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

Separation Through Dialysis

A Multiscale 3D Packed Bed Reactor

Porous Reactor with Injection Needle

Analysis of NOx Reaction Kinetics

Transport in an Electrokinetic Valve

Syngas Combustion in a Round-Jet Burner

Biosensor Design

Thermal Decomposition

Liquid Chromatography

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.