Separation of carvone by batch distillation from the mixture obtained from limonene oxidation

Abstract

ABSTRACT : Limonene is the main constituent of citrus oils whose oxidation produces a set of fine chemical compounds such as carvone, carveol, and limonene 1,2-epoxide. This contribution reports the results of the experimental evaluation and computational simulation of carvone separation by fractional distillation from the reaction mixture. Carvone was obtained from limonene oxidation over a perchlorinated iron phthalocyanine supported on modified silica catalyst (FePcCl16 − NH2 − SiO2) and t-butyl hydroperoxide (TBHP) as oxidant. Both experimental and simulation results support that fractional distillation (in batch and continuous) is a suitable technique for concentrating carvone. However, in the presence of water, the formation of immiscible L-L phases makes the experimental separation of carvone more difficult. Simulation results of the batch distillation incorporating the NRTL-RK thermodynamic model indicate that if water, acetone, and t-butanol are previously removed from the reaction mixture, carvone composition can be enriched in the reboiler from 4% up to 50%, or around 86.5% if the removal is in a third distillate cut under vacuum conditions.

RESUMEN : El limoneno es el principal componente de los aceites cítricos de cuya oxidación se obtienen compuestos de química fina tales como carvona, carveol y epóxido de 1,2-limoneno. En esta contribución se reportan los resultados de la evaluación experimental y mediante simulación computacional del proceso de separación de carvona mediante destilación fraccionada por lotes de la mezcla de reacción. La carvona se obtuvo a partir de la oxidación de limoneno con una ftalocianona clorada de hierro soportada en sílice modificada como catalizador heterogéneo (FePcCl16 − NH2 −SiO2) y el agente oxidante hidroperóxido de terc-butilo. A partir de los resultados experimentales y las simulaciones se infiere que la destilación fraccionada (por lotes y en continuo) es una técnica adecuada para la concentración de carvona. Sin embargo, en presencia de agua, la formación de fases L-L inmiscibles hace que la separación experimental de carvona sea más difícil. Los resultados de simulación empleando el modelo termodinámico NRTL-RK indican que si se retira previamente de la mezcla de reacción la mayor cantidad posible de agua, acetona y terc-butanol, la mezcla líquida con una fracción molar de 4% de carvona, se puede enriquecer en el rehervidor hasta un 50%, o cerca de 86,5% si se retira en una tercera fracción de destilado operando en vacío.