化学反应工程模块

了解和优化化学过程和设计

数学模型可帮助科学家,开发人员和工程师了解反应系统的过程,现象和设计。化学反应工程模块,comsol多物理学的附加组件188金宝搏优惠®软件平台,提供用于创建,检查和编辑化学方程,动力学表达,热力学功能和传输方程的用户界面。在开发了经过验证的模型之后,它可用于研究反应系统和运输现象的不同操作条件和设计。一遍又一遍地求解模型方程式,导致对所研究系统的真实理解。此外,化学反应工程模块以及comsol多物理学中的其他工具188金宝搏优惠®,提供了适用于化学系统的优化和参数估计的最先进的数学和数值方法。

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带有等图的板反应器模型,显示了Viridis颜色表中化学物种的浓度。

您可以使用化学反应工程模块进行建模

在许多工业过程中,模型运输现象和化学反应与Comsol188金宝搏优惠®软件。

1D图显示了两个水箱中的浓度。

理想的坦克反应堆

模拟理想的系统,例如批处理,半呈,连续搅拌箱,管状和塞流动反应器。

储罐的模型,显示了彩虹中发酵啤酒中乙醛的浓度。

食品加工

食品行业的研究和设计过程和现象。

一个单片转换器模型,其转换在彩虹颜色表中显示,并在热摄像机颜色表中显示的温度分布。

汽车和石化

在排气系统中建模催化转化器和过滤器。

四缸发动机模型的温度和流动的详细视图。

热力学

分析混合物特性如何取决于成分,压力和温度。

详细的视图蛋白吸附模型显示了浓度。

混合和分离

精细化学工业的设计混合和分离过程。

填充床反应器模型的溶质浓度的详细视图。

环境科学

通过对固定多孔床进行建模和吸附,研究废水流中消除污染物。

空心纤维透析装置的污染物运输和浓度的详细视图。

医疗技术

测试医疗设备中各种组件的设计要求,例如透析膜。

对药物释放模型浓度的详细视图。

药物过程

优化化学和生物制药应用的设计和过程。

UHV/CVD模型的分子通量部分的详细视图。

化学气相沉积

通过在晶圆制造中的CVD过程中的吸附和沉积来模拟底物表面上的生长。

电动阀浓度的详细视图。

电动效应

模拟电泳分离和柱和其他微透明系统中的传输。

概述建模策略和工作流程

科学和工程研究中反应系统的现实描述通常需要纳入运输现象和化学反应,以了解和优化过程或设计。化学反应工程模块是针对化学和化学工程研究的典型工作流程量身定制的,该研究涉及以下增量步骤:

  • 理想,完美混合系统中的研究反应机制
  • 计算动力学,热力学和运输特性
  • 将调查扩展到空间依赖的系统
    • 化学物种的运输
    • 传播热量
    • 流体流
    • 电动效应

上述工作流程可以应用于涉及化学反应和各种规模的许多不同领域,从纳米技术和微反应器到环境研究和地球化学。从模型定义到结果的显示,整个过程都记录在软件中的透明度和可重复性中。

化学反应工程模块中的功能和功能

化学反应工程模块提供了一个内置工作流程,用于模拟0D中的完美混合系统,然后在2D和3D中进行运输现象。

带有反应工程节点的模型构建器的特写视图突出显示了图形窗口中Monolith反应器模型的仿真结果。

定义反应动力学

建模任何系统的第一步是建立材料平衡。使用反应工程界面,您可以输入化学方程式,并自动获得系统中化学物种的材料平衡方程以及系统的能量平衡方程。当您键入反应机制时,动力学表达与物种浓度的函数自动从基本步骤的大众作用定律中得出。您也可以以自己的分析表达方式以与物种浓度和温度的关系输入反应速率。

材料平衡和反应动力学表达式提供了由软件自动配制的普通微分方程。对于完美混合的批处理反应器,方程的溶液随时间给出了反应混合物的组成。

模型构建器的特写视图突出显示了图形窗口中的DNA降解模型的1D图。

参数估计

化学反应和反应机制的研究通常依赖于频率因素,激活能和其他可能描述实验观察结果的参数估计。化学反应工程模块可以与优化模块为了访问用于化学动力学的专用界面。

估计某个假定反应机制模型参数的典型工作流量如下。您首先选择要估计的模型参数,例如速率常数,然后输入参数的初始值和尺度。然后,您可以链接到包含实验数据的文件,将数据列与模型变量匹配。运行参数估计后,您可以比较模型结果和后处理中的实验测量。

在图形窗口中,集中物种设置的运输和聚合多射模型的特写视图。

化学物种运输

反应系统中传输现象的建模涉及所谓的多组分传输模型中化学物种的描述。化学反应工程模块包含用于多组分传输的复杂模型集中物种的运输界面,您可以在Maxwell-Stefan公式和用于多组分传输的混合物平均模型之间进行选择。对于稀释解决方案,您也可以选择稀释物种的运输界面处理溶液中的相互作用以溶质 - 溶剂相互作用为主的情况。化学物种传输方程也可用于多孔培养基,例如,包括诺森扩散。还包括灰尘气体扩散模型。当从化学方程中,可以直接从化学方程获得质量平衡模型的公式以及从化学方程中获得依赖空间的模型反应工程界面。

模型构建器的特写视图突出显示了流体节点中的热传递,并在图形窗口中突出显示了发动机冷却液模型的速度幅度。

传播热量

化学反应工程模块中包含的传热功能可以通过传导,对流和辐射来解释传热。辐射项由地表到接头辐射给出,而传热模块在参与介质中表面表面辐射和辐射是必需的。化学反应工程模块中的传热能力包括流体,固体和多孔介质中的传热。传热模型的配方以及热力学和传输特性,可以直接从化学方程中获得,从而从化学方程中获得。反应工程界面。

热力学系统设置的特写视图和图形窗口中相位信封模型的1D图。

热力学特性数据库

化学反应工程模块包含一个热力学性能数据库,您可以使用该模块计算气体混合物,液体混合物,平衡(闪光计算)的气体 - 液体系统的特性。有多种热力学模型可用于计算密度,热容量,形成的焓,反应焓,粘度,导热率,二进制扩散率,活性和散性。在有关此功能的更多信息液体和气体特性模块页面,所有这些都包含在化学反应工程模块中。

热力学性质数据库可用于通过选择系统中存在的化学物种,所需性能和热力学模型来创建特定反应系统的所谓属性包。定义反应机制时,反应物和产物可以与由热力学性质数据库定义的性质套件中的化学物种匹配。这种匹配会自动将属性软件包生成的函数和方程式链接到反应系统的模型。

coms188金宝搏优惠ol Multiphysics UI显示了所选的模型构建器,其中选择了生成空间依赖的模型节点,相应的设置窗口以及在Auroraborealis颜色表中显示的图形窗口中曲折反应器的浓度。

生成依赖空间的模型

一旦拥有完美混合系统的工作模型,就可以使用此模型自动定义与空间相关系统的材料,能量和动量平衡。在反应工程界面(例如,热容量,导热率,粘度和二进制扩散率)自动转移到化学物种传输,传热和流体流量的物理界面。此功能使您可以在移动到2D,2D轴对称和3D模型之前完善并完善化学反应的动力学和热力学表达。

模型构建器的特写视图突出显示了图形窗口中突出显示的稀释物种节点和多孔反应器模型。

流体流

流体流量功能包括化学反应工程模块可以处理层流和多孔培养基流。另外,与CFD模块,有现成的耦合,用于建模湍流中的化学物种转移。流体流量模型的公式以及粘度和密度可以直接从化学方程中获得反应工程界面。

传输属性设置的特写视图和图形窗口中电动阀的浓度。

电动效应

在建模稀释或浓缩物种的运输时,您可以将电场包括作为用于电解质和离子建模的驱动力。这恩斯特·普朗克电泳运输接口专用于电解质的建模,可以包括泊松方程的配方或电解质中电荷平衡的电压条件。该功能的应用包括电动阀,电流流和电泳。

表面反应和异质催化

表面反应是异质催化以及表面沉积过程(例如化学蒸气沉积)的典型特征。它们是在散装化学工业中发现的,例如,在Haber -bosch生产氨和微型传感器的过程中发现它们,用于检测可能吸附在表面上的非常低量的示踪剂,例如,例如变化。在电气性能中。

在传输反应模型中,可以将表面反应视为边界方程与整体中传输和反应方程的边界条件耦合。这对于以下模型或最高到微观量表是典型的。另外,在多孔介质中,这些反应的处理方式与均匀反应类似,但包括特定的表面积(每单位材料的每单位体积面积)和有效的运输特性。对于微观量表和宏观量表,所谓的多尺度模型,这都是典型的。

化学反应工程模块包括两种情况下的异质催化的现成制剂:边界面上的表面反应以及分布在均质的多孔催化剂上的表面反应。对于多孔催化剂,多尺度模型是预定的,以描述双峰孔结构。这样的结构可能由堆积的微孔颗粒组成,形成一个大孔颗粒床。

每个业务和每个模拟都需要不同。

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