Phần này mô tả 3 cách tiếp cận cho việc sử dụng Comsol Reaction Engineering Lab khi phân tích một hệ thống phản ứng :
4.2.2.1. Mô hình hóa Động học của phản ứng :
Trong suốt giai đoạn này, giả sử thiết lập một cài đặt thay đổi xung quanh một cơ chế phản ứng và nhập dữ liệu vào Comsol Reaction Engineering Lab. Việc mô hình hóa cơ chế được giả sử theo điều kiện vận hành để so sánh với mô phỏng theo dữ kiện kinh nghiệm. Những điều kiện này tiếp cận mô hình bằng cách sử dụng một biến độc lập thường là thời gian t hoặc là biến không gian x. Sau đó có thể sử dụng kinh nghiệm ảo trong Comsol Reaction Engineering Lab để nghiên cứu những ảnh hưởng của việc thay đổi giả sử và điều kiện dựa trên hiệu quả của các thông số cài đặt cho quá trình. Giai đoạn này thường bao gồm việc điều chỉnh mô hình, khi ta điều chỉnh thông số mô hình đến dữ liệu kinh nghiệm.
4.2.2.2. Mô hình hóa quá trình :
Ở đây người sử dụng cài đặt một cơ chế đã biết cho một hệ thống phản ứng, định nghĩa và mô hình hóa chúng trong Comsol Reaction Engineering Lab . Người sử dụng có thể thiết kế và định tỷ lệ một quá trình, hoặc nghiên cứu những ảnh hưởng của sự thay đổi điều kiện tiến hành trong quá trình – luôn luôn giả sử rằng sự thay đổi thành phần và nhiệt độ chỉ phụ thuộc vào một biến độc lập (thời gian hay không gian). Một quá trình có thể là một vài hệ thống phản ứng, từ mô hình hóa sự lưu chuyển thuốc trên các mô sống hay đến việc loại bỏ Chlorine trong tháp rửa khí.
4.2.2.3. Mô hình hóa chi tiết quá trình :
Trong suốt giai đoạn này, người sử dụng thực hiện một cơ chế đã biết cho một hệ thống phản ứng, nhưng ở đây điều kiện làm việc phải cho phép thay đổi nồng độ và nhiệt độ nhiều hơn một biến độc lập, đó là thời gian và không gian, hoặc nhiều biến không gian như (x,y,z). Đó là điều rất đáng được quan tâm để nghiên cứu ảnh hưởng của sự thay đổi theo thiết kế của hệ thống, ví dụ để thực hiện khuấy trộn trong thiết bị phản ứng hoặc ảnh hưởng của việc khuếch tán và đối lưu trong việc phân phối thuốc trên các mô sống. Trong phần này, đầu tiên có thể thực hiện cài đặt cho hệ thống trong Comsol Reaction Engineering Lab, sau đó tính toán cả động học và thông số vận chuyển trong điều kiện lý
tưởng. Một hệ thống được mô tả trong điều kiện lý tưởng khi có thể đưa ra mô hình đó theo Chemical Engineering Module, MEMS Module, hay Earth Science Module của Comsol Multiphysics, ở đó có thể thực hiện lại quá trình khi thay đổi điều kiện theo hình học và thời gian. Đ S S Đ Xác định pha và những yêu cầu về đăc tính nhiệt động học
Xác định pha và những yêu cầu về đăc tính nhiệt động học
Bắt đầu khảo sát Bắt đầu khảo sát Hệ thống TBPƯ khuấy trộn lý tưởng Hệ thống TBPƯ khuấy trộn lý tưởng T = const theo t T = const theo t Xây dựng mô hình và solver theo CREL
Xây dựng mô hình và solver theo CREL
Hiển thị hóa và postprocessing trong CREL và CS Hiển thị hóa và postprocessing trong CREL và CS Xác định pha và những yêu cầu về đăc tính vận chuyển,
cấu trúc vật liệu
Xác định pha và những yêu cầu về đăc tính vận chuyển,
cấu trúc vật liệu
Xác định những yêu cầu về đăc tính nhiệt
động học
Xác định những yêu cầu về đăc tính nhiệt
động học
Xây dựng mô hình và solver theo CREL
Xây dựng mô hình và solver theo CREL
Xuất dữ liệu đến Chemical Engineering Module Xuất dữ liệu đến Chemical Engineering Module
S
Đ
Hình 4.1 - Giản đồ thuật toán mô hình hóa hệ thống phản ứng trong Comsol Reaction Engineering Lab.
Thuật toán mô hình hóa trong Comsol Reaction Engineering Lab dựa trên các tiêu chí mà người sử dụng ấn định phải được phác thảo theo 3 điểm ở trên. Đây là cơ sở để tiến hành thuật toán mô hình hóa, 3 giai đoạn trên cũng chính là 3 cách tiếp cận được trình bày dưới đây :
Bước 1 :
Đầu tiên và đơn giản nhất của mô hình hóa là một hệ thống khuấy trộn lý tưởng đẳng nhiệt, tại đó nhiệt độ là hằng số theo không gian và thời gian. Ở đây không cần tính đến các thông số nhiệt động học và thông số vận chuyển. Ở điều kiện này, Comsol Reaction Engineering Lab không cần thông tin về pha của hệ thống phản ứng bởi vì nó xử lý hệ thống mang tính chuyên biệt cho khí hoặc lỏng. Những điều kiện này sử dụng cho nghiên cứu động hóa học. Đối với trường hợp này, Comsol Reaction Engineering Lab muốn giữ khả năng điều khiển nhiệt độ một cách chặt chẽ, và tiến hành khuấy trộn để tránh thành phần thay đổi, từ đó kết hợp với các thông số kinh nghiệm.
Bước 2 :
Hệ thống phản ứng là khuấy trộn lý tưởng, nhưng nhiệt độ không phải là hằng số theo thời gian. Ở đây, Comsol Reaction Engineering Lab cần thông tin dữ liệu về đặc điểm của dòng. Vì vậy bước đầu tiên trong mô hình hóa quá trình chỉ là minh họa loại dòng chảy trong thiết bị phản ứng. Bước thứ hai là để kiểm tra, dù những mô tả về truyền nhiệt và đặc tính nhiệt động học trong Comsol Reaction Engineering Lab cho kiểu hệ thống được lựa chọn là thỏa đáng. Ví dụ, Comsol Reaction Engineering Lab có hệ thống dữ liệu chính xác về đặc tính của khí ở nhiệt độ thấp và trung bình, cũng như cung cấp đầy đủ dữ liệu cho hệ thống phản ứng mà sử dụng nước làm dung môi.
Bước 3 :
Bao gồm việc mô tả hệ thống phản ứng mà sự thay đổi thực chất theo thành phần hay nhiệt độ là hàm xác định của hệ thống – đó là một phân tích mà nó đòi hỏi việc tính toán năng lượng và truyền chất cũng như các đặc tính vận chuyển. Nếu sự thay đổi này làm thay đổi một biến không gian của trạng thái ổn định, thì cần kết hợp thêm một biến thời gian để mô hình hóa không gian. Trong trường hợp đó, người sử dụng có thể cài đặt và đưa ra giải pháp mô hình trong Comsol Reaction Engineering Lab. Trong trường hợp khác, đầu tiên phải cài đặt mô hình và đánh giá tất cả các đặc tính vận chuyển và nhiệt động học trong Comsol Reaction Engineering Lab, sau đó khảo sát trạng thái của mô hình cho những điều kiện khuấy trộn lý tưởng, đưa mô hình đó đến một mô hình khác có phạm vi rộng hơn (mô tả hình học của hệ thống). Dựa trên sự kết hợp của các sản phẩm, Comsol Reaction Engineering Lab có thể cài đặt một cách tự động phạm vi của các phương trình và đặc tính của hệ thống phản ứng trong Chemical Engineering Module…