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23. COLUMNA DESPOJADORA DE AGUA ACIDA 
 
 
1. OBJETIVOS 
 
1.1. Simular, en estado estacionario, una columna de destilación rigurosa 
1.2. Especificar una columna de destilación rigurosa para completar sus grados de 
libertad 
1.3. Analizar relaciones entre variables del proceso mediante la opción Databook del 
HYSYS 
 
2. INTRODUCCION 
 
Una columna de destilación requiere, además de su alimentación, de la instalación de un 
rehervidor y un condensador. En el rehervidor se suministre el calor requerido para 
producir el vapor que sube a lo largo de la columna y en el condensador se extrae el calor 
necesario para que el vapor que emerge por el tope sea condensado. HYSYS dispone de 
tres columnas de destilación rigurosa con rehervidor parcial que se diferencian en el tipo de 
condensador. 
 
En una columna de destilación con condensador total, el vapor de tope se transforma 
completamente en líquido en su punto de burbuja y este, a su vez, se divide en dos 
fracciones de reflujo y destilado parte de este es recirculado a la columna y la otra parte es 
recogida como el destilado 
 
En una columna de destilación con condensador parcial, el vapor de tope se condensa 
parcialmente en dos fases líquido-vapor en equilibrio. La fracción condensada, a su vez es 
dividida en reflujo y destilado. Si el condensador es parcial con reflujo total todo el 
condensado es recirculado a la columna 
 
Para C componentes y N etapas de equilibrio, un análisis de variables de diseño para 
cualquiera de estos tres tipos de columnas da un total de grados de libertad, G, de 
 
 
 (23.1) 112 ++= NCNe
i
 
 
Si se especifica completamente la corriente de alimentación, los grados de libertad 
disminuyen en C + 2 y, por lo tanto, son de 
 
 
 (23.2) 92 += NNe
i
 
 
HYSYS asigna o sugiere, en la simulación de columnas de destilación, 2N variables como, 
por ejemplo, las presiones y las temperaturas en cada una de las etapas y, por lo tanto, los 
grados de libertad se reduce a nueve. Las especificaciones que, usualmente, se emplean o 
que se requieren en una simulación en HYSYS son la condición de un reflujo total de 
condensado o “Full Reflux”, el número de etapas, el número de la etapa de alimentación, la 
presión y la caída de presión en el condensador y en el rehervidor y dos adicionales 
asignadas por el diseñador 
 
3. PROCESO ESTUDIADO 
 
Una corriente de agua que contiene ácido sulfhídrico y amoníaco se precalienta mediante el 
calor transferido por una corriente que proviene de los fondos de una columna de 
destilación. La corriente de agua ácida caliente se destila a unas condiciones tales que el 
producto de fondo es agua del 99.99 % mol pura y es recogida como el producto del 
tratamiento después de su utilización como fluido caliente en el pre-calentador. El vapor 
que emerge de la columna de destilación es una mezcla de vapor de agua concentrado en 
los otros dos componentes que deberá determinarse si se sigue tratando o se aprovecha, 
pero en esta simulación se deja como el otro efluente del proceso. El diagrama de flujo 
descrito y observado en la Figura 1 es un ejemplo de la integración energética posible en un 
proceso, que permita la minimización de servicios energéticos externos y, por lo tanto, de 
los costos operativos aprovechando el contenido calórico de los fondos de la columna de 
destilación. 
 
 
 
 
Figura 1. Diagrama de flujo de la columna despojadora 
 
 
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4. PAQUETE FLUIDO 
 
Ecuación: Sour Peng-Robinson 
Componentes: H2S, NH3 y agua. 
Unidades: Field 
 
5. SIMULACION EN ESTADO ESTACIONARIO 
 
1. Instale una corriente con el nombre “Alimento” y las siguientes especificaciones: 
 
Temperatura 100°F 
Presión 40 psia 
Flujo volumétrico líquido 50000 barrel/day 
Composición (Fracción Másica) 
H2S 0.0070 
NH3 0.0050 
H2O 0.9880 
 
2. Instale un intercambiador de carcasa y tubo con el nombre “E-100” y las siguientes 
especificaciones 
 
Pestaña Design Página Connections 
 
Tube Side Inlet Alimento 
Tube Side Outlet Entradacolumna 
Shell Side Inlet Fondos 
Shell Side Outlet Producto 
 
Pestaña Design Página Parameters 
 
Tube Side Pressure Drop 10 psi 
Shell Side Pressure Drop 10 psi 
Model Weighted (Ponderado) 
 
3. Haga doble clic sobre la corriente “EntradaColumna” para desplegar su ventana de 
propiedades y especifíquela con una temperatura de 200 °F 
 
¿Cuántos grados de libertad se requieren agregar para especificar completamente el 
intercambiador?. Observe la página “Specs” de la pestaña “Design” 
 
4. Antes de instalar la columna de destilación, seleccione la opción “Preferentes” en el 
menú “Tools”. En la página “Options” de la pestaña “Simulation” asegúrese de que 
esté verificada la opción “Use Input Experts”, es decir, el asistente para introducir 
las especificaciones de una columna de destilación. 
 
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5. Instale una columna de destilación rigurosa haciendo doble clic sobre el icono 
“Distillation Column” que se encuentra en la paleta de objetos. Esta columna tendrá 
tanto un rehervidor en el fondo como un condensador en el tope. 
 
6. La configuración de la columna, introducida a través del asistente, es la siguiente: 
 
6.1 Conexiones (Página 1 de 4) 
 
i. Name T-100 
ii. No. of Stages 8 
iii. Inlet Streams EntradaColumna 
iv. Inlet Stage 3 
v. Condenser Full Reflux 
vi. Ovhd Vapor Outlets Vapor 
vii. Bottoms Liquid Outlet Fondos 
viii. Reboiler Energy Stream Qr 
ix. Condenser Energy Stream Qc 
 
6.2 Perfil de Presiones (Página 2 de 4) 
 
1. Condenser Pressure 28.7 psia 
2. Reboiler Pressure 32.7 psia 
 
6.3 Página 4 
 
Presione el botón “Done” para desplegar la ventana de propiedades de la 
columna T-100 y su banda roja indica que no se ha especificado 
completamente y, por lo tanto, la simulación no ha convergido. Observe la 
Figura 2 
 
¿Cuántos grados de libertad se requieren agregar para especificar 
completamente la columna de destilación?. Observe la página “Specs” de la 
pestaña “Design” 
 
6.4 Especificaciones adicionales: 
 
En la página “Specs” de la pestaña “Design”, presione el botón “Add” para 
añadir otras especificaciones con las cuales completar los grados de libertad 
faltantes y hacer que la simulación converja. En la ventana desplegada para 
la adición de especificaciones titulada “Add Specs” seleccione la opción 
“Column Component Fraction” para especificar una concentración de 
amoniaco en el fondo líquido. Presione el botón “Add Spec(s)” y llene la 
ventana como se observa en la Figura 3. 
 
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Figura 2. Especificaciones de una columna de destilación 
 
 
Cierre la ventana y repita el procedimiento anterior para agregar una 
especificación para la relación de reflujo. Si la opción “Reflux Ratio” se 
encuentra disponible en el cuadro “Column Specifications” de la página 
“Specs” selecciónela y presione el botón “View” y llene la ventana 
desplegada como se observa en la Figura 4. 
 
 
 
 
Figura 3. Especificación de la concentración de amoníaco en el rehervidor 
 
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Figura 4. Especificación de la relación de reflujo en el condensador 
 
 
6.5 Parámetros y activación de las especificaciones añadidas: 
 
En la pestaña “Parameters” de la ventana de propiedades de la columna 
seleccione la página Solver e introduzca un valor de 0.4 para el factor de 
amortiguamiento o “Fixed Damping Factor” con el objeto de acelerar la 
convergencia de la columna y reducir los efectos de algunas oscilaciones en 
los cálculos (el valor por defecto es 1.0). 
 
Regrese a la pestaña “Design” y seleccione la página “Monitor”. En la 
columna encabezada como “Active” del cuadro “Specifications” desactive la 
especificación “Ovhd Vap Rate” y active las especificaciones “Comp 
Fraction” y “Reflux Ratio” verificando los cuadros respectivos. Con esto, se 
completan los grados de libertad y la columna debe converger muy 
rápidamente, como se observa en la banda verde de la Figura 5 
 
6.6 Libro de trabajo del procesoDespliegue el libro de trabajo, Figura 6 , del proceso haciendo clic sobre el 
icono de nombre “Workbook” que se encuentra en la barra estándar. Observe 
las condiciones y las composiciones de las corrientes, y note que el producto 
es agua pura y la integración energética 
 
6.7 Estimativos, dimensionamiento y desempeño de la columna 
 
i. Haga clic en la pestaña “Parameters” de la ventana de propiedades 
de la columna y observe en la ventana desplegada sus perfiles de 
temperatura, presión y flujos; los estimativos de las composiciones 
y las eficiencias asumidas en cada plato. 
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ii. Haga clic sobre la pestaña “Rating” de la ventana de propiedades 
de la columna y observe en la ventana desplegada el 
dimensionamiento de los platos, de los equipos de transferencia de 
calor y un perfil de las caídas de presión plato a plato 
iii. Haga clic sobre la pestaña “Performance” de la ventana de 
propiedades de la columna y observe en la ventana desplegada 
detalles sobre su desempeño y note el perfil, tanto gráfico como 
numérico, de algunas propiedades plato a plato 
 
 
 
Figura 5. Página Monitor de la columna de destilación 
 
 
Estudio de casos: Herramienta Case Study 
 
La simulación puede correrse para un intervalo de temperaturas para la corriente 
“Alimento” (entre 90°F y 110°F en incrementos de 5°F) cambiando la temperatura 
especificada para la corriente “Alimento” en la hoja de trabajo. Se pueden automatizar estos 
cambios utilizando la herramienta “Case Study” en la opción “Databook” del menú “Tools” 
e introduciendo las variables mostradas en la pestaña “Variables” 
 
Case 
 
Object Variables Variable Description 
 
Qc Heat Flow Cooling Water 
Qr Heat Flow Steam 
Alimento Temperature Temperature 
 
 
 
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T-100 
 
Main TS Stage Liq Net Mass Flow (2_Main TS) Liq MF Tray 2 
Main TS Stage Liq Net Mass Flow (7_Main TS) Liq MF Tray 7 
Main TS Stage Vap Net Mass Flow (2_Main TS) Vap MF Tray 2 
Main TS Stage Vap Net Mass Flow (7_Main TS) Vap MF Tray 7 
 
 
 
 
Figura 6. Libro de trabajo 
 
 
Haga clic sobre la pestaña “Case Studies”, presione el botón “Add” que está en el grupo 
“Available Case Studies” para crear el caso de estudio 1 (Case Study 1), verifique la 
temperatura de “Alimento” como la variable independiente y las restantes variables como 
dependientes. 
 
Para automatizar el estudio despliegue la pestaña “Case Studies” y presione el botón 
“View” y en la página “Independent Variables Setup” introduzca los valores 90°F (Low 
Bound), 110°F (High Bound) y 5°F (Step Size) para la variable independiente. 
 
Para empezar el estudio, presione el botón “Start”. Presione el botón “Results” para 
observar los resultados de las variables. Si los resultados aparecen en forma gráfica, se debe 
seleccionar el radio botón “Table” en la ventana de “Case Studies” para observar los 
resultados tabulados en forma numérica 
 
 
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