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24. COLUMNA DE DESTILACIÓN DESBUTANIZADORA 
 
 
1. OBJETIVOS 
 
1.1. Determinar los grados de libertad requeridos para especificar una columna de 
destilación con dos alimentos 
1.2. Simular, en estado estacionario, una columna de destilación desbutanizadora de 
una mezcla de hidrocarburos 
1.3. Determinar las especificaciones que maximicen las ganancias en la operación de la 
columna 
 
2. INTRODUCCIÓN 
 
En este ejemplo se simulará una columna de destilación con condensador parcial, que se 
carga con dos alimentos y que se propone desbutanizar una mezcla de hidrocarburos 
alifáticos. 
 
Para C componentes y N etapas de equilibrio, el número de grados de libertad en este 
tipo de columna es de 
 
 
 (24.1) 1422 ++= NCN e
i
 
 
Si se especifican las dos corrientes de alimentación, el número de especificaciones 
requeridas para el diseño de la columna es de 
 
 
 (24.2) 102 += NN e
i
 
 
HYSYS asigna o sugiere, en la simulación de este tipo de columnas, 2N variables y, por 
lo tanto, los grados de libertad se reducen a diez. El asistente de HYSYS requiere de las 
especificaciones del número de etapas de equilibrio, el número de las dos etapas de 
alimentación, las dos presiones y las dos caídas de presión en condensador y rehervidor. 
Introducidas las anteriores especificaciones, es necesario agregar las tres faltantes a 
elección del usuario o diseñador 
 
Se utilizará el Optimizador de HYSYS para determinar las especificaciones que 
maximicen una función objetivo planteada para estimar las ganancias en la operación 
de la columna, teniendo en cuenta los ingresos por la venta del producto y los costos de 
los servicios. 
 
Las variables y las ecuaciones incluidas en este estimativo se importan o construyen en 
la hoja de cálculo o “Spreadsheet” disponible en HYSYS la cual tiene un manejo como 
cualquier hoja de cálculo 
 
3. PROCESO ESTUDIADO 
 
La Figura 1 muestra el diagrama de flujo final de la simulación de la columna de 
destilación desbutanizadora, observándose adicionalmente, la hoja de cálculo utilizada 
para los cálculos de optimización de las ganancias en la operación. La columna tiene 15 
platos y se carga con dos alimentos. Las especificaciones de los alimentos se observan 
en la Figura 2 y muestran un contenido de hidrocarburos alifáticos. La corriente 
“AlimentoUno” se carga por el plato 8 y la corriente “AlimentoDos se carga por el 
plato 4. La presión en el tope de la columna es de 205 psia y en el fondo es de 215 psia. 
El condensador es parcial y especifíquelo sin caída de presión. 
 
El contenido de pentanos en fase líquida en el condensador debe ser de una fracción 
molar de 0.05 y la recuperación de butanos en la corriente líquida de tope debe ser del 
95 % 
 
 
 
Figura 1. Columna desbutanizadora de una mezcla de hidrocarburos alifáticos 
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Figura 2. Especificaciones de los alimentos a la columna desbutanizadora 
 
 
3.1. PAQUETE FLUIDO 
3.1.1. COMPONENTES: Propano, i-Butano, n-Butano, i-Buteno, i-Pentano, 
n-Pentano, n-Hexano, n-Heptano, n-Octano 
3.1.2. ECUACION: Peng Robinson 
3.1.3. REACCIONES: No hay 
 
4. SIMULACION EN ESTADO ESTACIONARIO 
 
Introduzca una columna de destilación dentro del PFD y complete sus especificaciones 
como aparece a continuación: 
 
Connections 
 
No. of Stages 15 
Feed Streams (Stage) AlimentoDos (4) 
 AlimentoUno (8) 
Condenser Type Parcial 
Ovhd Vapour Venteo 
Ovhd Liquid Butanos 
Bottoms Liquid Fondos 
Reboiler Duty Qr 
Condenser Duty Qc 
 
Pressure 
 
Condenser Pressure 205 psi 
Cond Delta 0 psi 
Reboiler Pressure 215 psi 
 
Sobre la página “Specs” de la pestaña “Design”, introduzca las siguientes 
especificaciones 
 
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Ovhd Vap Rate: 0 
 
C5’s in Top: 0.05 
Fracción mol de i-C5 y n-C5 en el líquido del 
condensador 
 
Butane Recovery: 0.95 
Recuperación de i-C4, n-C4 e i-C4= en la 
corriente de productos Butanes 
 
Antes de correr la columna, abra la página “Solver” sobre la pestaña “Parameters” y 
cambie el “Heat/Spec Error Tolerante” al valor 0.0001 (en reemplazo del valor por 
defecto 0.0005) 
 
Haga correr la columna y una vez se obtenga su solución, examine la página 
“Summary” sobre la pestaña “Performance” para observar la Razón de Reflujo y las 
cargas calóricas en el Rehervidor y Condensador. Regrese a la página “Specs” y 
aproxime las purezas haciendo los siguientes cambios 
 
1. Cambie el C5’s in Top a 0.0075 
2. Cambie la Recuperación de Butane a 0.99 
 
La razón de reflujo para estas nuevas especificaciones es ahora aproximadamente 49. 
En vez de proceder por ensayo y error para determinar las especificaciones de 
operación más rentables, se utilizará el Optimizador. 
 
Antes de instalar el Optimizador cambie los valores de las especificaciones a los valores 
originales, es decir: 
 
1. C5’s in Top = 0.05 
2. Butane Recovery = 0.95 
 
Función objetivo 
 
La función objetivo calcula la ganancia en la operación de la columna en base a los 
costos de los servicios y el precio de venta del producto Butanos. La ecuación para la 
función objetivo es: 
 
 
 rrccBB QCQCFCG −−= (24.3) 
 
 
Siendo G, las ganancias, Qc y Qr, las cargas calóricas en condensador y rehervidor, FB, 
el flujo de butano y CB, Cc y Cr, el precio de venta unitario de la corriente de Butanos y 
los costos unitarios de enfriamiento y calentamiento, respectivamente. 
 
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Para este ejemplo, los costos en dólares son: 
 
1. Costo de enfriamiento, Cc $0.0015 / Btu (Celda B2) 
2. Costo de calentamiento, Cr $0.00075 / Btu (Celda B6) 
3. Precio de venta de Butanos, CB $10 / lb (Celda D2) 
 
Para el cálculo de los ingresos netos por las ventas de Butanos, se incluye un descuento 
en el precio de venta que tiene en cuenta la concentración de pentanos en el tope. El 
precio de venta neto de butanos se calcula con la siguiente ecuación 
 
 
 ( ) BC5x-1 Butanos de neto ventade ecioPr = (24.4) 
 
 
Siendo x, el contenido de pentanos en el tope 
 
Instalación del Optimizador 
 
1. Presione la tecla clave <F5> para abrir el optimizador y sobre la pestaña 
“Variables” haga clic sobre el botón “Add” para introducir las variables 
implicadas en el estudio 
2. Seleccione los valores especificados como se muestra en la Figura 3. Con ellas 
el optimizador tiene dos variables primarias que manipulará para maximizar la 
función objetivo 
 
 
 
 
Figura 3. Especificación de las variables en la ventana del optimizador 
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Presione el botón “SpreadSheet...” en la ventana del Optimizador para desplegar su hoja 
de cálculo. Sobre la pestaña “Connections” presione el botón “Add Import...” para 
introducir las variables de proceso necesarias en las celdas asignadas en la hoja de 
cálculo como se muestra en la Figura 4. 
 
 
 
 
 
Figura 4. Importación de variables a la hoja de cálculo del optimizador 
 
 
Introduzca las fórmulas que aparecen en la Figura 5, en la hoja de cálculo del 
optimizador, de acuerdo a la asignación de celdas observadas en la columna “Cell” de 
la pestaña “Formulas” de dicha hoja de cálculo 
 
La fórmula introducida en la celda D3 es un descuento aplicado al precio de venta del 
producto Butanos que tiene en cuenta la pureza de éste. 
 
En este caso, el valor para B3 tiene unidades incorrectas porque no son unidades 
asociadas con costo sino con Btu/h porque el valor introducido en la celda B2 no tiene 
unidades. Para solventar este impase se cambiarán las unidades de B3 de tal manera que 
sea adimensional. Para ello, se selecciona la celda B3 y a continuación sobre el cuadro 
 
“Variable Type” se selecciona la opción “Unitless”. De igual manera se procede con las 
celdas B7, B9 y D7. La Figura 6 muestra la hoja de cálculo con los datos y las fórmulas 
introducidas 
 
Haga clic sobre el menú “Simulation” y seleccione la opción “Optimizar” para 
desplegar su correspondiente ventana. Haga clic sobre lapestaña “Functions” donde la 
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Función Objetivo y algunas restricciones definidas en la hoja de cálculo son 
introducidas. En este caso, la función objetivo es “Operating Profit” o celda D9 para 
que sea maximizada. La Figura 7 muestra la ventana del optimizador 
 
 
 
Figura 5. Fórmulas para calculas los costos, los ingresos y las ganancias 
 
 
 
 
Figura 6. Hoja de cálculo de costos, ingresos y ganancias 
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Figura 7. Ventana del optimizador para especificar la función a maximizar 
 
La pestaña “Parameters” de la ventana del Optimizador se dejará en sus valores por 
defecto. Abra la ventana “Monitor” donde se registrarán las iteraciones calculadas por 
el optimizador. Presione el botón “Start” para que el Optimizador comience sus 
cálculos. 
 
Los cálculos son sensibles a los valores iniciales de cálculo, por lo tanto es mejor correr 
el optimizador varias veces para asegurarse que se ha llegado al valor óptimo y uno a un 
máximo local. Presione la pestaña Monitor y observe la hoja de cálculo final después de 
las corridas. 
 
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