Vi præsenterer Termica Neo: Den nye NETZSCH software til termisk simulering i industrielle omgivelser

Ved simulering af temperaturafhængige processer i den kemiske industri kan temperaturgradienterne i de reagerende medier være betydelige og skal tages i betragtning. For processer som Hærdning (tværbindingsreaktioner)Bogstaveligt oversat betyder udtrykket "crosslinking" "krydsnetværk". I kemisk sammenhæng bruges det om reaktioner, hvor molekyler knyttes sammen ved at indføre kovalente bindinger og danne tredimensionelle netværk.hærdning eller KrystalliseringKrystallisering er den fysiske hærdningsproces under dannelse og vækst af krystaller. Under denne proces frigives krystallisationsvarme.krystallisering har temperaturgradienten indflydelse på produktkvaliteten, og for meget eksoterme materialer har den indflydelse på sikkerhedsbetingelserne for løbske reaktioner.

Vi er stolte af at kunne præsentere vores nye NETZSCH Termica Neo-software, som bruger alle kinetiske metoder, der anbefales af ICTAC*[1], er fuldstændig kompatibel med NETZSCH-softwaren Kinetics Neo og fungerer til både modelfrie og modelbaserede tilgange samt til komplekse reaktioner med uafhængige, konkurrerende eller på hinanden følgende trin.

^{*ICTAC: International Conføderation af nationale eller regionale Thermiske Analyse og CiCTAC's formål er at fremme international forståelse og samarbejde inden for termisk analyse og kalorimetri gennem afholdelse af internationale kongresser og arbejdet i de videnskabelige komitéer. (Se også ictac.org)}

^{[1] Vyazovkin S et al, ICTAC Kinetics Committee recommendations for analysis of multi-step kinetics, Thermochimica Acta, V.689, 2020, 178597}

Simulering af industrielle processer i stor skala for at undgå løbske handlinger og eksplosioner

Small prøver med en vægt på kun nogle få milligram målt ved hjælp af Differential Scanning Calorimetry (DSC) eller med andre termiske analysemetoder som Thermogravimetric Analysis (TGA ) eller Accelerating Rate Calorimetry (ARC^® ) har ingen signifikant temperaturgradient og er derfor velegnede til kinetisk analyse. Den kinetiske software kan simulere hastigheden af kemiske reaktioner i to begrænsende tilfælde, hvor prøverne ikke har nogen temperaturgradient. I det første tilfælde har prøvematerialet både uendelig Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne og uendelig varmeoverførsel til omgivelserne inden for et kontrolleret område. Det andet grænsetilfælde er ren AdiabatiskAdiabatisk beskriver et system eller en målemetode uden nogen form for varmeudveksling med omgivelserne. Denne tilstand kan realiseres ved hjælp af en kalorimeteranordning i henhold til metoden for accelererende hastighedskalorimetri (ARC^®). Hovedformålet med et sådant apparat er at studere scenarier og termiske runaway-reaktioner. En kort beskrivelse af den adiabatiske tilstand er "ingen varme ind - ingen varme ud".adiabatisk opvarmning uden noget varmetab.

Men i den kemiske industri samt ved opbevaring og transport af højenergiske materialer ligger varmetransport og varmetab mellem disse to grænsetilfælde, og for at opnå sikre forhold eller den ønskede produktkvalitet er vi nødt til at udføre simuleringen for ikke-konstant temperatur i det reagerende volumen.

De vigtigste anvendelser af en sådan simulering i industrien er produktkvalitet og -sikkerhed.

I polymer- eller keramikindustrien har områder med højere temperatur en højere reaktionshastighed, hvilket fører til forskellige fysiske egenskaber for materialet ved forskellige koordinatpunkter. Dette viser sig som svind under SintringSintring er en produktionsproces, hvor man danner et mekanisk stærkt legeme ud af et keramisk eller metallisk pulver. sintring eller Hærdning (tværbindingsreaktioner)Bogstaveligt oversat betyder udtrykket "crosslinking" "krydsnetværk". I kemisk sammenhæng bruges det om reaktioner, hvor molekyler knyttes sammen ved at indføre kovalente bindinger og danne tredimensionelle netværk.hærdning, hvilket giver mekanisk StressStress defineres som et kraftniveau, der påføres en prøve med et veldefineret tværsnit. (Spænding = kraft/areal). Prøver med et cirkulært eller rektangulært tværsnit kan komprimeres eller strækkes. Elastiske materialer som gummi kan strækkes op til 5 til 10 gange deres oprindelige længde.stress og har indflydelse på produktkvaliteten.

I forudsigelser om opbevaring eller transport af højenergiske materialer i den kemiske industri er temperaturgradienterne i de reagerende medier også vigtige og skal tages i betragtning. Ved meget eksoterme reaktioner har områder med højere temperatur og hurtigere reaktioner en mere intensiv varmeproduktion og selvopvarmning. Derefter bliver sådanne lokale områder hotspots for begyndelsen af runaway eller termisk eksplosion. Ved reaktioner med lavere termisk effekt har områderne med højere temperatur en højere reaktionshastighed og omdannelsesgrad. Dette er årsagen til materialernes forskellige fysiske og kemiske egenskaber ved forskellige koordinatpunkter, som viser sig som varmekapacitet, Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne eller koncentrationer af reaktanter.

Simulering af komplekse kemiske processer med Termica Neo

Mange eksisterende FEM-softwareløsninger(Finite Element Method) kan beregne varmeoverførslen, men de er begrænsede, når det gælder komplekse kemiske reaktioner i flere trin med termiske effekter til stede. Normalt fungerer sådanne systemer til modelfri kinetik med en enkelt kinetisk ligning eller til modeller med 1-2 trin, hvor alle kinetiske parametre er kendte.

Den nye Termica Neo-software til termisk simulering består af inputdata i form af kemiske parametre og ligninger direkte fra Kinetics Neo-projektet. Den er fuldstændig kompatibel med NETZSCH Kinetics Neo Software og er i stand til at bruge både modelfri og modelbaseret tilgang. For den modelbaserede tilgang er der ingen begrænsninger på antallet af individuelle reaktionstrin eller på forbindelser mellem dem, herunder uafhængige, konkurrerende eller fortløbende.

Termica Neo-simuleringssoftwaren accepterer alle kinetiske parametre fra Kinetics Neo. Den bruger desuden temperaturafhængige fysiske parametre som densitet, varmeledningsevne og varmekapacitet for reagerende materialer og produkter fra materialebiblioteket. De ekstra inputparametre omfatter beholdere, hvor tykkelsen og materialet kan variere for hver overflade af reaktorgeometrien og også omfatter forskellige omgivende medier, for eksempel luft på toppen, vand på siden og jord på bunden. De omgivende temperaturprofiler kan også være forskellige for forskellige geometriske overflader.

Hvad du kan gøre med Termica Neo

• Simuler dine materialers opførsel ved hvert punkt inde i beholderen
• Find ud af, hvor og hvornår den maksimale temperatur eller den maksimale omdannelseshastighed for reaktanten inde i beholderen er
• Bestem temperatur, omdannelse og koncentrationer for en given tid og placering af reaktanten inde i beholderen
• Forudsig din grad af Hærdning (tværbindingsreaktioner)Bogstaveligt oversat betyder udtrykket "crosslinking" "krydsnetværk". I kemisk sammenhæng bruges det om reaktioner, hvor molekyler knyttes sammen ved at indføre kovalente bindinger og danne tredimensionelle netværk.hærdning, NedbrydningsreaktionEn nedbrydningsreaktion er en termisk induceret reaktion af en kemisk forbindelse, der danner faste og/eller gasformige produkter. nedbrydning og KrystalliseringKrystallisering er den fysiske hærdningsproces under dannelse og vækst af krystaller. Under denne proces frigives krystallisationsvarme.krystallisering
• Bestem termiske sikkerhedsbetingelser for produktion og opbevaring

Et overblik over funktionerne:

• Hurtig og nem at håndtere: Brugergrænseflade svarende til Kinetics Neo-software
• De kinetiske modeller er taget direkte fra Kinetics Neo -projektet (resultater for enhver metode, herunder både modelbaseret og modelfri).
• Beregning af følgende egenskaber ved hvert punkt i volumen som en funktion af tiden:
  • temperatur,
  • omdannelse,
  • omdannelseshastighed,
  • koncentrationer,
  • glasovergangstemperatur for hærdnings- eller Hærdning (tværbindingsreaktioner)Bogstaveligt oversat betyder udtrykket "crosslinking" "krydsnetværk". I kemisk sammenhæng bruges det om reaktioner, hvor molekyler knyttes sammen ved at indføre kovalente bindinger og danne tredimensionelle netværk.tværbindingsreaktioner
• Beregning af selvaccelererende nedbrydningstemperatur (SADT) under forskellige materialer, beholdere og omgivelser.
• Simulering af reaktioner for en reaktor med beholder, herunder adiabatiske forhold

Del denne artikel: