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1#*-------------------------------------------------------------------
2* EMSO Model Library (EML) Copyright (C) 2004 - 2007 ALSOC.
3*
4* This LIBRARY is free software; you can distribute it and/or modify
5* it under the therms of the ALSOC FREE LICENSE as available at
6* http://www.enq.ufrgs.br/alsoc.
7*
8* EMSO Copyright (C) 2004 - 2007 ALSOC, original code
9* from http://www.rps.eng.br Copyright (C) 2002-2004.
10* All rights reserved.
11*
12* EMSO is distributed under the therms of the ALSOC LICENSE as
13* available at http://www.enq.ufrgs.br/alsoc.
14*
15*----------------------------------------------------------------------
16* Author: Paula B. Staudt
17* $Id: condenser.mso 555 2008-07-18 19:01:13Z rafael $
18*--------------------------------------------------------------------*#
19
20using "streams";
21
22Model condenser
23        ATTRIBUTES
24        Pallete         = true;
25        Icon            = "icon/Condenser";
26        Brief   = "Model of a dynamic condenser.";
27        Info            =
28"== Assumptions ==
29* perfect mixing of both phases;
30* thermodynamics equilibrium.
31       
32== Specify ==
33* the inlet stream;
34* the outlet flows: OutletVapour.F and OutletLiquid.F;
35* the InletQ (the model requires an energy stream).
36       
37== Initial Conditions ==
38* Initial_Temperature :  the condenser temperature (OutletLiquid.T);
39* Initial_Level : the condenser liquid level (Level);
40* Initial_Composition : (NoComps) OutletLiquid compositions.
41";     
42       
43PARAMETERS
44        outer PP                        as Plugin       (Brief = "External Physical Properties", Type="PP");
45        outer NComp     as Integer(Brief = "Number of Components");
46
47        V                       as volume       (Brief="Condenser total volume");
48        Across  as area                         (Brief="Cross Section Area of condenser");
49       
50        Initial_Level                           as length                       (Brief="Initial Level of liquid phase");
51        Initial_Temperature                     as temperature          (Brief="Initial Temperature of Condenser");
52        Initial_Composition(NComp)      as fraction             (Brief="Initial Liquid Composition");
53       
54VARIABLES
55in              InletVapour             as stream                               (Brief="Vapour inlet stream", PosX=0.15, PosY=0, Symbol="_{inV}");
56out     OutletLiquid    as liquid_stream                (Brief="Liquid outlet stream", PosX=0.4513, PosY=1, Symbol="_{outL}");
57out     OutletVapour    as vapour_stream        (Brief="Vapour outlet stream", PosX=0.4723, PosY=0, Symbol="_{outV}");
58in              InletQ          as power                                (Brief="Cold supplied", PosX=1, PosY=0, Symbol="_{in}",Protected=true);
59
60        M(NComp)        as mol                          (Brief="Condenser Total Molar Holdup",Protected=true);
61        ML                              as mol                          (Brief="Molar liquid holdup",Protected=true);
62        MV                              as mol                          (Brief="Molar vapour holdup",Protected=true);
63        E                                       as energy                       (Brief="Total Energy Holdup",Protected=true);
64        vL                              as volume_mol   (Brief="Liquid Molar Volume",Protected=true);
65        vV                              as volume_mol   (Brief="Vapour Molar volume",Protected=true);
66        Level                   as length                       (Brief="Level of liquid phase",Protected=true);
67
68INITIAL
69
70        Level                                   = Initial_Level;
71        OutletLiquid.T                          = Initial_Temperature;
72        OutletLiquid.z(1:NComp-1)       = Initial_Composition(1:NComp-1)/sum(Initial_Composition);
73       
74EQUATIONS
75"Component Molar Balance"
76        diff(M) = InletVapour.F*InletVapour.z - OutletLiquid.F*OutletLiquid.z- OutletVapour.F*OutletVapour.z;
77
78"Energy Balance"
79        diff(E) = InletVapour.F*InletVapour.h - OutletLiquid.F*OutletLiquid.h- OutletVapour.F*OutletVapour.h + InletQ;
80
81"Molar Holdup"
82        M = ML*OutletLiquid.z + MV*OutletVapour.z;
83       
84"Energy Holdup"
85        E = ML*OutletLiquid.h + MV*OutletVapour.h - OutletVapour.P*V;
86       
87"Liquid Mol fraction normalisation"
88        sum(OutletLiquid.z)=1.0;
89
90"Mol fraction constraint"
91        sum(OutletLiquid.z)=sum(OutletVapour.z);
92
93"Liquid Volume"
94        vL = PP.LiquidVolume(OutletLiquid.T, OutletLiquid.P, OutletLiquid.z);
95       
96"Vapour Volume"
97        vV = PP.VapourVolume(OutletVapour.T, OutletVapour.P, OutletVapour.z);
98
99"Chemical Equilibrium"
100        PP.LiquidFugacityCoefficient(OutletLiquid.T, OutletLiquid.P, OutletLiquid.z)*OutletLiquid.z =
101                PP.VapourFugacityCoefficient(OutletVapour.T, OutletVapour.P, OutletVapour.z)*OutletVapour.z;
102
103"Thermal Equilibrium"
104        OutletLiquid.T = OutletVapour.T;
105
106"Mechanical Equilibrium"
107        OutletVapour.P = OutletLiquid.P;
108
109"Geometry Constraint"
110        V = ML*vL + MV*vV;
111
112"Level of liquid phase"
113        Level = ML*vL/Across;
114
115end
116
117Model condenserSteady
118        ATTRIBUTES
119        Pallete         = true;
120        Icon            = "icon/CondenserSteady";
121        Brief           = "Model of a  Steady State condenser with no thermodynamics equilibrium.";
122        Info            =
123"== Assumptions ==
124* perfect mixing of both phases;
125* no thermodynamics equilibrium.
126       
127== Specify ==
128* the inlet stream;
129* the pressure drop in the condenser;
130* the InletQ (the model requires an energy stream).
131";
132
133PARAMETERS
134        outer PP                as Plugin       (Brief = "External Physical Properties", Type="PP");
135        outer NComp as Integer (Brief = "Number of Components");
136
137VARIABLES
138in      InletVapour             as stream                               (Brief="Vapour inlet stream", PosX=0.3431, PosY=0, Symbol="_{inV}");
139out     OutletLiquid as liquid_stream           (Brief="Liquid outlet stream", PosX=0.34375, PosY=1, Symbol="_{outL}");
140in      InletQ          as power                                (Brief="Cold supplied", PosX=1, PosY=0.5974, Symbol="_{in}",Protected=true);
141        Pdrop                   as press_delta          (Brief="Pressure Drop in the condenser",Default=0);
142
143EQUATIONS
144
145"Molar Flow Balance"
146        InletVapour.F = OutletLiquid.F;
147
148"Molar Composition Balance"
149        InletVapour.z = OutletLiquid.z;
150
151"Energy Balance"
152        InletVapour.F*InletVapour.h = OutletLiquid.F*OutletLiquid.h + InletQ;
153
154"Pressure Drop"
155        OutletLiquid.P = InletVapour.P - Pdrop;
156
157end
158
159Model condenserReact
160        ATTRIBUTES
161        Pallete         = false;
162        Icon            = "icon/Condenser";
163        Brief           = "Model of a Condenser with reaction in liquid phase.";
164        Info            =
165"== Assumptions ==
166* perfect mixing of both phases;
167* thermodynamics equilibrium;
168* the reaction only takes place in liquid phase.
169       
170== Specify ==
171* the reaction related variables;
172* the inlet stream;
173* the outlet flows: OutletVapour.F and OutletLiquid.F;
174* the heat supply.
175
176== Initial Conditions ==
177* the condenser temperature (OutletLiquid.T);
178* the condenser liquid level (Level);
179* (NoComps - 1) OutletLiquid (OR OutletVapour) compositions.
180";
181       
182PARAMETERS
183        outer PP        as Plugin(Type="PP");
184        outer NComp as Integer;
185       
186        V               as volume (Brief="Condenser total volume");
187        Across  as area         (Brief="Cross Section Area of reboiler");
188
189        stoic(NComp)    as Real                 (Brief="Stoichiometric matrix");
190        Hr                              as energy_mol;
191        Initial_Level                           as length                       (Brief="Initial Level of liquid phase");
192        Initial_Temperature                     as temperature          (Brief="Initial Temperature of Condenser");
193        Initial_Composition(NComp)      as fraction             (Brief="Initial Liquid Composition");
194       
195VARIABLES
196
197in      InletVapour             as stream                       (Brief="Vapour inlet stream", PosX=0.1164, PosY=0, Symbol="_{inV}");
198out     OutletLiquid    as liquid_stream        (Brief="Liquid outlet stream", PosX=0.4513, PosY=1, Symbol="_{outL}");
199out     OutletVapour    as vapour_stream        (Brief="Vapour outlet stream", PosX=0.4723, PosY=0, Symbol="_{outV}");
200        InletQ          as power                        (Brief="Cold supplied", PosX=1, PosY=0.6311, Symbol="_{in}");
201
202        M(NComp)        as mol                  (Brief="Molar Holdup in the tray");
203        ML                      as mol                  (Brief="Molar liquid holdup");
204        MV                      as mol                  (Brief="Molar vapour holdup");
205        E                       as energy               (Brief="Total Energy Holdup on tray");
206        vL                      as volume_mol   (Brief="Liquid Molar Volume");
207        vV                      as volume_mol   (Brief="Vapour Molar volume");
208        Level           as length               (Brief="Level of liquid phase");
209        Vol             as volume;
210        r3                      as reaction_mol (Brief="Reaction Rates", DisplayUnit = 'mol/l/s');
211        C(NComp)        as conc_mol     (Brief="Molar concentration", Lower = -1);
212
213INITIAL
214
215        Level                                   = Initial_Level;
216        OutletLiquid.T                          = Initial_Temperature;
217        OutletLiquid.z(1:NComp-1)       = Initial_Composition(1:NComp-1)/sum(Initial_Composition);
218
219EQUATIONS
220"Molar Concentration"
221        OutletLiquid.z = vL * C;
222       
223"Reaction"
224        r3 = exp(-7150*'K'/OutletLiquid.T)*(4.85e4*C(1)*C(2) - 1.23e4*C(3)*C(4)) * 'l/mol/s';
225       
226"Component Molar Balance"
227        diff(M) = InletVapour.F*InletVapour.z - OutletLiquid.F*OutletLiquid.z - OutletVapour.F*OutletVapour.z + stoic*r3*ML*vL;
228
229"Energy Balance"
230        diff(E) = InletVapour.F*InletVapour.h - OutletLiquid.F*OutletLiquid.h- OutletVapour.F*OutletVapour.h + InletQ + Hr * r3 * ML*vL;
231
232"Molar Holdup"
233        M = ML*OutletLiquid.z + MV*OutletVapour.z;
234       
235"Energy Holdup"
236        E = ML*OutletLiquid.h + MV*OutletVapour.h - OutletVapour.P*V;
237       
238"Mol fraction normalisation"
239        sum(OutletLiquid.z)=1.0;
240
241"Liquid Volume"
242        vL = PP.LiquidVolume(OutletLiquid.T, OutletLiquid.P, OutletLiquid.z);
243
244"Vapour Volume"
245        vV = PP.VapourVolume(OutletVapour.T, OutletVapour.P, OutletVapour.z);
246
247"Thermal Equilibrium"
248        OutletLiquid.T = OutletVapour.T;
249
250"Mechanical Equilibrium"
251        OutletVapour.P = OutletLiquid.P;
252
253"Geometry Constraint"
254        V = ML*vL + MV*vV;
255
256        Vol = ML*vL;
257       
258"Level of liquid phase"
259        Level = ML*vL/Across;
260       
261"Chemical Equilibrium"
262        PP.LiquidFugacityCoefficient(OutletLiquid.T, OutletLiquid.P, OutletLiquid.z)*OutletLiquid.z =
263        PP.VapourFugacityCoefficient(OutletVapour.T, OutletVapour.P, OutletVapour.z)*OutletVapour.z;
264
265        sum(OutletLiquid.z)=sum(OutletVapour.z);
266
267end
268
269Model condenser_column
270        ATTRIBUTES
271        Pallete         = true;
272        Icon            = "icon/Condenser_column2";
273        Brief           = "Model of a  dynamic condenser with control.";
274        Info            =
275"== Assumptions ==
276* perfect mixing of both phases;
277* thermodynamics equilibrium.
278       
279== Specify ==
280* the inlet stream;
281* the outlet flows: OutletVapour.F and OutletLiquid.F;
282* the InletQ (the model requires an energy stream).
283       
284== Initial Conditions ==
285* Initial_Temperature :  the condenser temperature (OutletLiquid.T);
286* Initial_Level : the condenser liquid level (Level);
287* Initial_Composition : (NoComps) OutletLiquid compositions.
288";     
289       
290PARAMETERS
291        outer PP                        as Plugin       (Brief = "External Physical Properties", Type="PP");
292        outer NComp     as Integer (Brief="Number of Components");
293       
294        Mw(NComp)       as molweight    (Brief = "Component Mol Weight",Hidden=true);
295
296       
297        VapourFlow              as Switcher     (Brief="Vapour Flow", Valid = ["on", "off"], Default = "on",Hidden=true);
298
299        V                       as volume       (Brief="Condenser total volume");
300        Across  as area                 (Brief="Cross Section Area of condenser");
301        Kfactor as positive     (Brief="K factor for pressure drop", Lower = 1E-8, Default = 1E-3);
302       
303        Initial_Level                                                           as length                               (Brief="Initial Level of liquid phase");
304        Initial_Temperature                                     as temperature  (Brief="Initial Temperature of Condenser");
305        Initial_Composition(NComp)      as positive                     (Brief="Initial Liquid Composition", Lower=1E-6);
306       
307VARIABLES
308
309in              InletVapour             as stream                                       (Brief="Vapour inlet stream", PosX=0, PosY=0.5, Symbol="_{inV}");
310out     OutletLiquid    as liquid_stream                (Brief="Liquid outlet stream", PosX=0.5, PosY=1, Symbol="_{outL}");
311out     OutletVapour    as vapour_stream                (Brief="Vapour outlet stream", PosX=0.5, PosY=0, Symbol="_{outV}");
312in              InletQ                          as power                                        (Brief="Heat supplied", Protected = true, PosX=1, PosY=0.6, Symbol="_{in}");
313
314        out     TCI as control_signal   (Brief="Temperature  Indicator of Condenser", Protected = true, PosX=1, PosY=0.40);
315        out     LCI as control_signal   (Brief="Level  Indicator of Condenser", Protected = true, PosX=1, PosY=0.25);
316        out     PCI as control_signal   (Brief="Pressure  Indicator of Condenser", Protected = true, PosX=1, PosY=0.10);
317
318        M(NComp)        as mol                                  (Brief="Molar Holdup in the tray", Protected = true);
319        ML                              as mol                                  (Brief="Molar liquid holdup", Protected = true);
320        MV                              as mol                                  (Brief="Molar vapour holdup", Protected = true);
321        E                                       as energy                       (Brief="Total Energy Holdup on tray", Protected = true);
322        vL                              as volume_mol   (Brief="Liquid Molar Volume", Protected = true);
323        vV                              as volume_mol   (Brief="Vapour Molar volume", Protected = true);
324        rho                             as dens_mass            (Brief ="Inlet Vapour Mass Density",Hidden=true);
325        Level                   as length                               (Brief="Level of liquid phase", Protected = true);
326        Pdrop                   as press_delta          (Brief = "Pressure Drop", DisplayUnit = 'kPa', Symbol ="\Delta P", Protected=true);
327
328SET
329
330        Mw   = PP.MolecularWeight();
331       
332INITIAL
333
334"Initial Level"
335        Level                                                                   = Initial_Level;
336
337"Initial Temperature"
338        OutletLiquid.T                                          = Initial_Temperature;
339
340"Initial Composition"
341        OutletLiquid.z(1:NComp-1)   = Initial_Composition(1:NComp-1)/sum(Initial_Composition);
342
343EQUATIONS
344
345switch VapourFlow
346
347        case "on":
348        InletVapour.F*sum(Mw*InletVapour.z) = Kfactor *sqrt(Pdrop*rho)*'m^2';
349
350        when InletVapour.F < 1E-6 * 'kmol/h' switchto "off";
351
352        case "off":
353        InletVapour.F = 0 * 'mol/s';
354
355        when InletVapour.P > OutletLiquid.P switchto "on";
356
357end
358
359"Component Molar Balance"
360        diff(M) = InletVapour.F*InletVapour.z - OutletLiquid.F*OutletLiquid.z- OutletVapour.F*OutletVapour.z;
361
362"Energy Balance"
363        diff(E) = InletVapour.F*InletVapour.h - OutletLiquid.F*OutletLiquid.h- OutletVapour.F*OutletVapour.h + InletQ;
364
365"Molar Holdup"
366        M = ML*OutletLiquid.z + MV*OutletVapour.z;
367       
368"Energy Holdup"
369        E = ML*OutletLiquid.h + MV*OutletVapour.h - OutletVapour.P*V;
370       
371"Mol fraction normalisation"
372        sum(OutletLiquid.z)=1.0;
373
374"Mol fraction Constraint"
375        sum(OutletLiquid.z)=sum(OutletVapour.z);
376
377"Liquid Volume"
378        vL = PP.LiquidVolume(OutletLiquid.T, OutletLiquid.P, OutletLiquid.z);
379       
380"Vapour Volume"
381        vV = PP.VapourVolume(OutletVapour.T, OutletVapour.P, OutletVapour.z);
382
383"Inlet Vapour Density"
384        rho = PP.VapourDensity(InletVapour.T, InletVapour.P, InletVapour.z);
385       
386"Chemical Equilibrium"
387        PP.LiquidFugacityCoefficient(OutletLiquid.T, OutletLiquid.P, OutletLiquid.z)*OutletLiquid.z =
388                PP.VapourFugacityCoefficient(OutletVapour.T, OutletVapour.P, OutletVapour.z)*OutletVapour.z;
389
390"Thermal Equilibrium"
391        OutletLiquid.T = OutletVapour.T;
392
393"Mechanical Equilibrium"
394        OutletVapour.P = OutletLiquid.P;
395
396"Pressure Drop"
397        OutletLiquid.P  = InletVapour.P - Pdrop;
398
399"Geometry Constraint"
400        V = ML*vL + MV*vV;
401
402"Level of liquid phase"
403        Level = ML*vL/Across;
404
405"Temperature indicator"
406        TCI * 'K' = OutletLiquid.T;
407
408"Pressure indicator"
409        PCI * 'atm' = OutletLiquid.P;
410
411"Level indicator"
412        LCI*V = Level*Across;
413       
414end
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