The batch fractionation of Juniperus communis L. essential oil: Experimental study, mathematical simulation and process economy

Abstract

The separation in a batch vacuum column of the essential oil of common juniper berries (Juniperus communis L., from the southern part of Serbia) was analyzed. The main goal of the analyzed separation process was to isolate several fractions from the essential oil which mainly contained á-pinene, sabinene and myrcene. These compounds contain about 65 mass% of the essential oil produced by hydrodistillation from the juniper berries originated from the southern part of Serbia. The results of experimental work in a laboratory column with 36 theoretical stages under vacuum (8.0-3.35 kPa) was simulated using Aspen software, and a proposed mathematical model was used to analyze some other operating conditions for fractionation of juniper berry's oil (number of plates: 25, 36 and 45 and reflux ratio: 2-10). According to the results of performed simulations, the most acceptable separation procedure which takes into account the prices of raw materials and distillate (á-pinene) as well as consumed energy was proposed.

U ovom radu je ispitivana separacija etarskog ulja iz bobica kleke (Juniperus communis L. sa podneblja južne Srbije) postupkom šaržne vakuum destilacije. Glavni cilj laboratorijskih ispitivanja je usmeren ka izdvajanju pojedinih frakcija iz etarskog ulja kleke koje sadrže u većem procentu á-pinen, sabinen i mircen, a čine 65 mas% etarskog ulja dobijenog hidrodestilacijom bobica kleke. Rezultati eksperimentalnih ispitivanja sprovedenih šaržnom destilacijom pod vakuumom (8,0-3,35 kPa) u koloni sa 36 teorijskih podova su bili osnova za definisanje odgovarajućeg matematičkog modela i njegovog rešavanja primenom softverskog paketa Aspen. Dobijeno je dobro slaganje između eksperimentalnih vrednosti i vrednosti izračunatih na osnovu ovog modela. Potvrđena korektnost modela iskorišćena je za analizu uticaja različitih operativnih parametara (refluksni odnos od 2 do 10) i konstrukcionih karakteristika kolone (broj podova: 25, 36 i 45) na efekte separacije etarskog ulja kleke. Rezultati su pokazali, na osnovu analize uticaja cene ulazne sirovine, cene izdvojenih frakcija (á-pinen; smeše á-pinena sabinena, mircena) i ukupno utrošene energije za separaciju, da je u laboratorijskim uslovima izvedeno frakcionisanje etarskog ulja kleke najprihvatljivije.