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Göttingen, November 2005 Mit der neuen Simulationssoftware COMSOL `Reaction Engineering LabTM´ können chemische Prozesse mit einer Vielzahl von Reaktanden und unterschiedlichen Konzentrationsverteilungen am Computer simuliert werden. Die Formulierung derartiger Prozesse ist normalerweise ein sehr mühsamer und zeitaufwändiger Prozess. Das `Reaction Engineering Lab´ dagegen löst diese Aufgaben innerhalb von wenigen Minuten. Das macht es zu einem wichtigen Werkzeug in vielen Anwendungsgebieten: in der Verfahrenstechnik, in der akademischen Ausbildung, aber auch in anderen Bereichen wie z.B. Atmosphärenchemie oder Wirkstofffreisetzung in der Biotechnologie.

Die Reaktionsformeln chemietechnologischer Prozesse lassen sich direkt über die grafische Benutzeroberfläche eingeben - so als würde man sie auf Papier niederschreiben. Die Software erstellt die dazugehörigen kinetischen Gleichungen und Bilanzen von Masse, Energie und Impuls. Darüberhinaus können mit dem `Reaction Engineering Lab´ thermodynamische und Transporteigenschaften von miteinander reagierenden Mischungen berechnet werden. Das Ergebnis dieser Berechnungen kann eine grafische Darstellung oder eine Tabelle des Systemverhaltens sein; meist die Zusammensetzung der Reaktanden oder der Temperatur als Funktion der Zeit. Die Reaktionsmechanismen lassen sich auf diese Weise effizient auswerten.

Modernste Gleichungslöser wie z.B. DASPK (entwickelt von Prof. Linda Petzold, UCSB) sind in das Programm integriert. Mit einem Mausklick können so automatisch sogar komplexe Formulierungen von chemischen Reaktionsraten gelöst werden.

Das `Reaction Engineering Lab´ ist ein eigenständiges Programm, mit dem sich sämtliche Typen von chemischen Reaktoren modellieren lassen; egal ob der Verlauf einzelner Variablen in einem Röhrenreaktor oder miteinander reagierende Mischungen von verschiedenen Komponenten untersucht werden sollen. Will man ganze Produktionsabläufe simulieren, so kann man das Programm mit COMSOL Multiphysics und dem `Chemical Engineering´ Modul koppeln. In dieser Kombination ist es dann auch möglich, Reaktoren mit beliebiger Geometrie (in 1D, 2D oder 3D) und räumlichen Veränderungen von Strömungsfeld, Konzentration und Temperatur zu simulieren.

Das `Reaction Engineering Lab´ kann in zahlreichen Anwendungsgebieten eingesetzt werden:

• Ausbildung: Das Programm eignet sich hervorragend für die Ausbildung in der Chemie, egal ob für Anfänger- oder Fortgeschrittene. Mit ihm lassen sich Aufgaben aus der Chemietechnik, Biotechnologie (z.B. Enzymreaktionen), Biologie (Verhalten von Mikroorganismen) ebenso wie Oberflächenchemie oder -physik berechnen. Die Software stellt die Ergebnisse in grafischer und leicht verständlicher Form dar, so dass sich die Studenten auf die Inhalte der Aufgabe konzentrieren können und nicht durch numerische Probleme oder die Berechnung komplexer Formeln abgelenkt werden.
• Biotechnologie: Mit dem Programm können Modelle für die Wirkstofffreisetzung aus einer Biomatrix in das beschädigte Gewebe berechnet werden. Die ausführliche Beschreibung der Reaktions- und Transportprozesse ermöglicht die Berechnung von Freisetzungsraten als Funktion von Zeit und Ort ebenso wie den Abbau der Biomatrix durch Enzymreaktionen.
• Pharmazie: Zur Untersuchung von katalytischen Zyklen für die Herstellung von synthetischen Wirkstoffen (z.B. Ibuprofen) können theoretische und gemessene Daten miteinander verglichen und angepasst werden, indem z.B. Reaktionsraten modifiziert oder direkt in analytischer oder tabellarischer Form eingegeben werden.
• Automobil und Umwelt: Die Wirksamkeit und Lebensdauer eines Dieselfilters ist davon abhängig, wie gut Rückstände von den porösen Filterwänden entfernt werden können. In einem Beispielmodell wird im `Reaction Engineering Lab´ die katalytische Verbrennung von Kohlenstoff untersucht. Das Modell wird anschließend mit dem `Chemical Engineering´ Modul weiterverarbeitet, um den Gasfluss und die Temperaturverteilung zu simulieren.
• Atmosphärenchemie: Mit dem `Reaction Engineering Lab´ können verschiedene Zerfallsprozesse des Ozons in der Erdatmosphäre unter Einschluss von thermischen und Transportprozessen berechnet werden. Die Software kann also zur Erstellung langfristiger Klimastudien eingesetzt werden.
• Halbleiterherstellung und Materialwissenschaften: Ein typisches Beispiel ist die Berechnung von Ablagerungsraten von GaAs bei CVD-Prozessen. Dabei werden die kinetischen Eigenschaften der Gasphase und die Oberflächenchemie mit den Transportphänomenen im Reaktor gekoppelt. CVD-Reaktoren können auf diese Weise optimiert werden.
• Chemische Verfahrenstechnik: Die Beseitigung von Chlor aus Abgasen, beispielsweise bei der Herstellung von Kunststoffen, geschieht durch einen Abgaswäscher. Dazu müssen bis zu zehn verschiedene chemische Reaktionen formuliert werden. Dies kann im `Reaction Engineering Lab´ erfolgen; die Berechnung des gesamten Systems mit dem `Chemical Engineering´ Modul.

COMSOL Multiphysics ist eines der führenden wissenschaftlichen Softwarepakete für die Modellierung von physikalischen oder chemischen Prozessen. Seine besondere Stärke ist die Multiphysik, also die Kopplung verschiedener Phänomene. Für spezielle Anwendungsbereiche sind Zusatzmodule erhältlich: das `Electromagnetics´, `Earth Science´, `MEMS´, `Chemical Engineering´, `Heat Transfer´ und das `Structural Mechanics´ Modul. Das gesamte Softwarepaket ist erhältlich für Windows, Linux, Solaris und für Macintosh. Weitere Informationen finden Sie unter www.femlab.de oder www.comsol.com

COMSOL AB wurde 1986 in Stockholm, Schweden, gegründet und hat eigene Niederlassungen in Norwegen, Finnland, Dänemark, Deutschland, Frankreich, Grossbritannien, den Niederlanden, in der Schweiz und in den USA. Die FEMLAB GmbH wurde im Jahr 2001 gegründet und betreut die Kunden in Deutschland und Österreich.

Das COMSOL `Reaction Engineering Lab´ bietet eine grafische Nutzeroberfläche, die die Eingabe chemischer Formeln erlaubt; daraus berechnet die Software Massen- und Energiebilanzen.

COMSOL und FEMLAB sind eingetragene Warenzeichen der COMSOL AB. COMSOL MULTIPHYSICS sind Warenzeichen der COMSOL AB. Alle Rechte vorbehalten. Andere Produkt und Markennamen sind Warenzeichen oder eingetragene Warenzeichen ihrer jeweiligen Inhaber.