Представяне на Termica Neo: новият NETZSCH софтуер за топлинна симулация в индустриални условия

При симулацията на температурно зависими процеси в химическата промишленост температурните градиенти в реагиращата среда могат да бъдат значителни и трябва да се вземат предвид. При процеси като втвърдяване или кристализация температурният градиент оказва влияние върху качеството на продукта, а при силно екзотермични материали оказва влияние върху условията за безопасност при бягство от реакция.

Горди сме да представим нашия нов софтуерNETZSCH Termica Neo, който използва всички кинетични методи, препоръчани от ICTAC*[1], напълно съвместим е с NETZSCH-софтуераKinetics Neo и работи както за безмоделни, така и за базирани на модели подходи, както и за сложни реакции с независими, конкуриращи се или последователни стъпки.

^{*ICTAC: Iеждународен Cонфедерация на национални или регионални Tхерма Aализира и Cцелта на ICTAC е да насърчава международното разбирателство и сътрудничество в областта на термичния анализ и калориметрията чрез организирането на международни конгреси и работата на научните комитети. (Вж. също ictac.org)}

^{[1] Вязовкин С и др, Препоръки на Комитета по кинетика на ICTAC за анализ на многостъпкова кинетика, Thermochimica Acta, V.689, 2020, 178597}

Симулация на високомащабни промишлени процеси с цел избягване на бягство и експлозия

Small проби с тегло само няколко милиграма, измерени чрез диференциална сканираща калориметрия (DSC ) или с други термични аналитични методи като термогравиметричен анализ (TGA) или ускоряваща калориметрия (ARC^® ), нямат значителен температурен градиент и следователно са подходящи за кинетичен анализ. Кинетичният софтуер може да симулира скоростта на химичните реакции за два гранични случая, при които пробите нямат температурен градиент. В първия случай материалът на пробата има безкрайна топлопроводимост и безкраен топлообмен към околната среда в рамките на контролирана среда. Вторият граничен случай е чисто адиабатно нагряване без никакви топлинни загуби.

В химическата промишленост обаче, както и при съхранението и транспортирането на високоенергийни материали, преносът на топлина и загубите на топлина са между тези два гранични случая; и за да се осигурят безопасни условия или да се постигне желаното качество на продукта, трябва да се извърши симулация за неконстантна температура в реагиращия обем.

Основните приложения на подобна симулация в промишлеността са качеството и безопасността на продуктите.

В полимерната или керамичната промишленост областите с по-висока температура имат по-висока скорост на реакция, което води до различни физични свойства на материала в различни координатни точки. Това се проявява като свиване по време на синтероване или втвърдяване, което предизвиква механично напрежение и оказва влияние върху качеството на продукта.

В прогнозите, отнасящи се до съхранението или транспортирането на високоенергийни материали в химическата промишленост, температурните градиенти в реагиращите среди също са значителни и трябва да се вземат предвид. При силно екзотермичните реакции зоните с по-висока температура и по-бързи реакции имат по-интензивно производство на топлина и самонагряване. Тогава такива локални области се превръщат в горещи точки за начало на бягство или термична експлозия. При реакциите с по-нисък топлинен ефект областите с по-висока температура имат по-висока скорост на реакцията и степен на преобразуване. Това е причината за различните физични и химични свойства на материалите в различните координатни точки, които се проявяват като топлинен капацитет, топлопроводност или концентрации на реагентите.

Симулация на сложни химични процеси с Termica Neo

Много съществуващи софтуерни решения за FEM(метод на крайните елементи) могат да изчисляват преноса на топлина, но те са ограничени по отношение на сложни многостъпкови химични реакции с наличие на топлинни ефекти. Обикновено такива системи работят за кинетика без модел с едно кинетично уравнение или за модели с 1-2 стъпки, при които всички кинетични параметри са известни.

Новият софтуер Termica Neo за термична симулация се състои от входни данни под формата на химични параметри и уравнения директно от проекта Kinetics Neo. Той е напълно съвместим със софтуераNETZSCH Kinetics Neo и може да използва както безмоделни, така и базирани на модели подходи. При подхода, базиран на модела, няма ограничения за броя на отделните етапи на реакцията или за връзките между тях, включително независими, конкуриращи се или последователни.

Софтуерът за симулация Termica Neo приема всички кинетични параметри от Kinetics Neo. Освен това той използва зависещи от температурата физични параметри като плътност, топлопроводност и топлинен капацитет на реагиращите материали и продукти от библиотеката с материали. Допълнителните входни параметри включват контейнери, за които дебелината и материалът могат да се различават за всяка повърхност на геометрията на реактора, а също така включват различни околни среди, например въздух отгоре, вода отстрани и земя отдолу. Температурните профили на околната среда също могат да бъдат различни за различните геометрични повърхности.

Какво можете да правите с Termica Neo

• Симулирайте поведението на материалите си във всяка точка на контейнера
• Открийте къде и кога е максималната температура или максималната скорост на преобразуване на реагента в контейнера
• Определете температурата, превръщането и концентрациите за дадено време и положение на реагента вътре в контейнера
• Предвидете степента на втвърдяване, разлагане и кристализация
• Определяне на условията за термична безопасност при производство и съхранение

Кратко описание на функциите:

• Бързо и лесно за работа: Потребителски интерфейс, подобен на софтуера Kinetics Neo
• Кинетичните модели се вземат директно от проекта Kinetics Neo (резултати за всеки метод, включително и за метод, базиран на модел, и за метод без модел).
• Изчисляване на следните свойства във всяка точка от обема като функция на времето:
  • температура,
  • преобразуване,
  • скорост на преобразуване,
  • концентрации,
  • температура на встъкляване за реакциите на втвърдяване или омрежване
• Изчисляване на температурата на самоускоряващо се разлагане (SADT) при различни материали, контейнери и околна среда.
• Симулация на реакциите за реактор с контейнер, включително адиабатни условия

Споделете тази статия: