinheit des Endproduktes, d.h. Extrakte enthalten keine Restlösungsmittel mehr. Außerdem gestattet das Verfahren eine hohe Selektivität der Extraktion. Aus demselben Rohstoff können durch geeignete Wahl der Prozessparameter (Druck und Temperatur) auch unterschiedliche Wirkstoffe extrahiert werden. Diese Eigenschaft des CO2 verlangt, dass die Parameter Prozessdruck, Prozesstemperatur und Volumenstrom der Extraktionsanlage sehr genau auf den erforderlichen Sollwerten gehalten werden.
Die Druckerzeugung und Volumenstromregelung erfolgt bevorzugt durch eine Verdrängerpumpe, die den hohen Anforderungen an die Regelfähigkeit und den konstanten Volumenstrom gerecht wird und sich damit sehr gut den Eigenschaften des CO2 anpassen kann. Durch entsprechende Schadraumminimierung kann mit einer oszillierenden Verdrängerpumpe trotz der hohen Kompressibilität des flüssigen Kohlendioxids ein sehr guter volumetrischer Wirkungsgrad erreicht werden. Aufgrund der hohen Prozessdrücke und der relativ geringen Volumenströme ist dieser Pumpentyp für die CO2-Extraktion besonders gut geeignet. Verdrängerpumpen stellen daher die einzige Pumpengattung dar, die bei gutem Gesamtwirkungsgrad, d. h. wirtschaftlich, die geforderten Prozessdaten erreicht und eine genaue Einhaltung der Parameter gewährleistet. Diese Stabilität folgt aus der guten Drehzahlproportionalität des Volumenstroms und seiner weitgehenden Unabhängigkeit vom Prozessdruck.
In Bezug auf die Auslegung der Pumpe, die das CO2 für die Extraktion fördern soll, werden besondere Anforderungen gestellt. Um das CO2 in den überkritischen Zustand zu überführen, muss es zunächst in der Pumpe auf den erforderlichen überkritischen Druck verdichtet werden. Im Vergleich zu Wasser zeigt flüssiges Kohlendioxid eine erheblich höhere Kompressibilität. Die für die Fördermenge wesentlichen Dichtewerte (saugseitig und druckseitig) lassen sich aus Tabellen der thermodynamischen Zustandsgrößen entnehmen.
Daneben sind die Erfordernisse nach hoher Dauerfestigkeit der Bauteile sowie einer kavitationsfreien Förderung bei hohem Gesamtwirkungsgrad der Pumpe zu beachten. Die Verdrängerabdichtung und die Dichtheit der Saug- und Druckventile sind dabei besonders gefordert. Die Anforderungen an die flüssigkeitsberührten Teile sind nur durch ganz spezielle Konstruktionen in Verbindung mit dem Einsatz von Sonderwerkstoffen zu erfüllen. Einziges Standardelement einer solchen Pumpe ist das Triebwerk mit Kreuzkopf und Kurbeltrieb.
