Παρουσιάζουμε το Termica Neo: Το νέο λογισμικό NETZSCH για θερμική προσομοίωση σε βιομηχανικές συνθήκες

Για την προσομοίωση διεργασιών που εξαρτώνται από τη θερμοκρασία στη χημική βιομηχανία, οι κλίσεις θερμοκρασίας στα αντιδρώντα μέσα μπορεί να είναι σημαντικές και πρέπει να λαμβάνονται υπόψη. Για διεργασίες όπως η σκλήρυνση ή η κρυστάλλωση, η κλίση θερμοκρασίας επηρεάζει την ποιότητα του προϊόντος και για υλικά με υψηλή εξώθερμη, επηρεάζει τις συνθήκες ασφαλείας των αντιδράσεων διαφυγής.

Είμαστε υπερήφανοι που παρουσιάζουμε το νέο μας λογισμικόNETZSCH Termica Neo, το οποίο χρησιμοποιεί όλες τις κινητικές μεθόδους που συνιστώνται από την ICTAC*[1], είναι πλήρως συμβατό με το NETZSCH-λογισμικόKinetics Neo και λειτουργεί τόσο για προσεγγίσεις χωρίς μοντέλα όσο και για προσεγγίσεις που βασίζονται σε μοντέλα, καθώς και για πολύπλοκες αντιδράσεις με ανεξάρτητα, ανταγωνιστικά ή διαδοχικά βήματα.

^{*ICTAC: IδΙΕΘΝΗΣ Confederation of National or Regional Thermal Aνάλυσης και Cσκοπός της ICTAC είναι η προώθηση της διεθνούς κατανόησης και συνεργασίας στον τομέα της θερμικής ανάλυσης και της θερμιδομετρίας μέσω της διοργάνωσης διεθνών συνεδρίων και των εργασιών των επιστημονικών επιτροπών της. (Βλέπε επίσης ictac.org)}

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

Προσομοίωση βιομηχανικών διεργασιών υψηλής κλίμακας για την αποφυγή ανεξέλεγκτων ενεργειών και έκρηξης

Small τα δείγματα με βάρος λίγων μόνο χιλιοστογραμμαρίων που μετρώνται με τη διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης (DSC) ή με άλλες θερμικές αναλυτικές μεθόδους όπως η θερμοβαρυμετρική ανάλυση (TGA) ή η θερμιδομετρία επιταχυνόμενου ρυθμού (ARC^® ) δεν έχουν σημαντική θερμοκρασιακή κλίση και επομένως είναι κατάλληλα για κινητική ανάλυση. Το κινητικό λογισμικό μπορεί να προσομοιώσει τον ρυθμό των χημικών αντιδράσεων για δύο οριακές περιπτώσεις όπου τα δείγματα δεν έχουν βαθμίδα θερμοκρασίας. Στην πρώτη περίπτωση, το υλικό του δείγματος έχει τόσο άπειρη θερμική αγωγιμότητα όσο και άπειρη μεταφορά θερμότητας προς το περιβάλλον, εντός ενός ελεγχόμενου περιβάλλοντος. Η δεύτερη οριακή περίπτωση είναι καθαρά αδιαβατική θέρμανση χωρίς καμία απώλεια θερμότητας.

Ωστόσο, στη χημική βιομηχανία, καθώς και στην αποθήκευση και τη μεταφορά υλικών υψηλής ενέργειας, η μεταφορά θερμότητας και η απώλεια θερμότητας βρίσκονται μεταξύ αυτών των δύο οριακών περιπτώσεων- και για ασφαλείς συνθήκες ή για την επίτευξη της επιθυμητής ποιότητας του προϊόντος, πρέπει να πραγματοποιήσουμε την προσομοίωση για μη σταθερή θερμοκρασία στον αντιδρώντα όγκο.

Οι κύριες εφαρμογές μιας τέτοιας προσομοίωσης στη βιομηχανία είναι η ποιότητα και η ασφάλεια των προϊόντων.

Στη βιομηχανία πολυμερών ή κεραμικών, οι περιοχές με υψηλότερη θερμοκρασία έχουν υψηλότερο ρυθμό αντίδρασης, γεγονός που οδηγεί σε διαφορετικές φυσικές ιδιότητες του υλικού σε διαφορετικά σημεία συντεταγμένων. Αυτό εμφανίζεται ως συρρίκνωση κατά τη διάρκεια της πυροσυσσωμάτωσης ή της σκλήρυνσης, η οποία παράγει μηχανικές τάσεις και επηρεάζει την ποιότητα του προϊόντος.

Στις προβλέψεις σχετικά με την αποθήκευση ή τη μεταφορά υλικών υψηλής ενέργειας στη χημική βιομηχανία, οι κλίσεις θερμοκρασίας στα αντιδρώντα μέσα είναι επίσης σημαντικές και πρέπει να λαμβάνονται υπόψη. Για αντιδράσεις υψηλής εξώθερμης, οι περιοχές με υψηλότερη θερμοκρασία και ταχύτερες αντιδράσεις έχουν πιο έντονη παραγωγή θερμότητας και αυτοθέρμανση. Τότε τέτοιες τοπικές περιοχές γίνονται το hotspots για την έναρξη της ανεξέλεγκτης λειτουργίας ή της θερμικής έκρηξης. Για αντιδράσεις με μικρότερη θερμική επίδραση, οι περιοχές με υψηλότερη θερμοκρασία έχουν υψηλότερο ρυθμό αντίδρασης και βαθμό μετατροπής. Αυτός είναι ο λόγος για τις διαφορετικές φυσικές και χημικές ιδιότητες των υλικών σε διαφορετικά σημεία συντεταγμένων, οι οποίες εμφανίζονται ως θερμοχωρητικότητα, θερμική αγωγιμότητα ή συγκεντρώσεις αντιδρώντων.

Προσομοίωση πολύπλοκων χημικών διεργασιών με το Termica Neo

Πολλές υπάρχουσες λύσεις λογισμικού FEM(Μέθοδος πεπερασμένων στοιχείων ) μπορούν να υπολογίσουν τη μεταφορά θερμότητας, αλλά είναι περιορισμένες όσον αφορά σύνθετες χημικές αντιδράσεις πολλαπλών βημάτων με παρουσία θερμικών επιδράσεων. Συνήθως τα συστήματα αυτά λειτουργούν για κινητική χωρίς μοντέλο με μία μόνο κινητική εξίσωση ή για μοντέλα με 1-2 βήματα στα οποία όλες οι κινητικές παράμετροι είναι γνωστές.

Το νέο λογισμικό Termica Neo για θερμική προσομοίωση αποτελείται από δεδομένα εισόδου με τη μορφή χημικών παραμέτρων και εξισώσεων απευθείας από το πρόγραμμα Kinetics Neo. Είναι πλήρως συμβατό με το λογισμικόNETZSCH Kinetics Neo και μπορεί να χρησιμοποιήσει τόσο προσεγγίσεις χωρίς μοντέλα όσο και προσεγγίσεις που βασίζονται σε μοντέλα. Για την προσέγγιση με βάση το μοντέλο, δεν υπάρχουν περιορισμοί στον αριθμό των μεμονωμένων βημάτων αντίδρασης ή στις συνδέσεις μεταξύ τους, συμπεριλαμβανομένων των ανεξάρτητων, ανταγωνιστικών ή διαδοχικών.

Το λογισμικό προσομοίωσης Termica Neo δέχεται όλες τις κινητικές παραμέτρους από το Kinetics Neo. Επιπλέον, χρησιμοποιεί φυσικές παραμέτρους που εξαρτώνται από τη θερμοκρασία, όπως η πυκνότητα, η θερμική αγωγιμότητα και η θερμοχωρητικότητα των αντιδρώντων υλικών και προϊόντων από το materials library. Οι πρόσθετες παράμετροι εισόδου περιλαμβάνουν δοχεία για τα οποία το πάχος και το υλικό μπορεί να διαφέρουν για κάθε επιφάνεια της γεωμετρίας του αντιδραστήρα και περιλαμβάνουν επίσης διαφορετικά περιβάλλοντα μέσα, για παράδειγμα, αέρα στην κορυφή, νερό στο πλάι και έδαφος στον πυθμένα. Τα προφίλ της περιβάλλουσας θερμοκρασίας μπορεί επίσης να είναι διαφορετικά για διαφορετικές επιφάνειες γεωμετρίας.

Τι μπορείτε να κάνετε με το Termica Neo

• Προσομοιώστε τη συμπεριφορά των υλικών σας σε κάθε σημείο μέσα στο δοχείο
• Βρείτε πού και πότε είναι η μέγιστη θερμοκρασία ή ο μέγιστος ρυθμός μετατροπής του αντιδρώντος στο εσωτερικό του δοχείου
• Προσδιορίστε τη θερμοκρασία, τη μετατροπή και τις συγκεντρώσεις για δεδομένο χρόνο και θέση του αντιδρώντος μέσα στο δοχείο
• Να προβλέψετε το βαθμό σκλήρυνσης, αποσύνθεσης και κρυστάλλωσης
• Καθορίστε τις συνθήκες θερμικής ασφάλειας για την παραγωγή και την αποθήκευση

Χαρακτηριστικά με μια ματιά:

• Γρήγορη και εύχρηστη: Kinetics Neo: διεπαφή χρήστη παρόμοια με το λογισμικό Kinetics Neo
• Τα κινητικά μοντέλα λαμβάνονται απευθείας από το πρόγραμμα Kinetics Neo (αποτελέσματα για οποιαδήποτε μέθοδο, συμπεριλαμβανομένων τόσο των βασισμένων σε μοντέλα όσο και των χωρίς μοντέλα).
• Υπολογισμός των ακόλουθων ιδιοτήτων σε κάθε σημείο του όγκου ως συνάρτηση του χρόνου:
  • θερμοκρασία,
  • μετατροπή,
  • ρυθμός μετατροπής,
  • συγκεντρώσεις,
  • θερμοκρασία υαλώδους μετάβασης για αντιδράσεις σκλήρυνσης ή διασύνδεσης
• Υπολογισμός της θερμοκρασίας αυτοεπιταχυνόμενης αποσύνθεσης (SADT) σε διάφορα υλικά, δοχεία και περιβάλλοντα.
• Προσομοίωση αντιδράσεων για αντιδραστήρα με δοχείο, συμπεριλαμβανομένων αδιαβατικών συνθηκών

Μοιραστείτε αυτό το άρθρο: