Esittelyssä Termica Neo: Uusi NETZSCH -ohjelmisto lämpösimulointiin teollisuusympäristöissä

Kemianteollisuuden lämpötilariippuvaisten prosessien simuloinnissa reagoivien väliaineiden lämpötilagradientit voivat olla merkittäviä, ja ne on otettava huomioon. Kovettumisen tai kiteytymisen kaltaisissa prosesseissa lämpötilagradientti vaikuttaa tuotteen laatuun, ja erittäin eksotermisten materiaalien osalta se vaikuttaa karkaamisreaktioiden turvallisuusolosuhteisiin.

Esittelemme ylpeänä uuden NETZSCH Termica Neo -ohjelmistomme, joka käyttää kaikkia ICTAC:n*[1] suosittelemia kineettisiä menetelmiä, on täysin yhteensopiva NETZSCH-ohjelmiston Kinetics Neo kanssa ja toimii sekä mallittomissa että mallipohjaisissa lähestymistavoissa sekä monimutkaisissa reaktioissa, joissa on toisistaan riippumattomia, keskenään kilpailevia tai peräkkäisiä vaiheita.

^{*ICTAC: International Confederation of National or Regional Thermal Analyysi- ja CiCTAC:n tavoitteena on edistää kansainvälistä yhteisymmärrystä ja yhteistyötä lämpöanalyysin ja kalorimetrian alalla järjestämällä kansainvälisiä kongresseja ja toimimalla tieteellisten komiteoidensa kanssa. (Katso myös ictac.org)}

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

Suuren mittakaavan teollisuusprosessien simulointi karkaamisen ja räjähdyksen välttämiseksi

Small näytteillä, joiden paino on vain muutamia milligrammoja mitattuna differentiaalipyyhkäisykalorimetrialla (DSC ) tai muilla lämpöanalyysimenetelmillä, kuten termogravimetrinen analyysi (TGA) tai kiihtyvällä nopeudella tapahtuva kalorimetria (ARC^® ), ei ole merkittävää lämpötilagradienttia, joten ne soveltuvat kineettiseen analyysiin. Kineettinen ohjelmisto voi simuloida kemiallisten reaktioiden nopeutta kahdessa rajatapauksessa, joissa näytteillä ei ole lämpötilagradienttia. Ensimmäisessä tapauksessa näytemateriaalilla on sekä ääretön LämmönjohtavuusLämmönjohtavuus (λ, yksikkö W/(m-K)) kuvaa lämmön muodossa olevan energian kulkeutumista massakappaleen läpi lämpötilagradientin vaikutuksesta (ks. kuva 1). Termodynamiikan toisen lain mukaan lämpö virtaa aina alemman lämpötilan suuntaan.lämmönjohtavuus että ääretön lämmönsiirto ympäristöönsä valvotussa ympäristössä. Toinen rajatapaus on puhdas AdiabaattinenAdiabaattinen kuvaa järjestelmää tai mittaustilaa, jossa ei tapahdu lämmönvaihtoa ympäristön kanssa. Tämä tila voidaan toteuttaa käyttämällä kalorimetrilaitetta kiihdytyskalorimetriamenetelmän (ARC) mukaisesti. Tällaisen laitteen päätarkoitus on tutkia skenaarioita ja termisiä karkaamisreaktioita. Lyhyt kuvaus adiabaattisesta tilasta on "ei lämpöä sisään - ei lämpöä ulos".adiabaattinen lämmitys ilman lämpöhäviöitä.

Kemianteollisuudessa sekä erittäin energeettisten materiaalien varastoinnissa ja kuljetuksessa lämmönsiirto ja lämpöhäviö ovat kuitenkin näiden kahden rajatapauksen välissä, ja turvallisten olosuhteiden tai halutun tuotteen laadun saavuttamiseksi meidän on suoritettava simulointi ei-vakioitu lämpötila reagoivassa tilavuudessa.

Tällaisen simuloinnin tärkeimmät sovellukset teollisuudessa ovat tuotteiden laatu ja turvallisuus.

Polymeeri- tai keramiikkateollisuudessa korkeamman lämpötilan alueilla on suurempi reaktionopeus, mikä johtaa materiaalin erilaisiin fysikaalisiin ominaisuuksiin eri koordinaattipisteissä. Tämä näkyy kutistumisena sintrauksen tai kovettumisen aikana, mikä aiheuttaa mekaanista rasitusta ja vaikuttaa tuotteen laatuun.

Kemianteollisuudessa käytettävien erittäin energisten materiaalien varastointia tai kuljetusta koskevissa ennusteissa reagoivien väliaineiden lämpötilagradientit ovat myös merkittäviä, ja ne on otettava huomioon. Erittäin eksotermisissä reaktioissa alueilla, joilla lämpötila on korkeampi ja reaktiot nopeampia, on voimakkaampi lämmöntuotanto ja itselämmitys. Tällöin tällaisista paikallisista alueista tulee kuumia pisteitä, joissa alkaa karkaaminen tai lämpöräjähdys. Reaktioissa, joissa lämpövaikutus on vähäisempi, korkeamman lämpötilan alueilla on suurempi reaktionopeus ja konversioaste. Tämä on syynä materiaalien erilaisiin fysikaalisiin ja kemiallisiin ominaisuuksiin eri koordinaattipisteissä, jotka näkyvät lämpökapasiteettina, lämmönjohtavuutena tai reagoivien aineiden pitoisuuksina.

Monimutkaisten kemiallisten prosessien simulointi Termica Neo -ohjelmalla

Monilla nykyisillä FEM-ohjelmistoratkaisuilla(Finite Element Method ) voidaan laskea lämmönsiirto, mutta ne ovat rajallisia monimutkaisten monivaiheisten kemiallisten reaktioiden osalta, joissa on lämpövaikutuksia. Yleensä tällaiset järjestelmät toimivat mallittomalle kinetiikalle, jossa on yksi kineettinen yhtälö, tai 1-2-vaiheisille malleille, joissa kaikki kineettiset parametrit tunnetaan.

Uusi Termica Neo -ohjelmisto lämpösimulointia varten koostuu syöttötiedoista kemiallisten parametrien ja yhtälöiden muodossa suoraan Kinetics Neo -projektista. Se on täysin yhteensopiva NETZSCH Kinetics Neo -ohjelmiston kanssa, ja siinä voidaan käyttää sekä mallittomia että mallipohjaisia lähestymistapoja. Mallipohjaisessa lähestymistavassa ei ole rajoituksia yksittäisten reaktiovaiheiden lukumäärälle tai niiden välisille yhteyksille, mukaan lukien itsenäiset, kilpailevat tai peräkkäiset reaktiovaiheet.

Termica Neo -simulointiohjelmisto hyväksyy kaikki kineettiset parametrit osoitteesta Kinetics Neo. Se käyttää lisäksi lämpötilasta riippuvia fysikaalisia parametreja, kuten tiheyttä, lämmönjohtavuutta ja reagoivien materiaalien ja tuotteiden lämpökapasiteettia materiaalikirjastosta. Lisäsyöttöparametreihin kuuluvat säiliöt, joiden paksuus ja materiaali voivat vaihdella reaktorigeometrian kullakin pinnalla, sekä erilaiset ympäröivät väliaineet, esimerkiksi ilma ylhäällä, vesi sivulla ja maa alhaalla. Myös ympäröivät lämpötilaprofiilit voivat olla erilaisia eri geometriapinnoilla.

.

Mitä voit tehdä Termica Neolla

• Simuloi materiaalien käyttäytymistä jokaisessa pisteessä säiliön sisällä
• Selvitä, missä ja milloin säiliön sisällä olevan reagoivan aineen maksimilämpötila tai suurin muuntumisnopeus ovat
• Määritä lämpötila, konversio ja konsentraatiot tietyllä hetkellä ja reagoivan aineen sijainnilla säiliön sisällä
• Ennusta kovettumis-, hajoamis- ja kiteytymisasteesi
• Määritä tuotannon ja varastoinnin termiset turvallisuusolosuhteet

Ominaisuudet yhdellä silmäyksellä:

• Nopea ja helppokäyttöinen: Kinetics Neo -ohjelmiston kaltainen käyttöliittymä
• Kineettiset mallit otetaan suoraan Kinetics Neoprojektista (tulokset mille tahansa menetelmälle, mukaan lukien sekä mallipohjaiset että mallittomat).
• Seuraavien ominaisuuksien laskeminen kussakin tilavuuspisteessä ajan funktiona:
  • lämpötila,
  • muuntaminen,
  • muuntumisnopeus,
  • pitoisuudet,
  • lasittumislämpötila kovettumis- tai ristisilloittumisreaktioiden osalta
• Itsekiihtyvän hajoamislämpötilan (SADT) laskeminen eri materiaaleissa, säiliöissä ja ympäristöissä.
• Reaktioiden simulointi reaktorille ja säiliölle, mukaan lukien adiabaattiset olosuhteet

Jaa tämä artikkeli: