Countercurrent membrane reactor with the solve_bvp solver

This is my first post here and I hope that there is someone here who once had a similar problem.
I have successfully managed to visualise a DC membrane reactor using the solve_ivp solver. In other words, tube by tube and substance and temperature are exchanged via the interfaces. Now I was wondering what it would look like if I simulated the whole thing in countercurrent. My problems lie in the formulation of the BC and in the formulation of the initial guess.

My BC for sdot[0] and sdot[8]: reactor[0].v & reactor[1].v at the length 0 is reactor[0].v and reactor.v at the start &
reactor[0].p_ges & reactor[1].p_ges at the Point L (end) is eval to p_ges(at the end). But I dont know how I can programming it.

My BC for sdot[1:7] & sdot[9:15]: reactor[0].Fmol[i] at the start is the Inlet reactor[0].Fmol[i], same for reactor[1].Fmol[i ] & at the and is the change after the length is zero.

My BC for sdot[7] & sdot[15]: reactor[0].T and reactor[1].T at the Inlet is eval to the Inlet temperature & at the and is the change after the length is zero again like above.

Here is my Code:

from sub import substance, mixture
import numpy as np
from geo import reactor_volume, catalyst, membrane
from kinetics import kinetics
from math import pi
import matplotlib.pyplot as plt
import termplotlib as tpl
from scipy.integrate import solve_bvp as solve
from controller import controller

### Controller Settings
dpio = True
adiabatio = False
thermtubeio = True
thermsweepio = True
thermmemio = True
drainio = True
reacio = False

### Controller init
ctl = controller(dpio,adiabatio,thermtubeio,thermsweepio,thermmemio,drainio,reacio)
ctl.setcontroll()

## fixed variables
### Tube
Tref = 273 # reference temperature [K]
T0_t = 493 # temperature of tube inlet [K]
p0_t = 50*1e5 # pressure of tube inlet [Pa]
tube_diam = 0.016 # diameter of tube [m]
mdot_feed_t = 2.8*1e-5 # mass flow of tube inlet [kg/s]
reactor_length = 0.15 # length of reactor [m]

### Sweep
Rp = 0.1 # factor for controlling pressure in sweep
Rf = 0.1 # factor for controlling mass flow in sweep
T0_s = 400 # temperature of sweep inlet [K]
p0_s = Rp * p0_t # pressure of sweep [Pa]
outer_diam = 0.008 # outer diam only sweep
sweep_diam = tube_diam + outer_diam # diameter of sweep + tube [m]
mdot_feed_s = Rf * mdot_feed_t # mass flow of sweep inlet [kg/s]

###  Catalyst
material = "CuZnO"
kat_mass = 0.0348 # mass of catalyst [kg]
kat_diam = 0.0005 # diameter of catalyst particle [m]
kat_rho_part = 1775 # density of catalyst [kg/m3]

### Substances
Q = np.array([0, 0, 0, 0, 10**(-7), 0])
M = np.array([2e-3, 28e-3, 44e-3, 32.04e-3, 18e-3, 14e-3])
y0_t = np.array([0.82, 0.04, 0.03, 0, 0, 0.11])
y0_s = np.array([1, 0.0, 0.0, 0, 0, 0.0])
Pc = [20.5, 35*1e5, 73.83*1e5, 80.9464*1e5, 220.6*1e5, 34*1e5]
Tc = [43.6, 132.92, 304.21, 512.6, 647.096, 126.2]
Tb = [79, 81.7, 194.7, 337.668, 373.2, 77.355]
acent=[-0.216, 0.048, 0.2236, 0.556, 0.038, 0.038]
name = ["H2", "CO", "CO2", "MeOH", "H2O", "N2"]
pol = [False,True,False,True,True,False]
lambda_wall = 30

### object init 
sub_t, sub_s = [], []
rs = ["t","s"]

for j in range(len(rs)):
    for i in range(len(M)):
        exec(f"substances{j}{i}=substance(name[{i}],{i},pol[{i}],M[{i}],y0_{rs[j]}[{i}],Q[{i}],Pc=Pc[{i}],Tc=Tc[{i}],acent=acent[{i}],Tb=Tb[{i}])")
        exec(f"sub_{rs[j]}.append(substances{j}{i})") 

mix1,mix2 = mixture("tube", sub_t), mixture("sweep", sub_s)
gases = [mix1, mix2]
catalyst = catalyst(material,kat_diam,kat_mass,kat_rho_part)
kin = kinetics("Methanol", "Fromment")
tube, sweep = reactor_volume("tube",tube_diam,T0_t,p0_t,mdot_feed_t, mix1,catalyst,kin), reactor_volume("sweep",sweep_diam,T0_s,p0_s, mdot_feed_s,mix2)
reactor = [tube,sweep]
membrane = membrane(0,Q)

### Starting conditions
[exec(f"gases[{j}].setMolFrac(y0_{rs[j]})") for j in range(len(rs))]
[exec(f"gases[{j}].calcRho(T0_{rs[j]},p0_{rs[j]})") for j in range(len(rs))]
[exec(f"reactor[{j}].setMdot(mdot_feed_{rs[j]})") for j in range(len(rs))]
[exec(f"reactor[{j}].calcFmol(p0_{rs[j]},T0_{rs[j]})") for j in range(len(rs))]

for j in range(len(rs)):
    reactor[j].setFmol(reactor[j].Fmol_ges * reactor[j].gas.y)

### Solve
def xsolve(t,s):
    
    reactor[0].setPressure(s[0])
    reactor[0].setFmol(s[1:7])
    reactor[0].setTemp(s[7])
    
    reactor[1].setPressure(s[8])
    reactor[1].setFmol(s[9:15])
    reactor[1].setTemp(s[15])    
    
    sdot = [0 for _ in range(len(s))]
    
    for j in range(len(reactor)):
        for i in range(len(M)):
            reactor[j].gas.y[i] = reactor[j].Fmol[i]/reactor[j].Fmol_ges
    
    for i in range(len(M)):
        reactor[0].gas.substances[i].calcCpx(s[7])
        reactor[1].gas.substances[i].calcCpx(s[15])
        reactor[0].gas.substances[i].calcViscox(s[7],s[0])
        reactor[1].gas.substances[i].calcViscox(s[15],s[8])
        reactor[0].gas.substances[i].calcLambda(s[7])
        reactor[1].gas.substances[i].calcLambda(s[15])
    reactor[0].gas.calcRho(s[7],s[0])
    reactor[1].gas.calcRho(s[15],s[8])
    
    for i in range(len(reactor)):
        reactor[i].gas.calcCpm()
        reactor[i].gas.calcVisc()
    reactor[0].gas.calcLambdam(s[7])
    reactor[1].gas.calcLambdam(s[15])
    reactor[0].calcVelo(s[7],s[0],inner_diam=0)
    reactor[1].calcVelo(s[15],s[8],inner_diam=tube_diam)
    reactor[0].kat.calcPorosity(tube_diam)
    reactor[0].kat.calcRhobed()
    reactor[0].calcLength()
    reactor[1].length = reactor[0].length
    
    for i in range(len(reactor)):
        reactor[i].calcRe(kat_diam=kat_diam,eps=reactor[0].kat.porosity,inner_diam=tube_diam)
        reactor[i].calcPr()
        reactor[i].calcNu(inner_diam=tube_diam)
        reactor[i].calcAlpha_wall()
        
    reactor[0].kin.calcKeq(s[7])
    reactor[0].kin.calcHr(s[7],[reactor[0].gas.substances[i].cpx for i in range(len(M))])
    reactor[0].kin.calcReacrate(s[0],reactor[0].gas.y)
    
    membrane.setInterface(reactor[1].gas.y,reactor[0].gas.y,s[8],s[0],reactor[1].alpha_wall,reactor[0].alpha_wall)
    membrane.calcJ()
    membrane.calcU(sweep_diam,tube_diam,lambda_wall)
    
    sdot[0] = ctl.dpio * (-150 * reactor[0].gas.visc * (1 - reactor[0].kat.porosity)**2 * reactor[0].v / reactor[0].kat.porosity**3 / kat_diam**2 - 1.75 * (1 - reactor[0].kat.porosity) * reactor[0].gas.rho_T * reactor[0].v**2 / reactor[0].kat.porosity**3 / kat_diam)

    sdot[8] = 0
    
    for i in range(len(M)):
        sdot[i+1] = ctl.reacio * reactor[0].kat.rho_bed * np.pi * tube_diam**2 * reactor[0].kin.ri[i] - membrane.J[i] * 2 * np.pi * tube_diam
        sdot[i+9] = membrane.J[i] * 2 * np.pi * tube_diam
    
    sumJicpi = ctl.drainio * sum(membrane.J[i] * reactor[0].gas.substances[i].cpx for i in range(len(membrane.J)))
    sumFmcpitube = sum(reactor[0].Fmol[i] * reactor[0].gas.substances[i].cpx for i in range(len(reactor[0].Fmol)))
    sumFmcpisweep = sum(reactor[1].Fmol[i] * reactor[1].gas.substances[i].cpx for i in range(len(reactor[1].Fmol)))
           
    sdot[7] = ctl.thermtubeio * 2 * np.pi * tube_diam * (ctl.thermmemio * -membrane.memU * (reactor[0].T - reactor[1].T) - ctl.reacio* 0.5 * tube_diam* reactor[0].kat.rho_bed * (reactor[0].kin.dHr[0] * reactor[0].kin.reac_rate[0] + reactor[0].kin.dHr[1] * reactor[0].kin.reac_rate[1] + reactor[0].kin.dHr[2] * reactor[0].kin.reac_rate[2]) - sumJicpi * (reactor[0].T - Tref) ) / sumFmcpitube
        
    sdot[15] = ctl.thermsweepio * 2 * np.pi * tube_diam * (ctl.thermmemio * membrane.memU * (reactor[0].T - reactor[1].T) + sumJicpi * (reactor[0].T - Tref) ) / sumFmcpisweep
        
    return np.vstack(sdot)

def bc(pt,Fmolt[0],Fmolt[1],Fmolt[2],Fmolt[3],Fmolt[4],Fmolt[5],Tt,ps,Fmols[0],Fmols[1],Fmols[2],Fmols[3],Fmols[4],Fmols[5],Ts):

    return (np.array(), 
            np.array())

t_span = np.array([0, reactor_length])
t = np.linspace(t_span[0],t_span[1],50)
s0 = np.zeros((2, t.size))
s0 = np.array([])

sol = solve(xsolve,bc,t,s0,tol=1e-9,verbose=2)

If anyone can help me, I would be very grateful. I could also make the imported models available if necessary. Thank you very much for your attention.

Best regards

Understand and use the solve_bvp solver correctly

New contributor

Madrigal is a new contributor to this site. Take care in asking for clarification, commenting, and answering.
Check out our Code of Conduct.

Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức sự kiện 5 sao Thông tin về chúng tôi Dịch vụ sinh nhật bé trai Dịch vụ sinh nhật bé gái Sự kiện trọn gói Các tiết mục giải trí Dịch vụ bổ trợ Tiệc cưới sang trọng Dịch vụ khai trương Tư vấn tổ chức sự kiện Hình ảnh sự kiện Cập nhật tin tức Liên hệ ngay Thuê chú hề chuyên nghiệp Tiệc tất niên cho công ty Trang trí tiệc cuối năm Tiệc tất niên độc đáo Sinh nhật bé Hải Đăng Sinh nhật đáng yêu bé Khánh Vân Sinh nhật sang trọng Bích Ngân Tiệc sinh nhật bé Thanh Trang Dịch vụ ông già Noel Xiếc thú vui nhộn Biểu diễn xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức tiệc uy tín Khám phá dịch vụ của chúng tôi Tiệc sinh nhật cho bé trai Trang trí tiệc cho bé gái Gói sự kiện chuyên nghiệp Chương trình giải trí hấp dẫn Dịch vụ hỗ trợ sự kiện Trang trí tiệc cưới đẹp Khởi đầu thành công với khai trương Chuyên gia tư vấn sự kiện Xem ảnh các sự kiện đẹp Tin mới về sự kiện Kết nối với đội ngũ chuyên gia Chú hề vui nhộn cho tiệc sinh nhật Ý tưởng tiệc cuối năm Tất niên độc đáo Trang trí tiệc hiện đại Tổ chức sinh nhật cho Hải Đăng Sinh nhật độc quyền Khánh Vân Phong cách tiệc Bích Ngân Trang trí tiệc bé Thanh Trang Thuê dịch vụ ông già Noel chuyên nghiệp Xem xiếc khỉ đặc sắc Xiếc quay đĩa thú vị
Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa
Thiết kế website Thiết kế website Thiết kế website Cách kháng tài khoản quảng cáo Mua bán Fanpage Facebook Dịch vụ SEO Tổ chức sinh nhật