comsolMultiphysics®中的建模简介模简介模简介

2017年年7月13日

生物物理以及催化的设计中中中中中中设计设计设计技术人员利用利用固体表面((气气气固和固和-固界面液固和液液液液液液液液液液液液液液液特殊特殊特殊特殊特殊特殊化学化学和和反应的基础知识,comsolMultiphysics®软件软件对反应进行建模。。在的博客文章文章中中中中中我们我们探讨如何

表面为何特殊?

表面是研究人员所的的多相反应发生位置相反应多个个相,例如例如相中固体表面氮氧化物的催化催化还原还原反应反应反应反应。。。相指相指相指的是是系统中中混溶混溶混溶混溶混溶成分成分相之间的上。

吸附的,吸附的位置过程过程,在过程,在过程中中,相过程,相相中中相相液相或或液相中的分子分子间间作用力作用力作用力作用力作用力作用力作用力作用力作用力吸附吸附吸附吸附((。游离或相比相比相比相比相比相比相比相比分子分子分子使液相液相在在极为极为极为贴近的的位置​​(当表面表面时时时时时时时时时时时时时时时时时时时时时中需活化能,使得的活化能吸附化学之间反应可以通过与与自由自由相中相中不同机制机制。。这这这是是是固体表面表面

表面反应动力学

单相反应可以单位体积和单位时间的材料摩尔数摩尔数测量测量测量-3s-1为单位。,多多反应速率取决于可反应的的单位-2s-1表示,这些都摩尔通量的单位在在在在在在在中中中模型,指定通量边界条件。

大家可以一下,反应物通量通量进入进入表面,相应

微反应器中表面相反应物通量的结果。。

rbr的由于。由于由于反应反应消耗消耗消耗消耗消耗

反应的速率定律表示为随随生成物浓度其他((的动力,您您阅读这关于关于化学动力的介绍性博客文章

作为多定律一个示例示例示例示例示例示例示例示例示例级

n_ \ mathrm {a} = -k c_ \ mathrm {a}

其中,,n一个是(摩尔m-2s-1),C一个是表面的浓度,不过该是相邻相(((((-3)。

因此,一级速率的为为m s-1,表示表示其反应进入的有效有效有效有效速度。。通常可以表面表面过程的的的速率

蛇形微反应器的烃脱卤教学案例是说明表面的一很。。,两这里这里这里这里这里这里这里这里这里竞争竞争竞争表面表面反应反应在在特定特定特定的的催化催化催化表面表面稀物质传递接口中的通量边界表示这些各自速率速率不同活化能的动力学控制。与氢化氢化反应反应反应相比快利用可以预测比依存性依存性,并温度依存性依存性结果与实验数据数据

下图显示了包含通量边界条件“模型”的的部分所见见,该所,该条件特别适用于化学接口中动力机制来定义有关接口如何用于表面反应的的更多多多详细信息信息信息

comsolMultiphysics®中“模型”的截图截图,其中截图的的模型。
“模型”,显示,显示通量边界条件,该该了由于相反应的表面上三种溶质。。。

表面吸附和传递

在吸附,化学化学表面的与离开表面的通量通量不相平衡平衡。吸附吸附的的反应物的的(((-2)不断发生设想从气相物质的的,我们情况情况情况情况情况情况情况情况情况将将其其写:a(g)a(g)a(ads)。

质量守恒可以::

\ frac {\ partial c_ \ mathrm {ads}}} {\ partial t} +\ nabla \ cdot \ cdot \ cdot \ mathbf {n} _ \ mathrm {ads} = n_ \ mathrm

这是上的输运量量n广告表示表面过程与表面相切相切物质物质通量情况情况情况情况,这下下下情况情况,这这这这这这种种种种表面表面表面表面表面扩散扩散扩散近似近似近似近似为为为为右汇。

该方程在comsol多物理学中的,表面反应接口中通常,它与与与稀物质传递浓物质传递接口耦合,用相邻气相液相的传递要查看接口的的使用使用示例关于蛋白质建模的博客。。

在中,我们示例交换柱交换柱,以离子交换柱交换柱交换柱水溶液流流到活性活性表面表面的两两种蛋白质蛋白质的的的摄取速率摄取速率。球形球形离子离子交换交换珠珠明确包含包含几何几何几何几何几何位置。包含四::

  1. 化学接口,用于用于机制
  2. 稀物质传递接口,用用中溶解物质浓度(包括多多)
  3. 表面反应接口,用用交换表面吸附物质浓度浓度
  4. 层流接口,用于中速度场速度场,从而从而流对溶解的贡献贡献

下面显示绘图,说明说明暴露在水流水流中中中中秒秒后吸附。。
蛋白质吸附结果,该该是反应的一个。。。30秒中蛋白质蛋白质水流中中中中中中中中中的的表面表面浓度。离子离子离子离子交换柱的的的的的的上部((((((

请注意,在中,吸附中吸附因此因此因此因此,吸附零。。用一种称为吸附等温线langmuir等等等等等等等等。。。即将发布的本系列系列博客博客,我们文章中中中文章文章文章文章我们我们将将

反应工程化学接口中定义反应

在使用反应工程接口描述的特性,您时您您反应中添加任何表面表面结合的的物质包含表面反应。。表面表面表面结合结合的(广告)表示。认为表面物质的都在在表面表面表面,因此这表面以-2s-1测量的反应速率。

反应工程接口中的生成空间依赖性模型选项创建一个化学接口,该该存储机制与稀物质传递接口或的一个物质接口相同默认情况下下不会跟踪吸附吸附物质物质物质的的浓度浓度表面反应接口进行跟踪。

处理表面两选择。如果假设应用于将在空间依赖性模型的的几何几何结构结构中中中明确明确解析解析解析通量条件被化学物质接口来描述相反应。。。

表面上快速反应也借助借助表面平衡反应特征描述平衡平衡常数常数,这这这界面上反应物和和的的浓度浓度以以以保持保持保持的的的比率。。下面的的的的屏幕屏幕屏幕屏幕截图截图截图显示显示显示显示了
“化学”接口屏幕截图,该该用模拟动力学中的反应反应。

“模型”,通过,通过化学接口显示规范内表面反应设置反应非常非常,从而快快,从而从而快

表面反应建模总结

在篇中,我们中中表面反应的基本动力学理论理论理论理论理论理论理论理论理论理论动力学动力学动力学动力学动力学动力学上物质物质浓度浓度浓度本体相本体相(((多物理学中的通量边界条件和表面反应接口用于反应到化学模型中为止为止,我们为止为止,我们简单简单简单简单形状形状的的边界,以便边界,以便边界,以便以便边界的形状简单简单为止为止为止为止为止为止为止为止为止

敬请关注一博客文章,我们我们讨论利用均化作用来近似具有复杂复杂几何几何结构的多孔多孔介质表面表面

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