Семейство продуктов COMSOL®

Модуль Химические реакции

Model Mass and Energy Balances with the Chemical Reaction Engineering Module

Chemical Reaction Engineering Module

Реактор с пластинами, в котором химические реакции протекают повсеместно, а реагенты вводятся в двух точках.

Идеальное решение для всех технологических операций в химической и обрабатывающей промышленности

Оптимизация химических реакторов, фильтрационного оборудования, смесителей и других процессов упрощается при использовании модуля Chemical Reaction Engineering (Разработка химических реакций). Он содержит инструменты для моделирования переноса материалов и теплообмена при любой химической кинетике в среде любого типа (в газах, жидкостях, пористых средах, на поверхностях и в твердых фазах) или при их комбинациях. Таким образом, модуль является идеальным решением для всех аспектов химической и обрабатывающей промышленности, и даже в экологической инженерии, где в качестве «технологической установки» или «химического реактора» выступает окружающая среда.

Конвекция и диффузия при произвольной химической кинетике

Модуль Chemical Reaction Engineering (Разработка химических реакций) содержит интуитивно понятные пользовательские интерфейсы для определения переноса материалов в разбавленных и концентрированных растворах или смесях при конвекции, диффузии и миграции ионов произвольного количества химических соединений. Все они легко связываются с определениями кинетики обратимых, необратимых и равновесных реакций, которые описываются уравнением Аррениуса или любым произвольным уравнением скорости реакции, при этом можно учитывать воздействие концентрации и температуры на кинетику. Интерфейс для определения химических реакций прост и понятен, поскольку химические формулы и уравнения вводятся фактически как при записи на бумаге. Используя закон действующих масс, COMSOL формирует подходящие схемы реакций, которые можно изменять или отклонять. Стехиометрия в формулах реакции используется для автоматического определения материального и энергетического балансов для условий гомогенного или гетерогенного реактора, в объеме или на поверхностях.


Дополнительные изображения с примерами:

Круглая форсунка: моделирование турбулентного сгорания в круглой форсунке. Результаты демонстрируют температуру и массовую долю CO2 в реагирующей струе. Круглая форсунка: моделирование турбулентного сгорания в круглой форсунке. Результаты демонстрируют температуру и массовую долю CO2 в реагирующей струе.
Биосенсорная проточная ячейка: моделирование проточной ячейки с микростолбиками, покрытыми активным материалом для поддержки адсорбции анализируемого вещества. Результаты показывают скорость вдоль линии тока и распределение концентрации адсорбированных частиц. Биосенсорная проточная ячейка: моделирование проточной ячейки с микростолбиками, покрытыми активным материалом для поддержки адсорбции анализируемого вещества. Результаты показывают скорость вдоль линии тока и распределение концентрации адсорбированных частиц.
Tubular Reactor Simulator (Модель трубчатого реактора) – это приложение, моделирующее газовый трубчатый реактор. Химические реакции происходят в потоке газа, несущего реагенты от входа к выходу. Перенос массы и энергии осуществляется с помощью конвективно-диффузионных и конвективно-кондуктивных процессов. Tubular Reactor Simulator (Модель трубчатого реактора) – это приложение, моделирующее газовый трубчатый реактор. Химические реакции происходят в потоке газа, несущего реагенты от входа к выходу. Перенос массы и энергии осуществляется с помощью конвективно-диффузионных и конвективно-кондуктивных процессов.
Очистка воды с образованием комплексов серебра: после многих промышленных процессов в осадках остаются токсичные растворенные ионы металлов. В этом примере показана модель очистительного реактора, в котором ионы серебра удаляются путем образования комплексов диамин-серебро. Очистка воды с образованием комплексов серебра: после многих промышленных процессов в осадках остаются токсичные растворенные ионы металлов. В этом примере показана модель очистительного реактора, в котором ионы серебра удаляются путем образования комплексов диамин-серебро.
Tubular Reactor Simulator (Модель трубчатого реактора) – это приложение, моделирующее газовый трубчатый реактор. Химические реакции происходят в потоке газа, несущего реагенты от входа к выходу. Перенос массы и энергии осуществляется с помощью конвективно-диффузионных и конвективно-кондуктивных процессов. Tubular Reactor Simulator (Модель трубчатого реактора) – это приложение, моделирующее газовый трубчатый реактор. Химические реакции происходят в потоке газа, несущего реагенты от входа к выходу. Перенос массы и энергии осуществляется с помощью конвективно-диффузионных и конвективно-кондуктивных процессов.
Реактор со слоем катализатора. В этой модели рассчитывается распределение концентрации реакторного газа, протекающего между гранулами катализатора, при этом для моделирования распределения концентрации внутри каждой пористой гранулы используется дополнительная размерность. Показаны линии тока у дна реактора (цвет линии указывает на концентрацию). Реактор со слоем катализатора. В этой модели рассчитывается распределение концентрации реакторного газа, протекающего между гранулами катализатора, при этом для моделирования распределения концентрации внутри каждой пористой гранулы используется дополнительная размерность. Показаны линии тока у дна реактора (цвет линии указывает на концентрацию).

Явления полного переноса

Инструменты для расчета термодинамических свойств, в том числе из внешних источников, включены в модуль Chemical Reaction Engineering (Разработка химических реакций), чтобы добавить связь переноса тепла с балансами энтальпий к переносу масс и химическим реакциям. Также имеются пользовательские интерфейсы для определения переноса импульса, что позволяет учитывать вся явления переноса, присутствующие в вашем процессе. В частности, учитывается ламинарный поток и поток в пористой среде, описываемые уравнением Навье – Стокса, законом Дарси и уравнениями Бринкмана. Используя в модели модуль CFD (Вычислительная гидродинамика) или модуль Heat Transfer (Теплопередача) можно учитывать турбулентный поток, многофазный поток и неизотермальный поток, а также радиационную теплопередачу.

Неотъемлемая часть оптимизации процессов ваших химических реакций

Модуль Chemical Reaction Engineering (Разработка химических реакций) предназначен для инженеров и ученых, работающих, например, в химической, обрабатывающей, электроэнергетической, фармацевтической и пищевой отраслях или в производстве полимеров, где перенос материалов и химические реакции являются неотъемлемой частью технологического процесса. В модуле содержится инструментарий для всех аспектов применения: от «пробирочных» исследований в лаборатории до капитального ремонта химического реактора на заводе. Химическую кинетику можно моделировать в контролируемых средах для подробного их описания с использованием встроенных возможностей для оценки параметров и сравнения с экспериментальными данными. При этом в модуле Chemical Reaction Engineering (Разработка химических реакций) имеется ряд предварительно настроенных типов реакторов для более глубоких исследований:

  • Реакторы периодического и полупериодического действия* Проточные реакторы с непрерывным перемешиванием* Реакторы идеального вытеснения

Эти типы реакторов предоставляются с необходимыми определениями постоянных или меняющихся масс и объемов, а также изотермических, неизотермических и адиабатических условий. Данные простые модели являются идеальным решением для внедрения оптимизированной кинетики в технологическую среду, они позволяют лучше понять систему и моделировать множество различных рабочих условий. Получив все эти знания, на следующем шаге можно оптимизировать конструкцию установки и рабочие условия, используя полную двухмерную осесимметричную или трехмерную модель. Функцию Generate Space-Dependent Model (Создание модели, зависящей от пространственных координат) можно использовать для всестороннего учета баланса масс и энергий системы с учетом скорости потока среды и протекания химических реакций.

Модуль Химические реакции

Ключевые особенности

  • Модели автоматических идеальных реакторов с выдачей кинетических уравнений на основе химических формул
  • Перенос массы в разбавленных и концентрированных смесях
  • Перенос массы диффузией, конвекцией и ионной миграцией
  • Многокомпонентный перенос масс
  • Уравнения Фикиана, Нернста - Планка, Максвелла - Стефана, а также перенос, усредненный по смеси
  • Учет микрокомпонентной диффузии для эффекта Соре
  • Диффузия в тонких слоях
  • Диффузионные барьеры
  • Перенос веществ и теплопередача в пористых средах
  • Модели корректирования пористости для параметров переноса масс
  • Ламинарный поток и поток в пористой среде
  • Формула Хагена - Пуазейля
  • Уравнения Навье - Стокса, Бринкмана и закон Дарси
  • Реакционный поток
  • Поверхностная диффузия и реакции
  • Адсорбция, абсорбция и отложение веществ на поверхностях
  • Многоуровневый перенос и характеристики реакций
  • Неограниченное количество химических веществ в произвольных определениях кинетики химических реакций в изотермических и неизотермических средах
  • Модель Аррениуса
  • Изотермы адсорбции, абсорбция и отложение веществ на поверхностях
  • Реакционный поток в свободной и пористой среде
  • Функция CHEMKIN® для импорта кинетических данных, термодинамических и транспортных свойств
  • Поддержка термодинамических баз данных в формате CAPE-OPEN

Область применения

  • Реакторы циклического действия, с пульсирующим потоком и корпусные
  • Проектирование, выбор размеров и оптимизация реакторов
  • Микрокомпонентный и мембранный перенос
  • Реакторы со слоем насадки
  • Адсорбция, абсорбция и отложение на поверхностях
  • Биохимия и пищевые технологии
  • Фармацевтический синтез
  • Производство пластмасс и полимеро
  • Электрохимическая технология
  • Хроматография
  • Осмос, электрофорез и электроосмос
  • Фильтрация и осаждение
  • Обработка выхлопных газов и снижение уровня вредных выбросов
  • Устройства для ферментации и кристаллизации
  • Циклоны, сепараторы, скрубберы и выщелачивающие агрегаты
  • Предварительные камеры сгорания и двигатели внутреннего сгорания
  • Монолитные реакторы и каталитические преобразователи
  • Селективное каталитическое восстановление и катализаторы для него
  • Водородные реформеры
  • Обработка полупроводников и химическое осаждение из паровой фазы
  • Микрогидравлические устройства и устройства типа «лаборатория на чипе»

Material Databases

Формат файла Раcширение Чтение Запись
CHEMKIN®1 .dat, .txt, .inp3 Да Нет
CAPE-OPEN (direct connection)1 n/a N/A N/A
LXCAT file2 .lxcat,.txt Да Нет

1 Any file format is allowed, these are the most common extensions
2Requires the Plasma Module
3Any extension is allowed; These are the most common extensions

Посмотреть все форматы файлов поддерживаемые COMSOL

Simulating the Release Mechanism in Drug-Eluting Stents

Modeling the Electrochemistry of Blood Glucose Test Strips

Transport in an Electrokinetic Valve

Porous Reactor with Injection Needle

Analysis of NOx Reaction Kinetics

Biosensor Design

Membrane Dialysis

Thermal Decomposition

A Multiscale 3D Packed Bed Reactor

Syngas Combustion in a Round-Jet Burner

Dissociation in a Tubular Reactor

Chemical Vapor Deposition of GaAs

Следующий шаг:
Договоритесь о демонстрации
программного пакета

Каждая компания имеет уникальные требования к моделированию. Чтобы точно определить, подойдет ли программный пакет COMSOL Multiphysics® для решения ваших задач, свяжитесь с нами. Обсудив это с одним из наших торговых представителей или менеджером по продажам, вы получите личные рекомендации и подробные примеры, которые помогут вам сделать верный выбор и подобрать подходящую конфигурацию продуктов и тип лицензии.

Просто нажмите кнопку "Связаться с представителем COMSOL", укажите свою контактную информацию, замечания или вопросы и отправьте нам. В течение одного рабочего дня с вами свяжется наш торговый представитель или менеджер.