Chemical Reaction Engineering Module

Model Mass and Energy Balances with the Chemical Reaction Engineering Module

Chemical Reaction Engineering Module

Modello di un reattore chimico: le sostanze chimiche reagenti sono introdotte attraverso due ingressi nel reattore.

Perfetto per tutte le attività nei settori della chimica e dei processi

Ottimizzare reattori chimici, impianti di filtrazione, miscelatori e altri processi è più semplice grazie al Chemical Reaction Engineering Module. Questo modulo contiene tutti gli strumenti per simulare il trasporto di massa e il trasferimento termico unitamente alla cinetica chimica in ogni tipo di ambiente - flusso di gas, liquidi, mezzi porosi, sulle superfici e all'interno di fasi solide - o loro combinazioni. Per questo è lo strumento ideale per tutti i tipi di applicazioni nei settori della chimica e dei processi industriali, ma anche nell'ingegneria per l'ambiente, dove "unità di processo" o "reattore chimico" può essere considerato l'ambiente circostante.

Convezione e diffusione con cinetica chimica arbitraria

Il Chemical Reaction Engineering Module offre interfacce utente intuitive per definire il trasporto di massa in miscele o soluzioni diluite e concentrate per convezione, diffusione e migrazione ionica di un arbitrario numero di specie chimiche. Queste possono essere collegate facilmente alle definizioni della cinetica di una reazione reversibile, irreversibile o di equilibrio descrivibili dall'equazione di Arrhenius o da qualsiasi legge sulla velocità di reazione. Nei rate di reazione è possibile includere gli effetti della concentrazione e della temperatura. L'interfaccia per definire le reazioni chimiche è intuitiva e consente di inserire le formule chimiche e le equazioni sostanzialmente come si farebbe con carta e penna. COMSOL imposta le espressioni di reazione appropriate applicando la legge di azione di massa, che si può modificare specificando espressioni cinetiche proprie. La stechiometria nelle formule di reazione viene utilizzata per definire automaticamente i bilanci di massa ed energia, siano essi omogenei o eterogenei, che si verificano nel fluido circostante o sulle superfici.


Altre immagini:

Round Jet Burner: Simulazione di una combustione turbolenta in un bruciatore circolare. I risultati mostrano il campo delle temperature e la mass fraction della CO2. Round Jet Burner: Simulazione di una combustione turbolenta in un bruciatore circolare. I risultati mostrano il campo delle temperature e la mass fraction della CO2.
Biosensor Flow Cell: simulazione di una flow cell contenente micropillar rivestiti con un materiale attivo per supportare l'assorbimento di un analita.
I risultati mostrano le streamline e la distribuzione della concentrazione della specie assorbita. Biosensor Flow Cell: simulazione di una flow cell contenente micropillar rivestiti con un materiale attivo per supportare l'assorbimento di un analita. I risultati mostrano le streamline e la distribuzione della concentrazione della specie assorbita.
Tubular Reactor Simulator: questa app simula un reattore a gas tubolare. Le reazioni hanno luogo in una corrente di gas che trasporta i reagenti dall'inlet all'outlet. Il trasporto di massa e di energia avviene in modo convettivo-diffusivo. Tubular Reactor Simulator: questa app simula un reattore a gas tubolare. Le reazioni hanno luogo in una corrente di gas che trasporta i reagenti dall'inlet all'outlet. Il trasporto di massa e di energia avviene in modo convettivo-diffusivo.
Water Purification by Silver Complexation: molti processi industriali producono residui tossici di metalli ionici durante il processo. Questo modello-esempio mostra un reattore per la purificazione dove ioni d'argento sono complessati in forma di diamine per la rimozione. Water Purification by Silver Complexation: molti processi industriali producono residui tossici di metalli ionici durante il processo. Questo modello-esempio mostra un reattore per la purificazione dove ioni d'argento sono complessati in forma di diamine per la rimozione.
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. 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.
Multiscale 3D Packed Bed Reactor: un nuovo modello che illustra la nuova interfaccia Reactive Pellet Bed. Multiscale 3D Packed Bed Reactor: un nuovo modello che illustra la nuova interfaccia Reactive Pellet Bed.

Fenomeni di trasporto completi

Il Chemical Reaction Engineering Module offre gli strumenti per calcolare le proprietà termodinamiche, eventualmente importando dati da sorgenti esterne, al fine di rendere il più completo possibile l'accoppiamento del trasporto di calore e dei bilanci entalpici al trasporto di massa e alle reazioni chimiche. Sono inoltre disponibili interfacce utente per definire il trasporto della quantità di moto per la descrizione dei fenomeni di trasporto del processo. Ciò include interfacce per flusso laminare e in mezzi porosi tramite soluzione dalle equazioni di Navier-Stokes, dalla legge di Darcy e dalle equazioni di Brinkman. Abbinando il CFD Module o l'Heat Transfer Module alla modellazione, si potranno anche incorporare il flusso turbolento, il flusso multifase e il flusso non isotermo, così come la trasmissione del calore per irraggiamento.

Parte integrante nell'ottimizzazione dei processi di reazione chimica

Il Chemical Reaction Engineering Module è utile a ingegneri e scienziati nei settori chimico, dei processi, energia elettrica, farmaceutico, polimeri e alimentare dove il trasporto di massa e la reazione chimica sono parte integrante del processo in studio. Esso offre gli strumenti per studiare tutti gli aspetti di queste applicazioni: dagli studi in provetta di un laboratorio, alla revisione di un reattore chimico in uno stabilimento. La cinetica chimica può essere simulata intrinsecamente in ambienti controllati, per descriverla con precisione utilizzando le funzionalità incorporate per la stima dei parametri e il loro confronto con i dati sperimentali. Partendo da questa base, il Chemical Reaction Engineering Module propone diversi tipi di reattori, predefiniti per studi più complessi:

  • Reattori batch (perfettamente miscelati) e semibatch
  • Reattori a serbatoio agitato in continuo (CSTR)
  • Reattori con flusso a pistone (PFR)

Tutti questi sono forniti delle definizioni appropriate di masse o volumi costanti, così come delle condizioni isoterme, non isoterme o adiabatiche. Ideali per incorporare la cinetica ottimizzata in un ambiente di processo, questi modelli semplici offrono una comprensione più approfondita del sistema e consentono di simulare diverse condizioni operative. Alla luce delle conoscenze acquisite, la fase successiva sarà quella di ottimizzare il progetto del sistema e affinare le condizioni operative mediante un modello 2D assialsimmetrico o un modello 3D. La funzionalità per la generazione di modello dipendente dallo spazio consente di incorporare completamente i bilanci di massa ed energia del sistema, al flusso ed alla velocità di reazione chimica.

Chemical Reaction Engineering Module

Caratteristiche del Prodotto

  • Modelli automatici di reattori ideali con generazione di leggi cinetiche basate su formule chimiche
  • Trasporto di massa in miscele concentrate e diluite
  • Trasporto di massa per diffusione, convezione e migrazione ionica
  • Trasporto di massa di sistemi multicomponente
  • Modelli per il trasporto alla Fick, Maxwell-Stefan, e Mixture-averaged
  • Effetto Soret per sistemi multicomponente
  • Diffusione in thin layers
  • Barriere diffusive
  • Trasporto di specie e scambio termico in mezzi porosi
  • Porosity correction models per parametri di trasporto di massa
  • Flussi laminari e flussi in mezzi porosi
  • Equazione di Hagen-Poiseuille
  • Equazioni di Navier-Stokes, Darcy e Brinkman
  • Flussi reagenti
  • Diffusioni e reazioni superficiali
  • Assorbimento, desorbimento e deposizione superficiale di specie
  • Trasporto su multiscala e features di reazione
  • Numero di specie chimiche illimitato, cinetica chimica arbitraria in ambiente isotermo e non
  • Modello di Arrhenius
  • Assorbimento isotermo, assorbimento e deposizione superficiale di specie
  • Flussi reattivi in ambiente libero ed in mezzi porosi
  • Database di proprietà termodinamiche per calcolare le proprietà fisiche nei fluidi
  • Importazione di file CHEMKIN® per proprietà cinetiche, termodinamiche e di trasporto
  • Supporto per database termodinamici in formato CAPE-OPEN

Campi di Utilizzo

  • Reattori di tipo batch, plug-flow/tubolari e tank
  • Design di reattori, dimensionamento ed ottimizzazione
  • Sistemi multicomponente e trasporto in membrane
  • Packed bed reactors
  • Adsorbimento, assorbimento e deposizione superficiale
  • Biochimica e food science
  • Sintesi farmaceutica
  • Manifattura di plastiche e di polimeri
  • Ingegneria elettrochimica
  • Cromatografia
  • Osmosi, elettroforesi ed elettro-osmosi
  • Filtraggio e sedimentazione
  • Post-trattamento e controllo emissioni
  • Dispositivi di fermentazione e di cristallizzazione
  • Cicloni, separatori e scrubber
  • Pre-bruciatori e motori a combustione interna
  • Reattori monolitici e convertitori catalitici
  • Riduzione catalitica selettiva e catalizzatori SCR
  • Idrogenatori
  • Trasformazioni di semiconduttori e CVD
  • Microfluidica e dispositivi lab-on-chip

Material Databases

Formato file Estensione Lettura Scrittura
CHEMKIN®1 .dat, .txt, .inp3 No
CAPE-OPEN (direct connection)1 n/a N/A N/A
LXCAT file2 .lxcat,.txt No

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

Guarda tutti i formati di file supportati da COMSOL

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