Chemical Reaction Engineering Module
Chemical Reaction Engineering Module
Model Mass and Energy Balances with the Chemical Reaction Engineering Module
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:
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.
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.
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.
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.
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.
Chemical Reaction Engineering Module
Recursos do Produto
- Modelos de reatores ideais automáticos com geração de expressões cinéticas baseadas em fórmulas químicas.
- Transferência de massa em misturas diluídas e concentradas
- Transferência de massa através de difusão, convecção e migração iônica
- Transporte de massa multicomponentes
- Transporte a partir da Lei de Fick, Equação de Nernst-Planck, Maxwell-Stefan e Média de Mistura.
- Difusividade de multicomponentes de acordo com o efeito Soret
- Difusão em camadas finas
- Barreiras de difusão
- Transporte de espécies e transferência de calor em meio poroso
- Modelos de correção de porosidade para parâmetros de transporte de massa
- Escoamento laminar e em meio poroso
- Equação de Hagen-Poiseuille
- Equações de Navier Stokes, Lei de Darcy e equações de Brinkman
- Escoamento reacional
- Difusão e reações superficiais
- Adsorção, absorção e deposição de espécies em superfícies
- Transporte multiescala e características de reação
- Ilimitado número de espécies químicas em definições arbitrárias da cinética de reação química em ambientes isotérmicos e não-isotérmicos
- Equação de Arrhenius
- Adsorção isotérmica, absorção e deposito de espécies em superfícies
- Escoamento reacional em meio livre e poroso
- Banco de dados de propriedades termodinâmicas para cálculo de propriedades físicas de fluidos
- Funcionalidade de importação de arquivos CHEMKIN® para dados de cinéticas, propriedades termodinâmicas e de transporte
- Suporte de pacotes termodinâmicos no formato CAPE-OPEN
Áreas de Aplicação
- Reatores de batelada, tubulares/fluxo pistonado e tanques
- Projetos, dimensionamento e otimização de reatores químicos
- Transporte multicomponentes e através de membrana
- Reator de leito empacotado
- Adsorção, absorção e deposito em superfícies
- Bioquímica e ciência dos alimentos
- Sínteses farmacêuticas
- Fabricação de plástico e polimeros
- Engenharia eletroquímica
- Cromatografia
- Osmose, eletroforese e eletroosmose
- Filtração e sedimentação
- Pós-tratamento de exaustão e controle de emissões
- Dispositivos de fermentação e cristalização
- Ciclones, separadores, lavadores de gases e unidade de lixiviação
- Pré-queimadores e motores de combustão interna
- Reatores monolíticos e conversores catalíticos
- Redução catalítica seletiva e catalisadores SCR
- Reformadores a hidrogênio
- Fabricação de semicondutores e CVD
- Microfluídica e Dispositivos lab-on-chip
Material Databases
| Formato do Arquivo | Extensão | Leitura | Escrita |
|---|---|---|---|
| CHEMKIN®1 | .dat, .txt, .inp3 | Sim | Não |
| CAPE-OPEN (direct connection)1 | n/a | N/A | N/A |
| LXCAT file2 | .lxcat,.txt | Sim | Não |
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
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 ...
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 ...
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 ...
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 ...
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 ...
Membrane Dialysis
Dialysis is a widely used chemical species separation method. One such example is hemodialysis, which acts as artificial kidneys for people with renal failure. In dialysis, only specific components are allowed to diffuse through the membrane, based on differences in molecular size and solubility. The Membrane Dialysis app simulates a process for ...
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.
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 ...
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 ...
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