Una columna de destilación equipada con un condensador para el destilado, separa 1500 kg/h de una mezcla de benceno y tolueno que contiene 55% en masa de benceno. El vapor que sale por la parte superior de la columna contiene 91% de benceno y los fondos (residuos) de la columna contienen 96% de tolueno. La corriente de vapor que entra al condensador de la parte superior de la columna es 1200 kg/h. Una parte del producto se regresa a la columna como reflujo y el resto se saca como producto. Suponga que las composiciones de todas las corrientes de entrada y salida del condensador son idénticas. Obtenga: a) Los flujos para el producto obtenido, recirculado y residuos; b) La relación recirculado/producto; c) el porcentaje de recuperación de benceno en este proceso (benceno en producto / benceno alimentado).
Respuestas
Se presenta el caso de una columna de destilación, equipada con un condensador para el destilado, en la cual se separa una mezcla de benceno y tolueno. Se tienen datos de flujo de entrada a la columna y destilado, así como la composición en porcentaje en masa de las diferentes corrientes y se pide calcular flujos de producto, recirculación y residuos, asi como porcentaje de recuperación de benceno. Los resultados obtenidos son:
a) Flujo de producto = 880 kg/h
Flujo de recirculado = 320 kg/h
Flujo de residuos = 620 kg/h
b) Relación recirculado / producto = 0,36
c) % de recuperación de benceno = 97%
Llamaremos:
F1 = flujo de entrada (alimentación) a columna de destilación
F2 = flujo del destilado (corriente de vapor al condensador)
F3 = Flujo de producto (salida)
F4 = flujo de producto que se regresa a la columna. (recirculado)
F5 = flujo de residuo
Datos:
F1 = 1500 kg/h (55% m/m benceno)
F2 = 1200 kg/h (91% benceno)
En la corriente de residuo hay 96% tolueno.
Si hacemos un balance de masa general, tenemos que:
F1 = F3 + F5 ⇒ 1500 = F3 + F5 (1)
Haciendo un balance en el condensador:
F2 = F3 + F4 ⇒ 1200 = F3 + F4 (2)
Si hacemos un balance general de benceno, tenemos:
Benceno en F1 = benceno en F3 + benceno en F5
Sabemos que en la corriente de fondo (F5), el contenido de tolueno es de 96%, entonces el 4% es benceno:
0,55 × 1500 = 0,91 F3 + 0,04 F5 ⇒ 825 = 0,91 F3 + 0,04 F5 (3)
Despejando F3 en la ecuación (1) y sustituyendo en la ecuación (3):
F3 = 1500 - F5
825 = 0,91 ( 1500 - F5 ) + 0,04 F5 ⇒ F5 = 620 kg/h
F3 = 1500 - F5 ⇒ F3 = 880 Kg/h
Sustituyendo el valor de F3 en la ecuación (2), se tiene:
1200 = 880 + F4 ⇒ F4 = 320 kg/h
Entonces:
Flujo de producto (F3) = 880 kg/h
Flujo de recirculado (F4) = 320 kg/h
Flujo de residuos (F5) = 620 kg/h
Relación recirculado / producto = 320 / 880 = 0,36
% de recuperación de benceno = (benceno en F3 / benceno en F1) × 100
benceno en F3 = (0,91 ) × 880 = 801 kg/h
benceno en F1 = (0,55) × 1500 = 825 kg/h
% de recuperación de benceno = (801 / 825) × 100 = 97%