Chemical Reaction Engineering Module
Chemical Reaction Engineering Module
Software für die Modellierung von Massen- und Energiebilanzen sowie von chemischen Reaktionen
Ein Plattenreaktor, in dem chemische Reaktionen stattfinden und die reagierenden Spezies an zwei Stellen in den Reaktor eingeführt werden.
Perfekt für alle Verfahren in der chemischen und der Prozessindustrie
Mit dem Chemical Reaction Engineering Module lassen sich chemische Reaktoren, Filterapparaturen, Mischer und ähnliche Prozesse einfach optimieren. Das Modul stellt Werkzeuge zur Verfügung, mit denen Sie den Materialtransport und den Wärmetransfer zusammen mit der chemischen Reaktionskinetik in allen Arten von Umgebungen - Gase, Fluidströmungen, poröse Medien, auf Oberflächen und in Festphasen - oder eine Kombination dieser simulieren können. Dadurch ist das Modul perfekt für alle Aspekte der chemischen und der Prozessindustrie geeignet, und dies gilt sogar für die Umwelttechnik, in der die "Verfahrenseinheit" oder der "chemische Reaktor" das Umfeld ist, das Sie umgibt.
Konvektion und Diffusion und die chemische Reaktionskinetik
Das Chemical Reaction Engineering Module bietet Ihnen intuitive Interfaces, mit denen Sie den Materialtransport in verdünnten oder konzentrierten Lösungen oder Gemischen durch Konvektion, Diffusion und Migration einer beliebigen Anzahl von chemischen Spezies definieren können. Diese lassen sich einfach mit der Kinetik von reversiblen, irreversiblen und Gleichgewichtsreaktionen, die durch die Arrhenius-Gleichung oder einem beliebigen Geschwindigkeitsgesetz beschrieben werden kann. Hierbei können auch die Auswirkungen von Konzentration und Temperatur auf die Kinetik einbezogen werden. Das Interface für das Definieren von chemischen Reaktionen ist unkompliziert, weil Sie die chemischen Formeln und Reaktionsgleichungen im Wesentlichen so eingeben, als würden Sie diese auf Papier schreiben. COMSOL formuliert anhand der eingegebenen Reaktionsgleichungen die geeigneten Reaktionsausdrücke mithilfe des Massenwirkungsgesetzes, die Sie abändern oder mit Ihren eigenen kinetischen Ausdrücken überschreiben können. Die Stöchiometrie der Reaktionsgleichungen wird dazu verwendet, automatisch Massen- und Energiebilanzen zu definieren, wobei die Reaktionen homogen oder heterogen sein und im Festkörper oder auf Oberflächen stattfinden können.
Weitere Bilder
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Round Jet Burner: Simulation of turbulent combustion in a round jet burner. Results show the temperature and CO2 mass fraction in the reacting jet. -
Biosensor Flow Cell: Simulation of a flow cell containing micropillars coated with an active material to support the adsorption of an analyte. Results show velocity streamlines and the concentration distribution of the adsorbed species.
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Tubular Reactor Simulator: This is an app that simulates a tubular gas reactor, chemical reactions take place in a stream of gas that carries reactants from the inlet to the outlet. Mass and energy transport occur through a convection-diffusion and convection-conduction processes.
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Water Purification by Silver Complexation: Many industrial processes leave remainders of toxic dissolved metal ions in process flows. This model example shows a purification reactor where silver ions are complexated to diamine-silver for removal.
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Tubular Reactor Simulator: This is an app that simulates a tubular gas reactor, chemical reactions take place in a stream of gas that carries reactants from the inlet to the outlet. Mass and energy transport occur through a convection-diffusion and convection-conduction processes.
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Packed Bed Reactor: This model calculates the concentration distribution of the reactor gas that flows around catalytic pellets, by also using an extra dimension to model its concentration distribution inside each of the porous catalytic pellets. Shown are the velocity streamlines at the bottom part of the reactor, where the color plot indicates the concentration.
Alle Transportphänomene
Zu dem Chemical Reaction Engineering Module gehören Werkzeuge zur Berechnung von thermodynamischen Eigenschaften einschließlich der Anbindung an externe Quellen, so dass Sie die Kopplung der Wärmetransport- und Enthalpiebilanzen mit dem Materialtransport und den chemischen Reaktionen verbessern können. Darüber hinaus gibt es Interfaces zur Beschreibung des Impulstransports, wodurch Sie eine vollständige Beschreibung der Transportphänomene Ihres Prozesses erlangen. Hierzu gehören laminare Strömungen und Strömungen in porösen Medien, die durch die Navier-Stokes-Gleichung, das Darcy-Gesetz und die Brinkman-Gleichungen beschrieben werden. Durch die Kopplung mit dem CFD Module oder dem Heat Transfer Module können Sie auch turbulente, mehrphasige und nicht isotherme Strömungen sowie Übertragungen von Wärmestrahlung simulieren.
Ein wesentlicher Bestandteil der Optimierung Ihrer chemischen Reaktionsprozesse
Das Chemical Reaction Engineering Module ist für Ingenieure und Wissenschaftler vorgesehen, die in der chemischen, Prozess-, Stromerzeugungs-, pharmazeutischen, Polymer- oder Lebensmittelindustrie arbeiten und in deren Prozessen der Materialtransport und chemische Reaktionen wesentliche Bestandteile sind. Das Modul umfasst Werkzeuge, mit denen alle Aspekte dieser Anwendungen untersucht werden können: von Reagenzglasuntersuchungen in einem Labor bis zu einer Revision eines chemischen Reaktors mitten in einer Betriebsanlage. Die chemische Reaktionskinetik kann unter kontrollierten Bedingungen simuliert werden, sodass sich die Kinetik, in Kombination mit dem Optimization Module, durch integrierte Funktionen für Parameterschätzung sowie Vergleiche mit experimentellen Daten genau beschreiben lässt. Darauf aufbauend stellt das Chemical Reaction Engineering Module eine Reihe von vordefinierten Reaktortypen für umfassende Untersuchungen bereit:
- diskontinuierliche Rührkessel (Batch- und Semibatch-Reaktoren)
- Kontinuierliche Rührkessel (CSTR)
- Rohrreaktoren
Alle diese Reaktoren werden mit geeigneten Definitionen für konstante Massen oder konstantes Volumen sowie mit isothermen, nicht isothermen und adiabatischen Bedingungen bereitgestellt. Diese einfachen Modelle, die perfekt für das Einbinden Ihrer optimierten Kinetik in eine Prozessumgebung geeignet sind, ermöglichen Ihnen ein verbessertes Verständnis Ihres Systems und versetzen Sie in die Lage, eine Vielzahl von unterschiedlichen Betriebsbedingungen zu simulieren. Mit all den Erkenntnissen, die Sie daraus gewonnen haben, können Sie im nächsten Schritt durch ein vollständiges achsensymmetrisches 2D- oder 3D-Modell den Entwurf Ihrer Anlage optimieren und eine Feinabstimmung der Betriebsbedingungen vornehmen. Mit der Funktion zum Generieren eines raumabhängigen Modells können Sie die Massen- und Energiebilanzen Ihres Systems zusammen mit den Fluidströmungen und Geschwindigkeiten der chemischen Reaktionen einbinden.
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 ...
Modeling the Electrochemistry of Blood Glucose Test Strips
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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 ...
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 ...
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 ...
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. ...
Liquid Chromatography
High-performance liquid chromatography (HPLC) is a common method of separating, identifying, and quantifying each chemical compound in a mixture. HPLC is found in the pharmaceutical, biotech, and food industries. The Liquid Chromatography app simulates the separation of two species within a generic liquid chromatography column. Simulations can ...
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 ...
Analysis of NOx Reaction Kinetics
This suite of examples illustrate the modeling of selective NO reduction, that occurs as flue gases pass through the channels of a monolithic reactor in the exhaust system of a motored vehicle. The simulations are aimed at finding the optimal dosing of NH3, the reactant that serves as reducing agent in the process. Three different analyses are ...
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. ...
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 ...
