Chemical Reaction Engineering Module

Neue App: Biosensor-Design

Eine Durchflusszelle in einem Biosensor enthält ein Mikrosäulen-Array. Die konkaven Oberflächen der Säulen sind mit einem aktiven Material beschichtet, das selektiv Biomoleküle im Probenfluss absorbiert. Sie können die Eingabeparameter des Sensors ändern, wie Säulendurchmesser, Rasterabstand und Eintrittsgeschwindigkeit, um die Detektionsergebnisse zu optimieren.

Biosensor-Design-App – Darstellung der Konzentration nach einer erfolgreichen Simulation. Biosensor-Design-App – Darstellung der Konzentration nach einer erfolgreichen Simulation.

Biosensor-Design-App – Darstellung der Konzentration nach einer erfolgreichen Simulation.

Neue Surface CHEMKIN®-Funktionalität in den Interfaces Chemie und Reaktionstechnik

Neue Funktionen ermöglichen Ihnen den Import von Surface CHEMKIN®-Dateien mit Oberflächenspezies und Oberflächenreaktions-Daten. Zuvor war bereits der Import von CHEMKIN®-Daten für homogene Reaktionen möglich. Alle Typen von CHEMKIN-Dateien enthalten Folgendes: Transporteigenschaften und Reaktionskinetik- und Thermodynamikdaten. Der Surface CHEMKIN®-Standard eignet sich insbesondere für die Modellierung von Reaktionen auf katalytischen Oberflächen und von heterogenen Reaktionen, wenn die Reaktionsdaten im Surface CHEMKIN®-Format zur Verfügung stehen.

Der CVD-Reaktor wird mithilfe der neuen Surface CHEMKIN®-Importfunktionen untersucht, wobei Adsorption, Desorption und Oberflächenreaktionen ermittelt werden. Der Reaktionsmechanismus wird anschließend mit dem Transportmechanismus in einer detaillierten Reaktorgeometrie gekoppelt. Der CVD-Reaktor wird mithilfe der neuen Surface CHEMKIN®-Importfunktionen untersucht, wobei Adsorption, Desorption und Oberflächenreaktionen ermittelt werden. Der Reaktionsmechanismus wird anschließend mit dem Transportmechanismus in einer detaillierten Reaktorgeometrie gekoppelt.

Der CVD-Reaktor wird mithilfe der neuen Surface CHEMKIN®-Importfunktionen untersucht, wobei Adsorption, Desorption und Oberflächenreaktionen ermittelt werden. Der Reaktionsmechanismus wird anschließend mit dem Transportmechanismus in einer detaillierten Reaktorgeometrie gekoppelt.

Neue Gasgemisch-Viskositäts-Korrelation

Für Gasgemische kann nun in den Interfaces Reaktionstechnik und Chemie eine Gemisch-Viskositäts-Berechnungsmethode angewendet werden. Zuvor waren nur Reingas-Viskositäts-Berechnungen möglich.

Erweiterung der Funktion Reaktives Pelletbett um eine Option für den Filmwiderstand

Bei der Funktion Reaktives Pelletbett kann für die Kopplung der Makroebenen-Konzentration mit der Mikroebenen-Konzentration auf einer Pellet-Bulk-Fluid-Oberfläche nun zwischen zwei Optionen ausgewählt werden:

  • Stetige Konzentration
  • Widerstand des Films (Massenfluss)

Die neue Option für den Filmwiderstand setzt den Pellet-Stoffübergang mit einem Grenzschichtkoeffizienten, hD, in Beziehung. Die Option wird bei der Analyse von Bioreaktoren und katalytischen Betten angewendet. Zum Widerstand des Inneren des porösen Pellets wird der Widerstand eines dünnen Films nahe der Pelletoberfläche addiert. Die Stoffübergangskoeffizienten werden automatisch aus der Sherwood-Zahl berechnet. Diese wird mit einem der drei folgenden empirischen Ausdrücke definiert:

  • Frössling
  • Rosner
  • Garner und Keey

Mit der Option „Widerstand des Films“ können Sie den Filmkoeffizienten automatisch aus der Sherwood-Zahl berechnen. Optional können Sie benutzerdefinierte Übertragungskoeffizienten eingeben. Mit der Option „Widerstand des Films“ können Sie den Filmkoeffizienten automatisch aus der Sherwood-Zahl berechnen. Optional können Sie benutzerdefinierte Übertragungskoeffizienten eingeben.

Mit der Option „Widerstand des Films“ können Sie den Filmkoeffizienten automatisch aus der Sherwood-Zahl berechnen. Optional können Sie benutzerdefinierte Übertragungskoeffizienten eingeben.

Verbesserte Modellierung von chemischen Reaktionen in porösen Medien

Die Option Reaktionen in den Interfaces Transport verdünnter Spezies in porösen Medien bietet nun die folgenden Optionen, um das reagierende Bezugsvolumen für gesättigte und ungesättigte poröse Medien zu berücksichtigen:

  • Gesamtvolumen
  • Porenvolumen
  • Flüssigphase
  • Gasphase

Das einfachste und weniger fehleranfällige Verfahren ist, für kinetische Ausdrücke mit Daten aus der Literatur zu arbeiten, da diese für verschiedene Bezugsvolumina tabuliert werden können.

Sie können nun die geeignete Bezugsgröße für den Reaktionsgeschwindigkeitsausdruck verwenden. In diesem Fall ist die Reaktion pro Gesamtporenvolumen ausgewählt. Sie können nun die geeignete Bezugsgröße für den Reaktionsgeschwindigkeitsausdruck verwenden. In diesem Fall ist die Reaktion pro Gesamtporenvolumen ausgewählt.

Sie können nun die geeignete Bezugsgröße für den Reaktionsgeschwindigkeitsausdruck verwenden. In diesem Fall ist die Reaktion pro Gesamtporenvolumen ausgewählt.

Hygroskopisches Quellen

Hygroskopisches Quellen ist ein Effekt der inneren Materialausdehnung, die durch Änderungen des Feuchtigkeitsgehalts verursacht wird. Mit der neuen Multiphysik-Kopplung Hygroskopische Quellung wird die Feuchtigkeitskonzentration zwischen dem Interface Transport verdünnter Spezies oder dem Interface Transport verdünnter Spezies in porösen Medien und dem Interface Festkörpermechanik gekoppelt.

Modell für staubhaltige Gase

Die Knudsen-Diffusion wurde dem Interface Transport konzentrierter Spezies als zusätzlicher Transportmechanismus hinzugefügt, um die Modellierung staubhaltiger Gase zu ermöglichen. Dieser Mechanismus steht für das Fick’sche Gesetz und das mischungsgemittelte Diffusionsmodell zur Verfügung. Mit dem Modell für staubhaltige Gase kann der Massentransport bei chemischen Reaktionen in porösen Medien, zum Beispiel in katalytischen Membranen und Brennstoffzellenanwendungen, genau ermittelt werden.

In Gasen wird die Transportrate wesentlich von diesem Mechanismus bestimmt, wenn die mittlere freie Weglänge der transportierten Moleküle der Größenordnung der Längenskala des Systems entspricht oder größer ist. Beispiel: In einer langen Pore mit einem kleinen Durchmesser (2 bis 50 nm) kollidieren die Moleküle häufig mit der Porenwand, und die Diffusion muss entsprechend angepasst werden.

Die Knudsen-Diffusion steht nun in Form eines Transportmechanismus zur Verfügung. Die Knudsen-Diffusion steht nun in Form eines Transportmechanismus zur Verfügung.

Die Knudsen-Diffusion steht nun in Form eines Transportmechanismus zur Verfügung.

Variablen für massebasierte Konzentrationen

Das Interface Transport konzentrierter Spezies bietet nun Variablen für massebasierte Konzentrationen (kg/m3), neben den Optionen für Massenanteile. Diese Variablen können bei der Nachbearbeitung, Berichterstellung und Darstellung verwendet werden, wobei die Ergebnisdaten in verschiedenen Einheiten dargestellt werden können.

Gebiete mit infiniten Elementen im Interface Darcy-Gesetz

Das Interface Darcy-Gesetz unterstützt nun Gebiete mit infiniten Elementen und bietet fortschrittliche Berechnungsverfahren für Flüsse an Rändern.

Aktualisierte Übung: Multiskalen-3D-Festbettreaktor

Bei der Übung für den Multiskalen-3D-Festbettreaktor wurden die folgenden Verbesserungen zur Erhöhung der Praxisnähe vorgenommen:

  • Der Einlass des Reaktors wurde mit einer Platte mit Löchern ausgestattet, um ein realistischeres Design zu simulieren.
  • Es wurde eine komplexere reversible Reaktionskinetik zweiter Ordnung integriert.
  • Eine zeitabhängige Studie, die auch das Anfahrverhalten des Reaktors zeigt, wird simuliert.

In der chemischen Industrie wird ein Festbettreaktor häufig für heterogene katalytische Prozesse eingesetzt. Mit diesem Modell wird die Konzentrationsverteilung im Reaktorgas, das um die Pellets herum strömt, berechnet. Weiterhin wird die Konzentrationsverteilung in jedem porösen katalytischen Pellet mithilfe einer Extradimension modelliert. In der chemischen Industrie wird ein Festbettreaktor häufig für heterogene katalytische Prozesse eingesetzt. Mit diesem Modell wird die Konzentrationsverteilung im Reaktorgas, das um die Pellets herum strömt, berechnet. Weiterhin wird die Konzentrationsverteilung in jedem porösen katalytischen Pellet mithilfe einer Extradimension modelliert.

In der chemischen Industrie wird ein Festbettreaktor häufig für heterogene katalytische Prozesse eingesetzt. Mit diesem Modell wird die Konzentrationsverteilung im Reaktorgas, das um die Pellets herum strömt, berechnet. Weiterhin wird die Konzentrationsverteilung in jedem porösen katalytischen Pellet mithilfe einer Extradimension modelliert.

Aktualisierte Übung: Chemische GaAs-Gasphasenabscheidung (CVD)

Die GaAs-CVD-Anwendung wurde gründlich überarbeitet und zeigt nun eine wesentlich einfachere Methode auf, mit der komplexe Systeme mit CVD-Prozess-Massenreaktionen und -Oberflächenreaktionen organisiert werden können. Bei der Anwendung wird die neue Funktion Reversible Reaktionsgruppe für den CHEMKIN®-Import mittels einer Surface CHEMKIN®-Datei genutzt.

Bei der Halbleiterherstellung werden CVD-Reaktoren zur Abscheidung von dünnen Schichten auf ein Substrat eingesetzt. Bei diesem Prozess reagieren Moleküle und molekulare Fragmente an einer Oberfläche und sie werden absorbiert.

Bei der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) wird eine dünne Schicht auf ein Substrat aufgebracht. Bei diesem Prozess reagieren Moleküle und molekulare Fragmente an einer Oberfläche und sie werden absorbiert. Bei der Modellierung eines CVD-Systems werden Impuls-, Energie- und Massenbilanzen berücksichtigt und die Gasphasen- und Adsorptionskinetik detailliert beschrieben. Die Stromlinien zeigen die Richtung des Geschwindigkeitsvektors und der Farbplot stellt das Konzentrationsprofil eines der Reaktanten dar. Bei der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) wird eine dünne Schicht auf ein Substrat aufgebracht. Bei diesem Prozess reagieren Moleküle und molekulare Fragmente an einer Oberfläche und sie werden absorbiert. Bei der Modellierung eines CVD-Systems werden Impuls-, Energie- und Massenbilanzen berücksichtigt und die Gasphasen- und Adsorptionskinetik detailliert beschrieben. Die Stromlinien zeigen die Richtung des Geschwindigkeitsvektors und der Farbplot stellt das Konzentrationsprofil eines der Reaktanten dar.

Bei der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) wird eine dünne Schicht auf ein Substrat aufgebracht. Bei diesem Prozess reagieren Moleküle und molekulare Fragmente an einer Oberfläche und sie werden absorbiert. Bei der Modellierung eines CVD-Systems werden Impuls-, Energie- und Massenbilanzen berücksichtigt und die Gasphasen- und Adsorptionskinetik detailliert beschrieben. Die Stromlinien zeigen die Richtung des Geschwindigkeitsvektors und der Farbplot stellt das Konzentrationsprofil eines der Reaktanten dar.

Neue Übung: Proteinadsorption in einer Ionenaustauschersäule

Ionenaustausch ist ein leistungsfähiges Verfahren zur Trennung von Proteinen aus Lösungen und wird schon heute ohne weiteres in der Biotech- und Pharmaindustrie verwendet. Diese neue Übung simuliert eine Ionenaustauschersäule zur Adsorption zweier Proteintypen.

Die flüssige Phase umfasst vier Komponenten: zwei Proteintypen, Lösungsmittel und ein Salz. Die Adsorptions-/Desorptionskinetik wird mit zwei Gleichgewichtsreaktionen beschrieben, wobei Proteine Ionen verdrängen, die an der Oberfläche adsorbiert werden, und umgekehrt. In dieser Übung wird demonstriert, wie Reaktionen im chemischen Gleichgewicht in einem Reaktor mit idealer Durchmischung mit dem Interface Reaktionstechnik analysiert werden können. Weiterhin wird gezeigt, wie die Kinetik eines idealen Reaktors in ein 3D-Modell exportiert wird. Mit dem Modell werden die räumlichen Effekte auf die Reaktionsoberfläche in der Säule detailliert analysiert.

Dargestellt wird die Konzentration eines der adsorbierten Proteine an der Oberfläche einer porösen Struktur eines Ionenaustauscherharzes in einer Ionenaustauschersäule nach einer Betriebszeit von zwei Sekunden. Im Farbplot wird die Konzentration dargestellt (Dunkelrot entspricht 7 Mol/m3 und Dunkelblau 0). Dargestellt wird die Konzentration eines der adsorbierten Proteine an der Oberfläche einer porösen Struktur eines Ionenaustauscherharzes in einer Ionenaustauschersäule nach einer Betriebszeit von zwei Sekunden. Im Farbplot wird die Konzentration dargestellt (Dunkelrot entspricht 7 Mol/m3 und Dunkelblau 0).

Dargestellt wird die Konzentration eines der adsorbierten Proteine an der Oberfläche einer porösen Struktur eines Ionenaustauscherharzes in einer Ionenaustauschersäule nach einer Betriebszeit von zwei Sekunden. Im Farbplot wird die Konzentration dargestellt (Dunkelrot entspricht 7 Mol/m3 und Dunkelblau 0).

Neue Übung: Multikomponenten-Rohrreaktor

In dieser Übung wird gezeigt, wie mit den Interfaces Chemie und Transport verdünnter Spezies eine komplexe Reaktionskinetik und der Multikomponenten-Massentransport analysiert werden können. Untersucht wird eine exotherme, irreversible Reaktion in einem Rohrreaktor (Flüssigphase, laminares Strömungsregime). Beim Reaktor wird ein Kühlmantel mit einer konstanten Kühlmitteltemperatur eingesetzt.

Verteilung eines Reaktants und Produkts in einem mantelgekühlten Multikomponenten-Rohrreaktor. Verteilung eines Reaktants und Produkts in einem mantelgekühlten Multikomponenten-Rohrreaktor.

Verteilung eines Reaktants und Produkts in einem mantelgekühlten Multikomponenten-Rohrreaktor.