Model Mass and Energy Balances
with the Chemical Reaction Engineering Module


Perfect for All Unit Operations in Chemical & Process Industries

반응기, 여과장치, 교반기, 그리고 다른 공정을 최적화 하는 작업이 Chemical Reaction Engineering 모듈로 쉽게 구현될 수 있습니다. 기체, 액체, 다공성 매질, 표면, 그리고 고체 내부와 같은 환경 또는 이것들이 혼합된 모든 환경에서 임의의 화학반응과 함께 물질 전달과 열전달을 함께 해석하기 위한 기능을 갖추고 있습니다. 이 모듈은 화학 및 공정 산업의 모든 면을 아우를 수 있으며, 심지어 “단위 공정” 또는 “화학 반응기”를 다루는 환경 공학 분야에서도 다룰 수 있습니다.


Convection & Diffusion with Arbitrary Chemical Kinetics

Chemical Reaction Engineering 모듈은 다수의 화학종에 대한 대류, 확산, 그리고 이온 영동을 통해 희석/농축 용액 또는 혼합물의 물질 전달을 정의하기 위한 직관적인 사용자 인터페이스를 포함합니다. 반응속도에 대한 온도 및 농도의 영향을 포함한 아레니우스 식(Arrhenius equation), 또는 임의의 반응식으로 정의할 수 있는 가역, 비가역, 평형반응속도식을 쉽게 연계할 수 있습니다. 정의된 화학 반응에 대한 인터페이스는 종이에 적는 것처럼 손쉽게 화학식과 반응식을 입력할 수 있을 정도로 간단합니다. COMSOL은 질량 작용 법칙을 사용한 적절한 반응식을 설정하며, 이 부분은 사용자 용도에 맞게 수정하거나 대체할 수 있습니다. 공간 또는 표면에서 반응식의 양론계수는 균일 또는 불균일 반응기 조건에 대해 물질 및 에너지 수지를 자동적으로 정의하기 위해 사용됩니다.
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Complete Transport Phenomena

물질 전달과 화학 반응에다가 열전달과 엔탈피 수지식를 연동하는 것을 확장하기 위해 외부 자원을 포함하는 열역학 물성을 계산하는 도구가 Chemical Reaction Engineering 모듈에 포함되어 있습니다. 또한 운동량 전달을 정의하기 위한 사용자 인터페이스는 공정의 전달 현상의 완전한 구현을 고려하기 위해 사용할 수 있습니다. 이는 나비어-스톡스 식(Navier-Stokes equation), 다시의 법칙(Darcy’s Law), 그리고 브링크만 식(Brinkman Equations)에 의해 해석되는 층류와 다공성 층에서의 유동을 포함하고 있습니다. 모델링 할 때 CFD 모듈과 Heat Transfer 모듈과 연동하여 난류, 다상 유동, 그리고 비등온 유체와 복사열전달 등을 구현할 수 있습니다.


An Integral Part of Optimizing Your Chemical Reaction Processes

Chemical Reaction Engineering 모듈은 물질 전달과 화학반응에 관련있는 산업현상인 화학, 공정, 발전소, 제약, 고분자, 그리고 음식 산업에 종사하는 엔지니어와 과학자들에게 유용합니다. 연구실에서 시험관 연구부터 플랜트 중간에 위치한 화학 반응기의 점검까지 다양한 응용분야에서 연구할 수 있는 기능을 제공합니다. Optimization 모듈과의 연동을 통해 실험값과 비교하고 매개변수를 추정할 수 있는 내장된 기능을 사용하여 정확한 화학 반응식을 모사해서, 사용자의 화학 반응이 제어 환경에서 본질적으로 해석될 수 있습니다. Chemical Reaction Engineering 모듈은 아래와 같이 좀 더 관련된 해석들을 위해 미리 정의된 반응기 종류를 제공합니다:

  • 회분식(Batch) 및 반-회분식(Semi-Batch) 반응기
  • 연속 교반 반응기(Continuous Stirred Tank Reactors, CSTR)
  • 관형 반응기(Plug Flow Reactors)

이러한 반응기들은 질량 또는 부피가 일정하거나 변화되는 적절한 가정뿐만 아니라 등온, 비등온, 단열 조건과 함께 제공됩니다. 이렇게 단순한 모델들은 공정 환경에서 최적화된 반응속도를 통합하는데 적합하며, 시스템에 대한 이해도가 증가되고 다른 무수한 운전 조건에서 해석을 수행할 수 있게 합니다. 이것들로부터 얻어낸 정보를 토대로 해서 다음 단계로는 2D 축대칭이나 3D 모델에서 공정 설계를 최적화하고 운전 조건을 잘 조정하는 것입니다. Generate Space-Dependent Model 기능은 유동과 화학 반응 속도를 고려하여 시스템의 물질 및 에너지 수지를 완전히 연동하여 사용할 수 있는 기능입니다.



화학반응이 발생하는 평판형 반응기와 반응기의 두 영역에서의 반응물 그래프.

화학반응이 발생하는 평판형 반응기와 반응기의 두 영역에서의 반응물 그래프.




관형 젯(Jet) 버너: 관형 젯 버너의 난류 연소 해석. 결과는 반응 젯의 온도와 이산화탄소 질량 분율을 보여줍니다.

관형 젯(Jet) 버너: 관형 젯 버너의 난류 연소 해석. 결과는 반응 젯의 온도와 이산화탄소 질량 분율을 보여줍니다.





생체센서 유동 셀: 분석체의 흡착을 지원하는 활성물질로 덮여있는 미세기둥을 포함하는 유동 셀의 해석. 위 그림은 유선 속도와 흡착된 물질의 농도 분포를 보여줍니다.

생체센서 유동 셀: 분석체의 흡착을 지원하는 활성물질로 덮여있는 미세기둥을 포함하는 유동 셀의 해석. 위 그림은 유선 속도와 흡착된 물질의 농도 분포를 보여줍니다.




관형 반응기 해석도구: 이 앱은 관형 기체 반응기를 해석하며, 화학 반응은 유입구부터 출구까지 반응물을 운반하는 기체의 흐름 안에서 발생합니다. 물질 및 에너지 전달은 대류-확산과 대류-전도 공정을 통해 발생합니다.

관형 반응기 해석도구: 이 앱은 관형 기체 반응기를 해석하며, 화학 반응은 유입구부터 출구까지 반응물을 운반하는 기체의 흐름 안에서 발생합니다. 물질 및 에너지 전달은 대류-확산과 대류-전도 공정을 통해 발생합니다.




은(Ag) 복합체에 의한 물 정화: 많은 산업 공정은 공정 흐름에서 독성을 띄는 용해된 금속 이온의 찌거기가 남습니다. 이 모델은 은 이온이 독소 물질을 제거하는 디아민-실버 복합체가 들어 있는 정화 반응기를 보여줍니다.

은(Ag) 복합체에 의한 물 정화: 많은 산업 공정은 공정 흐름에서 독성을 띄는 용해된 금속 이온의 찌거기가 남습니다. 이 모델은 은 이온이 독소 물질을 제거하는 디아민-실버 복합체가 들어 있는 정화 반응기를 보여줍니다.



관형 반응기 해석기: 이 앱은 관형 기체 반응기를 해석하며, 화학 반응은 유입구부터 출구까지 반응물을 운반하는 기체의 흐름 안에서 발생합니다. 물질 및 에너지 전달은 대류-확산 및 대류-전도 공정을 통해 발생합니다.

관형 반응기 해석기: 이 앱은 관형 기체 반응기를 해석하며, 화학 반응은 유입구부터 출구까지 반응물을 운반하는 기체의 흐름 안에서 발생합니다. 물질 및 에너지 전달은 대류-확산 및 대류-전도 공정을 통해 발생합니다.




충전층 반응기: 이 모델은 촉매입자 주변에 흐르는 기체에 대한 반응기의 농도 분포를 계산하며, 다공성 촉매입자 각각 안에 농도 분포를 모델링 하기 위한 추가 차원을 사용하였습니다. 반응기 바닥 부분의 속도 유선을 나타내며, 색은 농도를 가리킵니다.

충전층 반응기: 이 모델은 촉매입자 주변에 흐르는 기체에 대한 반응기의 농도 분포를 계산하며, 다공성 촉매입자 각각 안에 농도 분포를 모델링 하기 위한 추가 차원을 사용하였습니다. 반응기 바닥 부분의 속도 유선을 나타내며, 색은 농도를 가리킵니다.


Product Features

• 화학식을 기반으로 하는 반응속도 수식 생성이 자동으로 제공되는 이상 반응기 모델.
• 희석/농축 혼합물에 대한 물질전달
• 확산, 대류, 그리고 이온 영동을 통한 물질전달
• 다성분 물질 전달
• Fickian, Nernst-Planck, Maxwell-Stefan, 그리고 Mixture-averaged 전달 모델
• Soret 효과를 고려한 다성분 확산
• 얇은 막 내에 확산
• 확산 막
• 다공성 매질의 화학종 전달 및 열전달
• 물질 전달 매개변수에 대한 공극 보정 모델
• 층류 및 다공성 매질의 유동흐름
• Hagen-Poiseuille 식
• 나비어-스톡스(Navier Stokes), 다시의 법칙(Darcy’s Law) 그리고 브링크만 식(Brinkman Equations)
• Reacting flow 인터페이스
• 표면 확산 및 반응
• 표면에서 화학종의 흡수, 흡착, 그리고 증착
• 네른스트-플랭크-포아송 식(Nernst-Planck-Poisson Equations)
• 전기 영동 전달
• 다중 스케일 전달과 반응 기능
• 등온 및 비등온 환경에서 임의로 정의된 화학반응속도식을 갖는 무제한 수의 화학 종 구현 가능
• 아레니우스(Arrhenius) 모델
• 표면에서 화학종의 등온 흡착, 흡수, 그리고 증착
• 자유 및 다공성 매질의 반응 유체
• 유체에서 물리적 물성을 계산하기 위한 열역학 물성 데이터베이스
• 반응속도 데이터, 열역학 및 전달 물성에 대한 CHEMKIN® 파일 불러오기 기능
• CAPE-OPEN 형식에 대한 열역학 데이터베이스 지원

Application Areas

• 회분식, 관형, 탱크 반응기
• 반응기 설계, 크기, 최적화
• 다성분, 분리막 전달
• 충전층 반응기
• 표면에서 흡수, 흡착, 증착
• 생화학과 음식 과학
• 제약 합성
• 플라스틱과 고분자 제품
• 전기화학공학
• 크로마토그래피
• 삼투, 전기 영동, 전기침투
• 여과와 침전
• 배기 후 처리 및 배출 제어
• 발표 및 결정화 장비
• 집진 장치, 분리기, 수세기, 침출 공정
• 가열기 및 내부 연소 엔진
• 단일체 반응기 및 촉매 전환기
• 선택적 환원 촉매 및 SCR 촉매
• 수소 개질기
• 반도체 공정과 CVD
• 미세유체 및 초미세회로 장비


Material Databases

File Format Extension Read Write
CHEMKIN®1 .dat, .txt, .inp3 Yes No
CAPE-OPEN (direct connection)1 n/a N/A N/A
LXCAT file2 .lxcat,.txt Yes No

1 : 임의 파일 형식 가능, 가장 일반적인 확장자
2 : PLASMA 모듈이 필요
3: 임의의 확장자 가능; 가장 일반적인 확장자