El documento describe dos procesos de separación. El primero involucra una columna de destilación con recirculación que separa una mezcla de tres componentes. Se proporcionan las composiciones de entrada y salida deseadas y se pide calcular los flujos. El segundo proceso involucra la concentración de jugo de naranja mediante evaporación y la adición posterior de una pequeña cantidad de jugo fresco para mejorar el sabor y aroma, dadas las tasas de alimentación y composición deseada de salida.

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Tarea
1. Balance con recirculación: Las columnas de destilación por etapas son dispositivos que separan materiales volátiles mediante la ebullición de los componentes más volátiles. Para que ocurra una adecuada separación, estos dispositivos requieren de la condensación de por lo menos una parte del vapor de salida, para regresarlo a la columna. Es necesario hacerlo para asegurar la coexistencia de ambas fases (líquido y vapor) a través de toda la columna.
Considérese el sistema de recirculación formado por una columna de destilación y su condensador, que se muestra en la figura 1. Para propósitos de balance de materia, podemos ignorar al condensador, ya que éste simplemente produce un cambio de fase en la corriente; no afecta a la masa ni a la composición. Supóngase que la columna se utiliza para separar una mezcla de tres componentes, que consiste de 7 % acetona, 61.9 % ácido acético y 31.1 % anhídrido acético. Se diseña la columna para que produzca una corriente de fondos que no contenga acetona y un destilado que contenga 10 % de acetona y 88 % de ácido acético. Si se opera a la columna de manera que se regrese como reflujo 60 % del vapor desprendido por la parte superior, calcular todos los flujos suponiendo que todas las composiciones son porcentajes en mol y que se van a producir 700 mol/h de destilado.
Figura 1. Columna de destilación con reflujo (recirculación).
Fondos
Alimentación
Columna de destilación
Condensador
Divisor
Destilado

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2. Corriente con derivación (bypass). El jugo de naranja fresco consiste generalmente de 12 % de sólidos en solución acuosa (porcentaje en masa); dichos sólidos son principalmente azúcares. Para reducir los costos de traslado, a menudo se concentra el jugo antes de embarcarse y luego se reconstituye al llegar a su destino. El proceso de concentración se efectúa en evaporadores de diseño especial, de tiempo de residencia corto, que operan a presiones menores a la atmosférica para reducir pérdidas de los componentes de sabor y aroma, presentes en cantidades muy pequeñas y que son muy volátiles y sensibles al calor. Como generalmente no pueden evitarse algunas pérdidas de estos componentes, la práctica común es concentrar el jugo un poco más de lo necesario, y después agregar una pequeña cantidad de jugo fresco al concentrado para obtener un producto de mejor aroma y sabor. Supóngase que se utiliza 10 % de la alimentación a dicho proceso para la reconstitución, y que se opera al evaporador para obtener un jugo de descarga que contiene 80 % de sólidos en solución. Si al proceso se alimentan 10 000 lb/h de jugo fresco, calcular la razón de evaporación de agua y la composición del producto final.