Experiments and Modeling of the Cymbopogon winterianus Essential Oil Extraction by Steam Distillation

Eduardo Cassel,* Rubem M. F. Vargas

Laboratório de Operacões Unitárias, Engineering Faculty - PUCRS, Av. Ipiranga 6681, CEP 90619-900, Porto Alegre - RS, Brazil, Telephone + (55)(51) 3320-3653, Fax +(55)(51) 3320-3625, E-mail: cassel@pucrs.br

Recibido el 31 de enero del 2005. ]]> Aceptado el 5 de abril del 2006.

Abstract

This work has as objective to optimize and to model the yield of the citronella essential oil extraction processes from twigs and leaves by steam distillation. The process variables evaluated in this study were extraction time, and raw material state (dry or natural). The yield is calculated from the relation between the essential oil mass obtained and the raw material mass used in the extraction and the quantitative and qualitative analyses of the oils were performed by capillary GC/MS. The experimental condition for the maximum yield, 0.942%, is the following one: extraction time, 4 h, state, natural plant, and the results obtained from the factorial experimental planning indicate that the variable that more influences the essential oil yield is the state. The modeling of these results is proposed from the description of the mass transfer from a single plate particle. Yield curves for all studied conditions were fairly well fitted using one adjustable parameter of the model and the experimental monitoring of oil composition as function of extraction time was realized in laboratory steam distillation apparatus and compared with industrial scale results.

Keywords: Citronella essential oil, steam distillation, mass transfer, mathematical model.

Resumen

Este trabajo tiene como objetivo optimizar y modelar el rendimiento del proceso de extracción del aceite esencial de citronela, obtenido por destilación por arrastre de vapor a partir de hojas y ramas. Las variables del proceso evaluadas en este estudio fueron el tiempo de extracción y el estado de la materia prima (seca o natural). El rendimiento de aceite esencial es calculado a partir de la relación entre la masa de aceite y la masa de planta aromática usada en la extracción. Los análisis cuantitativo y cualitativo de los aceites fueran determinados por GC/MS. Las condiciones experimentales para el rendimiento máximo, 0,942%, son las siguientes: tiempo de extracción, 4 h; estado, planta natural; y los resultados obtenidos a partir del estudio estadístico indicaron que la variable que más influencia el rendimiento de aceite esencial es el estado de la planta. El modelado propuesto para describir la transferencia de masa del proceso de extracción está centrado en una partícula en forma de placa plana. Las curvas de rendimiento, para todas las condiciones estudiadas, fueron ajustadas usando un modelo con un parámetro ajustable y los resultados del modelado obtenidos a partir de los datos en escala de laboratorio fueron comparables con las informaciones experimentales obtenidas en escala industrial.

Palabras claves: citronela, destilación por arrastre de vapor, transferencia de masa, modelado matemático.

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