Chemical Reaction Engineering Module

Model Mass and Energy Balances with the Chemical Reaction Engineering Module

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. 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. 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. 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. 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. 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. 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

Veja todos os formatos de arquivos suportados pelo COMSOL

Simulating the Release Mechanism in Drug-Eluting Stents

Modeling the Electrochemistry of Blood Glucose Test Strips

Transport in an Electrokinetic Valve

Biosensor Design

Membrane Dialysis

Thermal Decomposition

A Multiscale 3D Packed Bed Reactor

Steam Reformer

Analysis of NOx Reaction Kinetics

Porous Reactor with Injection Needle

Syngas Combustion in a Round-Jet Burner

Dissociation in a Tubular Reactor

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