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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
137        Pdrop                   as press_delta          (Brief="Pressure Drop in the condenser",Default=0);
138
139VARIABLES
140in      InletVapour             as stream                               (Brief="Vapour inlet stream", PosX=0.3431, PosY=0, Symbol="_{inV}");
141out     OutletLiquid as liquid_stream           (Brief="Liquid outlet stream", PosX=0.34375, PosY=1, Symbol="_{outL}");
142in      InletQ          as power                                (Brief="Cold supplied", PosX=1, PosY=0.5974, Symbol="_{in}",Protected=true);
143
144EQUATIONS
145
146"Molar Flow Balance"
147        InletVapour.F = OutletLiquid.F;
148
149"Molar Composition Balance"
150        InletVapour.z = OutletLiquid.z;
151
152"Energy Balance"
153        InletVapour.F*InletVapour.h = OutletLiquid.F*OutletLiquid.h + InletQ;
154
155"Pressure Drop"
156        OutletLiquid.P = InletVapour.P - Pdrop;
157
158end
159
160Model condenserReact
161        ATTRIBUTES
162        Pallete         = false;
163        Icon            = "icon/Condenser";
164        Brief           = "Model of a Condenser with reaction in liquid phase.";
165        Info            =
166"== Assumptions ==
167* perfect mixing of both phases;
168* thermodynamics equilibrium;
169* the reaction only takes place in liquid phase.
170       
171== Specify ==
172* the reaction related variables;
173* the inlet stream;
174* the outlet flows: OutletVapour.F and OutletLiquid.F;
175* the heat supply.
176
177== Initial Conditions ==
178* the condenser temperature (OutletLiquid.T);
179* the condenser liquid level (Level);
180* (NoComps - 1) OutletLiquid (OR OutletVapour) compositions.
181";
182       
183PARAMETERS
184        outer PP        as Plugin(Type="PP");
185        outer NComp as Integer;
186       
187        V               as volume (Brief="Condenser total volume");
188        Across  as area         (Brief="Cross Section Area of reboiler");
189
190        stoic(NComp)    as Real                 (Brief="Stoichiometric matrix");
191        Hr                              as energy_mol;
192        Initial_Level                           as length                       (Brief="Initial Level of liquid phase");
193        Initial_Temperature                     as temperature          (Brief="Initial Temperature of Condenser");
194        Initial_Composition(NComp)      as fraction             (Brief="Initial Liquid Composition");
195       
196VARIABLES
197
198in      InletVapour             as stream                       (Brief="Vapour inlet stream", PosX=0.1164, PosY=0, Symbol="_{inV}");
199out     OutletLiquid    as liquid_stream        (Brief="Liquid outlet stream", PosX=0.4513, PosY=1, Symbol="_{outL}");
200out     OutletVapour    as vapour_stream        (Brief="Vapour outlet stream", PosX=0.4723, PosY=0, Symbol="_{outV}");
201        InletQ          as power                        (Brief="Cold supplied", PosX=1, PosY=0.6311, Symbol="_{in}");
202
203        M(NComp)        as mol                  (Brief="Molar Holdup in the tray");
204        ML                      as mol                  (Brief="Molar liquid holdup");
205        MV                      as mol                  (Brief="Molar vapour holdup");
206        E                       as energy               (Brief="Total Energy Holdup on tray");
207        vL                      as volume_mol   (Brief="Liquid Molar Volume");
208        vV                      as volume_mol   (Brief="Vapour Molar volume");
209        Level           as length               (Brief="Level of liquid phase");
210        Vol             as volume;
211        r3                      as reaction_mol (Brief="Reaction Rates", DisplayUnit = 'mol/l/s');
212        C(NComp)        as conc_mol     (Brief="Molar concentration", Lower = -1);
213
214INITIAL
215
216        Level                                   = Initial_Level;
217        OutletLiquid.T                          = Initial_Temperature;
218        OutletLiquid.z(1:NComp-1)       = Initial_Composition(1:NComp-1)/sum(Initial_Composition);
219
220EQUATIONS
221"Molar Concentration"
222        OutletLiquid.z = vL * C;
223       
224"Reaction"
225        r3 = exp(-7150*'K'/OutletLiquid.T)*(4.85e4*C(1)*C(2) - 1.23e4*C(3)*C(4)) * 'l/mol/s';
226       
227"Component Molar Balance"
228        diff(M) = InletVapour.F*InletVapour.z - OutletLiquid.F*OutletLiquid.z - OutletVapour.F*OutletVapour.z + stoic*r3*ML*vL;
229
230"Energy Balance"
231        diff(E) = InletVapour.F*InletVapour.h - OutletLiquid.F*OutletLiquid.h- OutletVapour.F*OutletVapour.h + InletQ + Hr * r3 * ML*vL;
232
233"Molar Holdup"
234        M = ML*OutletLiquid.z + MV*OutletVapour.z;
235       
236"Energy Holdup"
237        E = ML*OutletLiquid.h + MV*OutletVapour.h - OutletVapour.P*V;
238       
239"Mol fraction normalisation"
240        sum(OutletLiquid.z)=1.0;
241
242"Liquid Volume"
243        vL = PP.LiquidVolume(OutletLiquid.T, OutletLiquid.P, OutletLiquid.z);
244
245"Vapour Volume"
246        vV = PP.VapourVolume(OutletVapour.T, OutletVapour.P, OutletVapour.z);
247
248"Thermal Equilibrium"
249        OutletLiquid.T = OutletVapour.T;
250
251"Mechanical Equilibrium"
252        OutletVapour.P = OutletLiquid.P;
253
254"Geometry Constraint"
255        V = ML*vL + MV*vV;
256
257        Vol = ML*vL;
258       
259"Level of liquid phase"
260        Level = ML*vL/Across;
261       
262"Chemical Equilibrium"
263        PP.LiquidFugacityCoefficient(OutletLiquid.T, OutletLiquid.P, OutletLiquid.z)*OutletLiquid.z =
264        PP.VapourFugacityCoefficient(OutletVapour.T, OutletVapour.P, OutletVapour.z)*OutletVapour.z;
265
266        sum(OutletLiquid.z)=sum(OutletVapour.z);
267
268end
269
270Model condenser_column
271        ATTRIBUTES
272        Pallete         = true;
273        Icon            = "icon/Condenser_column2";
274        Brief           = "Model of a  dynamic condenser with control.";
275        Info            =
276"== Assumptions ==
277* perfect mixing of both phases;
278* thermodynamics equilibrium.
279       
280== Specify ==
281* the inlet stream;
282* the outlet flows: OutletVapour.F and OutletLiquid.F;
283* the InletQ (the model requires an energy stream).
284       
285== Initial Conditions ==
286* Initial_Temperature :  the condenser temperature (OutletLiquid.T);
287* Initial_Level : the condenser liquid level (Level);
288* Initial_Composition : (NoComps) OutletLiquid compositions.
289";     
290       
291PARAMETERS
292        outer PP                        as Plugin       (Brief = "External Physical Properties", Type="PP");
293        outer NComp     as Integer (Brief="Number of Components");
294       
295        Mw(NComp)       as molweight    (Brief = "Component Mol Weight",Hidden=true);
296
297       
298        VapourFlow              as Switcher     (Brief="Vapour Flow", Valid = ["on", "off"], Default = "on",Hidden=true);
299
300        V                       as volume       (Brief="Condenser total volume");
301        Across  as area                 (Brief="Cross Section Area of condenser");
302        Kfactor as positive     (Brief="K factor for pressure drop", Lower = 1E-8, Default = 1E-3);
303       
304        Initial_Level                                                           as length                               (Brief="Initial Level of liquid phase");
305        Initial_Temperature                                     as temperature  (Brief="Initial Temperature of Condenser");
306        Initial_Composition(NComp)      as positive                     (Brief="Initial Liquid Composition", Lower=1E-6);
307       
308VARIABLES
309
310in              InletVapour             as stream                                       (Brief="Vapour inlet stream", PosX=0, PosY=0.5, Symbol="_{inV}");
311out     OutletLiquid    as liquid_stream                (Brief="Liquid outlet stream", PosX=0.5, PosY=1, Symbol="_{outL}");
312out     OutletVapour    as vapour_stream                (Brief="Vapour outlet stream", PosX=0.5, PosY=0, Symbol="_{outV}");
313in              InletQ                          as power                                        (Brief="Heat supplied", Protected = true, PosX=1, PosY=0.6, Symbol="_{in}");
314
315        out     TCI as control_signal   (Brief="Temperature  Indicator of Condenser", Protected = true, PosX=1, PosY=0.40);
316        out     LCI as control_signal   (Brief="Level  Indicator of Condenser", Protected = true, PosX=1, PosY=0.25);
317        out     PCI as control_signal   (Brief="Pressure  Indicator of Condenser", Protected = true, PosX=1, PosY=0.10);
318
319        M(NComp)        as mol                                  (Brief="Molar Holdup in the tray", Protected = true);
320        ML                              as mol                                  (Brief="Molar liquid holdup", Protected = true);
321        MV                              as mol                                  (Brief="Molar vapour holdup", Protected = true);
322        E                                       as energy                       (Brief="Total Energy Holdup on tray", Protected = true);
323        vL                              as volume_mol   (Brief="Liquid Molar Volume", Protected = true);
324        vV                              as volume_mol   (Brief="Vapour Molar volume", Protected = true);
325        rho                             as dens_mass            (Brief ="Inlet Vapour Mass Density",Hidden=true);
326        Level                   as length                               (Brief="Level of liquid phase", Protected = true);
327        Pdrop                   as press_delta          (Brief = "Pressure Drop", DisplayUnit = 'kPa', Symbol ="\Delta P", Protected=true);
328
329SET
330
331        Mw   = PP.MolecularWeight();
332       
333INITIAL
334
335"Initial Level"
336        Level                                                                   = Initial_Level;
337
338"Initial Temperature"
339        OutletLiquid.T                                          = Initial_Temperature;
340
341"Initial Composition"
342        OutletLiquid.z(1:NComp-1)   = Initial_Composition(1:NComp-1)/sum(Initial_Composition);
343
344EQUATIONS
345
346switch VapourFlow
347
348        case "on":
349        InletVapour.F*sum(Mw*InletVapour.z) = Kfactor *sqrt(Pdrop*rho)*'m^2';
350
351        when InletVapour.F < 1E-6 * 'kmol/h' switchto "off";
352
353        case "off":
354        InletVapour.F = 0 * 'mol/s';
355
356        when InletVapour.P > OutletLiquid.P switchto "on";
357
358end
359
360"Component Molar Balance"
361        diff(M) = InletVapour.F*InletVapour.z - OutletLiquid.F*OutletLiquid.z- OutletVapour.F*OutletVapour.z;
362
363"Energy Balance"
364        diff(E) = InletVapour.F*InletVapour.h - OutletLiquid.F*OutletLiquid.h- OutletVapour.F*OutletVapour.h + InletQ;
365
366"Molar Holdup"
367        M = ML*OutletLiquid.z + MV*OutletVapour.z;
368       
369"Energy Holdup"
370        E = ML*OutletLiquid.h + MV*OutletVapour.h - OutletVapour.P*V;
371       
372"Mol fraction normalisation"
373        sum(OutletLiquid.z)=1.0;
374
375"Mol fraction Constraint"
376        sum(OutletLiquid.z)=sum(OutletVapour.z);
377
378"Liquid Volume"
379        vL = PP.LiquidVolume(OutletLiquid.T, OutletLiquid.P, OutletLiquid.z);
380       
381"Vapour Volume"
382        vV = PP.VapourVolume(OutletVapour.T, OutletVapour.P, OutletVapour.z);
383
384"Inlet Vapour Density"
385        rho = PP.VapourDensity(InletVapour.T, InletVapour.P, InletVapour.z);
386       
387"Chemical Equilibrium"
388        PP.LiquidFugacityCoefficient(OutletLiquid.T, OutletLiquid.P, OutletLiquid.z)*OutletLiquid.z =
389                PP.VapourFugacityCoefficient(OutletVapour.T, OutletVapour.P, OutletVapour.z)*OutletVapour.z;
390
391"Thermal Equilibrium"
392        OutletLiquid.T = OutletVapour.T;
393
394"Mechanical Equilibrium"
395        OutletVapour.P = OutletLiquid.P;
396
397"Pressure Drop"
398        OutletLiquid.P  = InletVapour.P - Pdrop;
399
400"Geometry Constraint"
401        V = ML*vL + MV*vV;
402
403"Level of liquid phase"
404        Level = ML*vL/Across;
405
406"Temperature indicator"
407        TCI * 'K' = OutletLiquid.T;
408
409"Pressure indicator"
410        PCI * 'atm' = OutletLiquid.P;
411
412"Level indicator"
413        LCI*V = Level*Across;
414       
415end
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