Chemical Reaction Engineering Module
Chemical Reaction Engineering Module
Software Para Modelar Balanços de Massa e Energia, bem como Reações Químicas
Um reator de placas onde reações químicas ocorrem por toda a parte e produtos químicos reagentes são introduzidos em dois pontos no reator.
Perfeito Para Todas as Indústrias Químicas e de Processos
Otimizar reatores químicos, equipamentos de filtração, misturadores e outros processos fica mais fácil com o Chemical Reaction Engineering Module. Ele contém ferramentas para simular o transporte de espécies e a transferência de calor junto com cinéticas químicas arbitrárias em todos os tipos de ambiente – gases, líquidos, meios porosos, sobre superfícies e dentro de fases sólidas – ou combinações de todos esses. Isso o torna perfeito para todas as aplicações das indústrias químicas e de processos e até mesmo dentro da engenharia ambiental, onde a "unidade de processos" ou o "reator químico" é o meio-ambiente.
Convecção e Difusão Com Cinéticas Químicas Arbitrárias
O Chemical Reaction Engineering Module contém interfaces intuitivas para você definir o transporte de materiais em soluções ou misturas diluídas e concentradas por convecção, difusão e migração iônica de um número arbitrário de espécies químicas. Elas se conectam facilmente a definições de cinéticas de reação reversíveis, irreversíveis e de equilíbrio que podem ser descritas pela equação de Arrhenius, ou qualquer lei de taxa arbitrária, onde os efeitos da concentração e da temperatura sobre a cinética podem ser incluídos. A interface para definir reações químicas é direta, visto que fórmulas químicas e equações são inseridas essencialmente como se você as escrevesse no papel. O COMSOL define as expressões de reação adequadas usando a lei de ação das massas, que você pode alterar ou sobrescrever com suas próprias expressões cinéticas. A estequiometria em suas fórmulas de reação é usada para definir automaticamente balanços de massa e energia, sejam eles homogêneos ou heterogêneos, ocorrendo em volumes ou em superfícies.
Imagens adicionais:
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Queimador a Jato Circular: Simulação da combustão turbulenta em um queimador a jato. Os resultados mostram a temperatura e fração mássica de CO2 na reator a jato. -
Célula de Escoamento com Biosensores: Simulação de uma célula de escoamento contendo micropillares revestidos com um material ativo para apoiar a adsorção de uma amostra. Os resultados mostram linhas de corrente de velocidade e a distribuição da concentração das espécies adsorvidas.
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Simulador de Reator Tubular: Este é um aplicativo que simula um reator tubular de gás, as reações químicas acontecem em uma corrente de gás que transporta os reagentes a partir da entrada para a saída. O transporte de massa e energia ocorrer através dos processos de convecção-difusão e convecção-condução.
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Purificador de Água por Complexação a Prata: Muitos processos industriais deixam resíduos de íons metálicos tóxicos dissolvidos em processos de escoamentos. Este exemplo mostra um modelo de um reator de purificação onde os íons de prata são complexado a diamina prata para remoção.
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Simulador de Reator Tubular: Este é um aplicativo que simula um reator tubular de gás, as reações químicas acontecem em uma corrente de gás que transporta os reagentes a partir da entrada para a saída. O transporte de massa e energia ocorrer através dos processos de convecção-difusão e convecção-condução.
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Reator de Leito Empacotado: Este modelo calcula a distribuição da concentração do gás do reator que flui em torno de péletes catalíticos, utilizando também uma dimensão extra para modelar a sua distribuição de concentração no interior de cada péletes catalíticos porosos. São mostrados as linhas de corrente de velocidade na parte inferior do reator, onde o gráfico de cores indica a concentração.
Fenômenos de Transporte Completos
Ferramentas para cálculo de propriedades termodinâmicas, inclusive oriundas de fontes externas, são incluídas no Chemical Reaction Engineering Module a fim de aumentar o acoplamento do transporte de calor e balanços de entalpia ao transporte de espécies e reações químicas. Interfaces com o usuário para definir o transporte do momento também estão disponíveis, levando-se em conta a descrição completa dos fenômenos de transporte do processo. Isso inclui escoamento laminar e escoamento em meios porosos descritos pela equação de Navier-Stokes, pela Lei de Darcy e pelas Equações de Brinkman. Acoplando o CFD Module ou o Heat Transfer Module à modelagem, também é possível incorporar escoamento turbulento, multifásico e não isotérmico, bem como a transferência de calor por radiação.
Essencial Para Otimizar Seus Processos de Reação Química
O Chemical Reaction Engineering Module é útil para engenheiros e cientistas que trabalham nas indústrias química, de processos, de energia elétrica, farmacêutica, de polímeros e alimentícia, onde o transporte de espécies e a reação química constituem parte integrante dos processos com que trabalham. Ele oferece ferramentas para estudar todas as facetas dessas aplicações: desde estudos em tubo de ensaio em um laboratório à reestruturação de um reator químico no meio de uma usina. Suas cinéticas químicas podem ser simuladas intrinsecamente em ambientes controlados para descrevê-las com precisão usando recursos integrados para estimar parâmetros e compará-los a dados experimentais. A partir daí, o Chemical Reaction Engineering Module fornece vários tipos de reatores predefinidos para estudos mais avançados:
- Reatores em batelada e semibatelada
- Reatores-tanque de agitação contínua (CSTR)
- Reatores de escoamento constante (Plug Flow)
Eles são todos fornecidos com definições adequadas para massas ou volumes constantes ou variável, bem como condições isotérmicas, não isotérmicas e adiabáticas. Perfeitos para incorporar sua cinética otimizada em um ambiente de processos, esses modelos simples permitem um melhor entendimento de seu sistema e permitem que você simule uma infinidade de diferentes condições operacionais. Com todo o conhecimento que você ganha dessa maneira, sua próxima etapa é otimizar o projeto de sua unidade e refinar suas condições operacionais por meio de um modelo 2D axissimétrico ou modelo 3D. O recurso Generate Space-Dependent Model pode ser usado para incorporar totalmente balanços de massa e energia do seu sistema junto com o escoamento e a velocidade de reação.
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
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 ...
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 ...
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 ...
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 ...
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 ...
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 ...
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 co ...
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. ...
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 ...
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.
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 ...
