化学反应工程模块
化学反应工程模块
用于模拟质量平衡、能量平衡与化学反应的软件
平板反应器，反应物质在反应器中的两个位置流入。
完美适用于化学与加工行业中的所有设备操作过程
化学反应工程模块简化了化学反应器、过滤设备、混合器及其他化工过程的优化步骤。模块中包含的专业工具可以帮您模拟各类环境中的物质传递、传热，以及任意化学动力学，适用环境包括气态、液态、多孔介质、表面上、固相内，或所有这些的综合。这使化学反应工程模块非常适合于模拟化工和化工行业的所有方面，甚至能够用于以周围环境作为“加工设备”或“化学反应器”的环境工程。
对流扩散与任意的化学反应动力学
化学反应工程模块包含直观的用户界面，可用于定义稀溶液、浓溶液或混合物中任意数量化学物质的传递过程，包括对流、扩散和离子迁移等。这些过程可以方便地与可逆、不可逆和平衡反应的定义相耦合，其中的反应动力学可以通过 Arrhenius 方程或任意速率定律描述，并能够考虑浓度和温度对动力学的影响。定义化学反应的界面非常直观，化学公式和方程的输入方式与书面书写方式基本相同。COMSOL 使用质量作用定律来设置适合的反应表达式，您可以按照需要进行修改或重写。无论均相还是多相反应器条件，体反应还是表面反应，都将使用反应公式中的化学计量系数来自动定义质量平衡和能量平衡。
更多图片：
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圆形喷射燃烧器：圆形喷射燃烧器中的湍流燃烧仿真。仿真结果显示了反应喷射中的温度和 CO2 质量分数。 -
生物传感器流动池：该图为流动池仿真，其中的微柱涂有活性材料，可以支持吸附分析物。仿真结果显示了速度流线和吸收物质的浓度分布。
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管式反应器仿真器：这是一个可模拟管式气体反应器的 App，在将反应物从入口运送到出口的气体流中发生化学反应。质量和能量传递通过对流-扩散和对流-传导过程发生。
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通过银络合法净化水：许多工业生产过程的工艺流程都会残留溶解的有毒金属离子。此模型模拟的是净化反应器，其中，银离子复合为双胺银以便去除。
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管式反应器仿真器：这是一个可模拟管式气体反应器的 App，在将反应物从入口运送至出口的气体流中发生化学反应。质量和能量传递通过对流-扩散和对流-传导过程发生。
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填充床反应器：此模型可计算绕催化颗粒流动的反应器气体的浓度分布，还可使用额外维度对每个多孔催化颗粒内的浓度分布进行建模。图中所示是反应器底部的速度流线， 其中的彩色图表示浓度。
完整的传递现象
化学反应工程模块包含计算热力学属性（包括外部源）的工具，以增强传热、焓平衡与您的物质传递、化学反应之间的耦合。此外，模块还提供了定义动量传递的用户接口，使您能够完整描述化学过程中的传递现象。这包括由 Navier-Stokes 方程、Darcy 定律和 Brinkman 方程描述的层流和多孔介质流动。通过将 CFD 模块或传热模块与您的模拟耦合，您还可以加入湍流、多相流、非等温流，以及辐射传热等。
化学反应过程优化的必需部分
在化学、化工、电力、制药、聚合物和食品等行业，物质传递和化学反应是工业过程中密不可分的一部分，化学反应工程模块尤其适合研究和分析这类问题。模块提供了化学反应工程研究从实验室的试管研究，到工厂的化学反应器检修等方方面面的各类专业工具；当与优化模块结合使用时，您还可以基于软件内置功能，在可控环境下从本质上分析化学反应，估计化学反应参数，并与实验数据比对，以更加精确的描述化学反应过程。除此之外，化学反应工程模块还提供了多种预定义的反应器类型，用于更深入的研究：
- 间歇和半间歇反应器
- 连续搅拌釜反应器 (CSTR)
- 活塞流反应器
这些接口均提供了对恒定或可变质量或者体积的恰当定义，以及等温、非等温和绝热等条件。这些简单的模型非常适合将经优化的动力学加入化工环境，使您能更好地理解您的系统，并能够模拟各种不同的工作条件。您可以根据从中获得的所有知识来继续优化仪器设备的设计，并通过完整的二维轴对称或三维模型来仔细调整工作条件。‘生成空间依赖性模型’特征可用于将系统的质量平衡、能量平衡与流体流动、化学反应速率完全耦合。
模拟药物洗脱支架中的释放机理
T. Schauer, I. Guler Boston Scientific Corporation, MN, USA
穿过冠状动脉置入支架是用于治疗由动脉狭窄而限制血液向心脏流动的常用解决方法。按照这种方法操作时，由于组织会在支架上过度生长可能会出现再狭窄现象。Boston Scientific 的研究人员正在使用多物理场仿真来更好地了解药物洗脱支架如何防止组织再生，从而进一步改进他们的设计。 研究人员在 COMSOL Multiphysics 软件中建立了一个用于药物控释并进入周围组织的支架涂层模型。在他们的模型中，可以使用刚性弹簧法，确保孔隙和壳层之间界面处的药物扩散通量的连续性。优化模块用于改良不能通过实验确定的模型参数，比如聚合物壳层的厚度和在支架涂层中孔隙的延迟系数。仿真和实验数据都证实了通过孔隙的快速释放机理和通过壳层中聚合物包封剂的慢速扩散。
血糖试纸电化学过程建模
Stephen Mackintosh Lifescan Scotland UK
Lifescan Scotland 是一家医疗仪器公司，主要为全球市场设计和制造血糖监测工具包。这其中包括通过专门的监测系统和试纸包自我监测血糖水平，其试纸包含一个塑料衬底、两个碳基电极、一个薄的干试剂层和一个放置血液的毛细管区域。 Lifescan ...
砷化镓化学气相沉积
本例描述一个化学气相沉积 (CVD) 反应器的建模。CVD 是电子工业中的一种重要技术，其原理是分子或分子碎片在基底表面被吸收并发生化学反应，由此产生薄膜。其中结合了详细化学反应动力学和 CVD 反应器的传递模型，使沉积过程的模拟更真实。执行仿真后，无须进行费时费力的测试运行，而这在常规的反应器设计中是不必可少的步骤。\n\n“化学”接口中考虑了反应动力学并计算了传递参数和热参数，从而可以与其他接口无缝耦合。本模型中，还利用了“可逆反应组”特征，进行表面反应的 CHEMKIN 导入，以及 CVD 过程中涉及的本体反应和表面反应这个复杂系统的组织。
多尺度三维填充床反应器
本例展示如何将“稀物质传递”接口用于高效求解组合了宏观和微观（多尺度）的问题；一个含双峰多孔分布的异构系统。本例使用“反应颗粒床”特征，利用额外维度表示反应器中多孔催化颗粒的内部。计算了颗粒周围流体中以及颗粒内的反应物质浓度分布。
异构催化中的碳沉积
本例研究甲烷经过固体 Ni-Al203 催化剂的热分解，产生氢气和固体碳。碳沉积反过来会阻碍催化剂的流动，从而影响反应器的渗透率。该过程通过“反应工程”接口在一个完全混合的环境中并使用与空间相关的模型进行建模。
圆喷射燃烧器中的合成气燃烧
本例模拟了在一个圆形喷射燃烧器中未经过预混的合成气的湍流燃烧。\n\n合成气是一种气体混合物，主要包含氢气、一氧化碳和二氧化碳等。其名称来源于它用于合成天然气。在本模型中，合成气从一根管道注入开口区，同时空气在缓慢流动。在管道中，未经过预混的合成气与周围的空气混合并反应，在出口形成湍流火焰。该模型组合了“反应流”接口和“流体传热”接口进行求解。其中的湍流使用 k-ω 湍流模型来建模，湍流反应使用涡流耗散模型建模。得到的速度、温度和物质质量分数与实验值进行了比较。
管式反应器中的分解反应
热分解
本教程演示了如何建立和求解涉及质量传递、能量传递和动量传递的耦合方程的多物理场问题。\n\n本例很好地阐述了如何循序渐进地建立模型，即先求解流场，然后求解流场和传热，最后求解流场、传热及化学放热。
电动阀中的传递
本例描述一个微流道系统中的压力驱动流和电泳。样品和缓冲溶液在压力驱动下发生聚集，使样品在聚集流道中的分布受限制。当达到稳定状态后，关闭压力驱动流，施加一个电场，使分离出的样品离子流入注射流道。
液相色谱法
高效液相色谱法 (HPLC) 是在混合物中对每种化合物进行分离、识别、量化时经常使用的方法。HPLC 常用于制药工业、生物科技产业和食品工业。\n\n该 App 模拟了通用液相色谱柱中两种成分的分离。\n\n仿真有助于确定色谱柱的设计元素以及成分分离的详细信息。这包括柱的长度和孔隙率以及这两种成分的具体条件，包括它们的 Langmuir 等温线。所有这些参数都可以在此 App 中更改。
