Модуль Химические реакции
Модуль Химические реакции
Model Mass and Energy Balances with the 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.
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.
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.
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
Modeling the Electrochemistry of Blood Glucose Test Strips
Stephen Mackintosh Lifescan Scotland UK
Lifescan Scotland is a medical device company that designs and manufactures blood glucose monitoring kits for the global diabetes market. These involve the self-monitoring of blood glucose levels through specialized monitoring systems and test strips that comprise of a plastic substrate, two carbon-based electrodes, a thin dry reagent layer, and ...
Simulating the Release Mechanism in Drug-Eluting Stents
T. Schauer, I. Guler Boston Scientific Corporation, MN, USA
Stent insertion through the coronary artery is a common procedure used to treat restricted blood flow to the heart caused by stenosis. Following the procedure, restenosis may occur due to excessive tissue growth around the stent. Researchers at Boston Scientific are using multiphysics simulation to better understand how drug-eluting stents ...
Transport in an Electrokinetic Valve
This application presents an example of pressure driven flow and electrophoresis in a 3D micro channel system. Researchers often use a device similar to the one in this model as an electrokinetic sample injector in biochips to obtain well-defined sample volumes of dissociated acids and salts and to transport these volumes. Focusing is obtained ...
Porous Reactor with Injection Needle
Modeling packed beds, monolithic reactors, and other catalytic heterogeneous reactors is substantially simplified with the Reacting Flow in Porous Media multiphysics interface. This defines the diffusion, convection, migration, and reaction of chemical species for porous media flow without having to set up separate interfaces and couple them. The ...
Biosensor Design
Surface reactions with adsorption-reaction-desorption steps are common in for example photocatalysis and biosensors. A flow cell in a biosensor contains an array of micropillars for adsorption of for example antigens in aqueous solutions. A signal proportional to the surface coverage can be detected in a sensor, for example through ...
A Multiscale 3D Packed Bed Reactor
One of the most common reactors in the chemical industry, for use in heterogeneous catalytic processes, is the packed bed reactor. This type of reactor is used both in synthesis as well as in effluent treatment and catalytic combustion. This model is set up to calculate the concentration distribution in the reactor gas that flows around the ...
Steam Reformer
In fuel cell power generators, a steam reformer unit typically produces the hydrogen needed for the cell stack. This example illustrates the modeling of a steam reformer. The reformation chemistry occurs in a porous catalytic bed where energy is supplied through heating tubes to drive the endothermal reaction system. The reactor is enclosed in ...
Syngas Combustion in a Round-Jet Burner
The model simulates non-premixed turbulent combustion of syngas (synthesis gas) in a simple round-jet burner. Syngas is a gas mixture, primarily composed of hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide. The name syngas relates to its use in creating synthetic natural gas. In the model, syngas is fed from a pipe into an open region with a slow ...
Dissociation in a Tubular Reactor
Tubular reactors are often used in continuous large-scale production, for example in the petroleum industry. One key design parameter is the conversion, or the amount of reactant that reacts to form the desired product. In order to achieve high conversion, process engineers optimize the reactor design: its length, width and heating system. An ...
Chemical Vapor Deposition of GaAs
Chemical vapor deposition (CVD) allows a thin film to be grown on a substrate through molecules and molecular fragments adsorbing and reacting on a surface. This example illustrates the modeling of such a CVD reactor where triethyl-gallium first decomposes, and the reaction products along with arsine (AsH3) adsorb and react on a substrate to form ...
Thermal Decomposition
In this tutorial, the heat and mass transport equations are coupled to laminar flow in order to model exothermic reactions in a parallel plate reactor. It exemplifies how you can use COMSOL Multiphysics to systematically set up and solve increasingly sophisticated models using predefined physics interfaces.
Carbon Deposition in Heterogeneous Catalysis
Carbon deposition on the surface of solid catalysts is commonly observed in hydrocarbon processing. A known problem is that carbon deposits can impede the activity of catalysts as well as block the flow of gas through a catalyst bed. This example investigates the thermal decomposition of methane into hydrogen and solid carbon, over a catalyst. ...
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.