IMPIANTI-CHIMICI

Libreria di funzioni utili per il corso di "Impianti Chimici" del III anno di studi della laurea triennale in ingegneria chimica al Politecnico di Milano

Si presenta una lista delle funzioni presenti nel componente aggiuntivo con una descrizione sintetica dei termini di output e di input

1. xi: Output: restituisce il valore della frazione molare Input: vettore delle composizioni come frazioni massive (wi), vettore dei pesi molecolari (PM), numero dei componenti (NC), specie di cui si desidera calcolare la frazione molare in output (specie).

2. wi: Output: restituisce il valore della frazione massica Input: vettore delle composizioni (xi), vettore dei pesi molecolari (PM), numero dei componenti (NC), specie di cui si desidera calcolare la frazione massiva in output (specie).

3. p0_Antoine Output: restituisce la tensione di vapore nell’unità di misura desiderata di un composto noti i parametri dell’equazione e la temperatura. Input: parametri dell’equazione (A) (B) (C), temperatura [K] (T_inK), base del logaritmo nella relazione (baseLog), unità di misura della pressione restituita dalla relazione, disponibili: [Pa],[bar],[mmHg],[atm] (unitaPressioneFormula), unità di misura della temperatura nella relazione, disponibili: [K],[°C] (unitaTemperaturaFormula), unità di misura desiderata per la pressione, disponibili: [Pa],[bar],[mmHg],[atm] (unitaPressioneDesiderata)

4. Rachford_Rice Output: restituisce il valore dell’equazione di Rachford-Rice che può poi essere azzerata nelle incognite beta (rapporto di vaporizzazione) o nella temperatura. Input: vettore delle composizioni entranti (z), vettore delle tensioni di vapore (p0), pressione (p), rapporto di vaporizzazione (beta), numero di componenti (NC)

5. Flash_pRR Output: restituisce il valore dell’equazione di Rachford-Rice che può poi essere azzerata nell’incognita T Input: vettore delle composizioni entranti (z), vettore delle tensioni di vapore (p0), pressione (p), rapporto di recupero (RR), specie a cui è riferito tale rapporto (specie), fase del rapporto di recupero “V” o “L” (specie), numero dei componenti (NC)

6. N_stadi_asInteger Output: restituisce il numero di stadi ideali (as Integer) di una colonna standard per la distillazione binaria usando il metodo di McCabe-Thiele. Input: fattore entalpico (q), frazione molare del componente più volatile in testa (xD), frazione molare del componente più volatile in coda (xB), frazione molare del componente più volatile in alimentazione (zF), volatilità relativa media in colonna (alfa), fattore moltiplicativo per determinare R da Rmin (k_rappRecupero)

7. N_stadiSup_asDouble Output: restituisce il numero di stadi superiori ideali (as Double) di una colonna standard per la distillazione binaria usando il metodo di McCabe-Thiele (equazione di Riccati).. Input: frazione molare del componente più volatile in testa (xD), frazione molare del componente più volatile in alimentazione (zF), rapporto di Recupero (R), volatilità relativa media in colonna (alfa).

8. N_stadiInf_asDouble Output: restituisce il numero di stadi inferiori ideali (as Double) di una colonna standard per la distillazione binaria usando il metodo di McCabe-Thiele (equazione di Riccati). Input: frazione molare del componente più volatile in testa (xD), frazione molare del componente più volatile in coda (xB), frazione molare del componente più volatile in alimentazione (zF), frazione molare del componente ottenuto all’ultimo stadio del tronco superiore nella fase liquida (zF_meno)***, rapporto di recupero (R), volatilità relativa media in colonna (alfa), fattore entalpico (q).

9. N_stadiInf_asInteger Output: restituisce il numero di stadi inferiori ideali (as Integer) di una colonna standard per la distillazione binaria usando il metodo grafico di McCabe-Thiele. Input: fattore entalpico (q), frazione molare del componente più volatile in testa (xD), frazione molare del componente più volatile in coda (xB), frazione molare del componente più volatile in alimentazione (zF), volatilità relativa media in colonna (alfa), fattore moltiplicativo per determinare R da Rmin (k_rappRecupero)

10. N_stadiSup_asInteger Output: restituisce il numero di stadi superiori ideali (as Integer) di una colonna standard per la distillazione binaria usando il metodo grafico di McCabe-Thiele. Input: fattore entalpico (q), frazione molare del componente più volatile in testa (xD), frazione molare del componente più volatile in coda (xB), frazione molare del componente più volatile in alimentazione (zF), volatilità relativa media in colonna (alfa), fattore moltiplicativo per determinare R da Rmin (k_rappRecupero)

11. Rmin Output: restituisce il rapporto di riflusso minimo di una colonna standard. Input: fattore entalpico (q), frazione molare del componente più volatile in testa (xD), frazione molare del componente più volatile in alimentazione (zF), volatilità relativa media in colonna (alfa).

12. Nmin: Output: restituisce il numero di stadi minimo con la correlazione di Fenske. Input: frazione molare del componente più volatile in testa (xD), frazione molare del componente più volatile in coda (xB), volatilità relativa media (alfa).

13. N_stadi_Eduljee Output: restituisce il numero di stadi di equilibrio di una colonna standard con la correlazione di Eduljee Input: rapporto di riflusso (R), rapporto di riflusso minimo (Rmin), numero di stadi minimo (Nmin).

14. N_stadi_Molokanov Output: restituisce il numero di stadi di equilibrio di una colonna standard con la correlazione di Molokanov Input: rapporto di riflusso (R), rapporto di riflusso minimo (Rmin), numero di stadi minimo (Nmin).

15. xB_batchMultistadio** Output: restituisce la frazione molare del componente più volatile nella storta Input: frazione molare del componente più volatile nel distillato (xD), rapporto di recupero (R), numero di stadi della colonna, storta inclusa (N), volatilità relativa media (alfa).

16. N_stadi_assorbimentoKremser_cascateLineari Output: restituisce il numero di stadi di equilibrio necessari per l’assorbimento di una specie nell’ipotesi di cascate lineari (problema di progetto) Input: fattore di estrazione (E), rapporto molare del componente migrante nella frase pesante in ingresso (XN1), frazione molare del componente migrante nella fase leggera in ingresso (Y0), rapporto molare del componente migrante nella fase leggera in uscita, ovvero la specifica di purezza (YN), costante di ripartizione (k).

17. YN_assorbimentoKremser_cascateLineari Output: restituisce il rapporto molare del componente migrante nella corrente leggera in uscita nell’assorbimento nell’ipotesi di cascate lineari (problema di verifica) Input: fattore di estrazione (E), numero di stadi (N), rapporto molare del componente migrante nella frase pesante in ingresso (XN1), rapporto molare del componente migrante nella fase leggera in ingresso (Y0), costante di ripartizione (k).

18. N_stadi_assorbimentoKremser Output: restituisce il numero di stadi di equilibrio necessari per l’assorbimento di una specie SENZA l’ipotesi di cascate lineari (problema di progetto). Input: costante di ripartizione (k), rapporto molare del componente migrante nella fase leggera in uscita, ovvero la specifica di purezza (YN), rapporto molare del componente migrante nella fase leggera in ingresso (Y0), rapporto molare del componente migrante nella frase pesante in ingresso (XN1), il rapporto tra la portata di solvente liquido e la portata di solvente gassoso L/G (LG).

19. LGmin_assorbimento Output: restituisce il valore di L/G minimo per colonne di assorbimento (senza ipotesi di cascate lineari) Input: costante di ripartizione (k), rapporto molare del componente migrante nella frase pesante in ingresso (XN1), rapporto molare del componente migrante nella fase leggera in uscita, ovvero la specifica di purezza (YN), rapporto molare del componente migrante nella fase leggera in ingresso (Y0).

20. N_stadi_strippingKremser_cascateLineari Output: restituisce il numero di stadi di equilibrio necessari per lo stripping di una corrente nell’ipotesi di cascate lineari (problema di progetto) Input: fattore di assorbimento (A), rapporto molare del componente migrante nella frase pesante in ingresso (XN1), rapporto molare del componente migrante nella fase leggera in ingresso (Y0), rapporto molare del componente migrante nella fase pesante in uscita, ovvero la specifica di purezza (X1), costante di ripartizione (k).

21. X1_strippingKremser_cascateLineari Output: restituisce il rapporto molare del componente migrante nella corrente pesante in uscita nello stripping nell’ipotesi di cascate lineari (problema di verifica) Input: fattore di assorbimento (A), numero di stadi (N), rapporto molare del componente migrante nella frase pesante in ingresso (XN1), rapporto molare del componente migrante nella fase leggera in ingresso (Y0), costante di ripartizione (k).

22. N_stadi_strippingKremser Output: restituisce il numero di stadi di equilibrio necessari per lo stripping di una corrente SENZA l’ipotesi di cascate lineari (problema di progetto). Input: costante di ripartizione (k), rapporto molare del componente migrante nella fase pesante in uscita, ovvero la specifica di purezza (X1), rapporto molare del componente migrante nella fase leggera in ingresso (Y0), rapporto molare del componente migrante nella frase pesante in ingresso (XN1), il rapporto tra la portata di solvente liquido e la portata di solvente gassoso G/L (GL).

23. GLmin_stripping Output: restituisce il valore di G/L minimo per colonne di stripping (senza ipotesi di cascate lineari) Input: costante di ripartizione (k), rapporto molare del componente migrante nella frase pesante in ingresso (XN1), rapporto molare del componente migrante nella fase pesante in uscita, ovvero la specifica di purezza (X1), rapporto molare del componente migrante nella fase leggera in ingresso (Y0).

24. NUT_1 **** Output: restituisce il numero di unità di trasferimento NUT. Input: fattore di stripping (S), costante di ripartizione (k), rapporto molare del componente migrante in fase gas in ingresso (y1), rapporto molare del componente migrante in fase gas in uscita, ovvero la specifica (y2), rapporto molare del componente migrante nella corrente liquida in ingresso (x2)

25. NUT_2 **** Output: restituisce il numero di unità di trasferimento NUT. Input: il rapporto G/L (GL), costante di ripartizione (k), rapporto molare del componente migrante in fase gas in ingresso (y1), rapporto molare del componente migrante in fase gas in uscita, ovvero la specifica (y2), rapporto molare del componente migrante nella corrente liquida in ingresso (x2).

DISTILLAZIONE MULTICOMPONENTE - NEW !

26. Nmin_multicomponente Output: restituisce il numero di stadi minimo con la correlazione di Fenske (distillazione multicomponente). Input: frazione molare del componente chiave leggero nel distillato (xD_lightKey), frazione molare del componente chiave leggero nel bottom (xB_lightKey), frazione molare del componente chiave pesante nel distillato (xD_heavyKey), frazione molare del componente chiave pesante nel bottom (xB_heavyKey), volatilità relativa media del componente chiave leggero (alfa_lightKey).

27. Underwood_I Output: restituisce il valore dell’equazione di Underwood I in valore assoluto (il valore restituito è da azzerare nell’incognita theta, per la quale bisogna fornire un primo tentativo in una cella dedicata). Input: vettore delle volatilità relative (alfa), vettore delle composizioni della miscela in ingresso alla colonna(z), fattore entalpico (q), incognita di azzeramento (theta), numero delle specie entranti in colonna (NC).

28. Underwood_II Output: restituisce il valore dell’equazione di Underwood II in valore assoluto (il valore restituito è da azzerare nelle incognite Rmin + xD_Rmin (per ogni componente distribuito), per le quali bisogna fornire un primo tentativo in celle dedicate). Input: rapporto di riflusso minimo (Rmin), vettore delle volatilità relative (alfa), vettore delle composizioni del distillato per Rmin - per i componenti NON distribuiti queste coincidono con xD(i) (xD_Rmin), valore theta determinato in precedenza - andranno messi valori diversi di theta per ogni equazione che si scrive (theta), numero delle specie entranti in colonna (NC).

29. xD_Nmin Output: restituisce il valore di frazione molare per il componente distribuito di cui si specificano le variabili nel caso di Nmin. Input: numero minimo di stadi determinabile con la funzione 26) (Nmin), Portata in ingresso alla colonna (F), portata del distillato determinata in precedenza con i bilanci materiali (B), volatilità relativa del componente distribuito (alfa), frazione molare del componente distribuito nel feed (z), composizione del distillato (xD), frazione molare del componente chiave pesante nel distillato (xD_heavyKey), frazione molare del componente chiave pesante nel bottom (xB_heavyKey), indice del componente distribuito (indexDistribuito), numero delle specie entranti in colonna (NC).

30. xD_new_multicomponente Output: restituisce il valore di frazione molare per il componente distribuito di cui si specificano le variabili, questo valore va confrontato con quello della precedente iterazione (o di primo tentativo) per decidere se continuare il processo iterativo o fermare la risoluzione. Input: rapporto di riflusso minimo (Rmin), rapporto R/Rmin (k), composizione nel distillato del componente distribuito in caso di Rmin (xD_Rmin), composizione nel distillato del componente distribuito in caso di Nmin (xD_Nmin).

31. N_stadiSup_Kirckbride Output: restituisce il numero di stadi superiori per una colonna multicomponente stimati con l'equazione di Kirckbride Input: Numero di stadi (totali) ottenuti con Fenske o Molokanov NON arrotondati, frazione molare del componente chiave pesante nel feed (z_hk), frazione molare del componente chiave leggero nel feed (z_lk), frazione molare del componente chiave pesante nel distillato (xD_hk), frazione molare del componente chiave leggero nel bottom (xB_lk), portata di distillato (D), portata di prodotti di coda (B).

32. N_stadi_crossFlow_cascateLineari(E As Double, K As Double, YN As Double, Y0 As Double, X0 As Double) Ouput: restituisce il numero di stadi per l'assorbimento in cross-flow (problema di progetto) Input: Fattore di estrazione (E), Costante di ripartizione (K), rapporto molare nella corrente leggera purificata, specifica di progetto (YN), rapporto molare nella corrente leggera da purificare (Y0), rapporto molare nella fase pesante entrante (X0).

33. YN_crossFlow_cascateLineari Ouput: restituisce il rapporto molare nella corrente purificata per l'assorbimento in cross-flow (problema di verifica) Input: Fattore di estrazione (E), Costante di ripartizione (K), rapporto molare nella corrente leggera da purificare (Y0), rapporto molare nella fase pesante entrante (X0), numero di stadi (N).

**La distillazione batch può essere risolta nel modo seguente: RAPPORTO di RIFLUSSO COSTANTE: Si discretizzino valori di xB (partendo da xB0 con un passo di massimo 0.05) In corrispondenza di questi valori si ipotizzi una composizione di distillato xD (un primo tentativo sensato è 0.8/0.9) Si usi la funzione "xB_batchMultistadio" per determinare il valore di xB corrispondente con il valore di xD ipotizzato. A questo punto si usi la ricerca obiettivo per modificare xD (precedentemente ipotizzato) in modo che la differenza tra xB fornito dalla funzione coincida con quello della discretizzazione. La procedura dev'essere ripetuta per ogni valore di xB discretizzato, a tal fine si consiglia l'installazione della seguente macro: https://github.com/eliaferretti/azzeramento-Excel FRAZIONE MOLARE di DISTILLATO COSTANTE: Si discretizzino valori di xB (partendo da xB0 con un passo di massimo 0.05) In corrispondenza di questi valori si ipotizzi un valore del rapporto di riflusso R (un primo tentativo sensato è 2/3) Si usi la funzione "xB_batchMultistadio" per determinare il valore di xB corrispondente con il valore di R ipotizzato. A questo punto si usi la ricerca obiettivo per modificare R (precedentemente ipotizzato) in modo che la differenza tra xB fornito dalla funzione coincida con quello della discretizzazione. La procedura dev'essere ripetuta per ogni valore di xB discretizzato, a tal fine si consiglia l'installazione della seguente macro: https://github.com/eliaferretti/azzeramento-Excel

***zF_meno può essere determinata imponendo N_stadiSup_McCabeThiele uguale al numero di stadi superiori ottenuto arrotondato all’intero successivo. L’equazione va azzerata nell’incognita zF (come primo tentativo si suggerisce zF della miscela entrante). Il risultato ottenuto per zF coincide con zF_meno.

****la differenza tra NUT_1 e NUT_2 sta semplicemente nelle varibili di input.

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