Presentazione di Termica Neo: il nuovo software NETZSCH per la simulazione termica in ambito industriale

Per la simulazione di processi dipendenti dalla temperatura nell'industria chimica, i gradienti di temperatura nei mezzi di reazione possono essere significativi e devono essere presi in considerazione. Per processi come laPolimerizzazione (reazioni di reticolazione)Tradotto letteralmente, il termine "crosslinking" significa "reticolo incrociato". Nel contesto chimico, viene utilizzato per le reazioni in cui le molecole vengono collegate tra loro introducendo legami covalenti e formando reti tridimensionali. polimerizzazione o la CristallizzazioneLa cristallizzazione è il processo fisico di indurimento durante la formazione e la crescita dei cristalli. Durante questo processo viene rilasciato il calore di cristallizzazione.cristallizzazione, il gradiente di temperatura influisce sulla qualità del prodotto, mentre per i materiali altamente esotermici influisce sulle condizioni di sicurezza delle reazioni di fuga.

Siamo orgogliosi di presentare il nostro nuovo softwareNETZSCH Termica Neo, che utilizza tutti i metodi cinetici raccomandati da ICTAC*[1], è completamente compatibile con il software NETZSCH Kinetics Neo e funziona sia per approcci model-free che model-based, nonché per reazioni complesse con fasi indipendenti, concorrenti o consecutive.

^{*ICTAC: Internazionale Confederazione Nazionale o Regionale di Ttermale Analisi e Cl'obiettivo dell'ICTAC è quello di promuovere la comprensione e la cooperazione internazionale nel campo dell'analisi termica e della calorimetria attraverso l'organizzazione di congressi internazionali e il lavoro dei suoi comitati scientifici. (Vedi anche ictac.org)}

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

Simulazione di processi industriali ad alta scala per evitare azioni di fuga ed esplosioni

Small i campioni con un peso di pochi milligrammi, misurati con la calorimetria differenziale a scansione (DSC) o con altri metodi analitici termici come l'analisi termogravimetrica (TGA) o la calorimetria a velocità accelerata (ARC^® ), non presentano un gradiente di temperatura significativo e sono quindi adatti all'analisi cinetica. Il software cinetico può simulare la velocità delle reazioni chimiche per due casi limite in cui i campioni non hanno gradiente di temperatura. Nel primo caso, il materiale del campione ha una conducibilità termica infinita e un trasferimento di calore infinito verso l'ambiente circostante, all'interno di un ambiente controllato. Il secondo caso limite è il puro riscaldamento AdiabaticoL'adiabatico descrive un sistema o una modalità di misurazione senza alcuno scambio di calore con l'ambiente circostante. Questa modalità può essere realizzata utilizzando un dispositivo calorimetrico secondo il metodo della calorimetria a velocità accelerata (ARC). Lo scopo principale di tale dispositivo è quello di studiare scenari e reazioni di fuga termica. Una breve descrizione della modalità adiabatica è "nessun calore in entrata - nessun calore in uscita".adiabatico senza alcuna perdita di calore.

Tuttavia, nell'industria chimica, così come nello stoccaggio e nel trasporto di materiali altamente energetici, il trasporto e la perdita di calore si collocano tra questi due casi limite; per garantire condizioni di sicurezza o per ottenere la qualità desiderata del prodotto, è necessario effettuare una simulazione a temperatura non costante nel volume di reazione.

Le principali applicazioni di tale simulazione nell'industria sono la qualità e la sicurezza del prodotto.

Nell'industria dei polimeri o della ceramica, le aree a temperatura più elevata hanno un tasso di reazione più alto, che porta a proprietà fisiche diverse del materiale in diversi punti di coordinate. Questo si manifesta come ritiro durante la SinterizzazioneLa sinterizzazione è un processo di produzione per la formazione di un corpo meccanicamente resistente a partire da una polvere ceramica o metallica. sinterizzazione o laPolimerizzazione (reazioni di reticolazione)Tradotto letteralmente, il termine "crosslinking" significa "reticolo incrociato". Nel contesto chimico, viene utilizzato per le reazioni in cui le molecole vengono collegate tra loro introducendo legami covalenti e formando reti tridimensionali. polimerizzazione, che produce Lo stressLa sollecitazione è definita come un livello di forza applicato su un campione con una sezione trasversale ben definita. (Sollecitazione = forza/area). I campioni con sezione trasversale circolare o rettangolare possono essere compressi o allungati. I materiali elastici come la gomma possono essere allungati fino a 5-10 volte la loro lunghezza originale.stress meccanico e influisce sulla qualità del prodotto.

Nelle previsioni relative allo stoccaggio o al trasporto di materiali altamente energetici nell'industria chimica, anche i gradienti di temperatura nei mezzi di reazione sono significativi e devono essere presi in considerazione. Per le reazioni altamente esotermiche, le aree con temperature più elevate e reazioni più rapide hanno una produzione di calore più intensa e un autoriscaldamento. Queste aree locali diventano quindi l'hotspots per l'inizio del runaway o dell'esplosione termica. Per le reazioni con un effetto termico inferiore, le aree a temperatura più elevata hanno una velocità di reazione e un grado di conversione maggiori. Questo è il motivo delle diverse proprietà fisiche e chimiche dei materiali in diversi punti di coordinate, che si manifestano come capacità termica, Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica o concentrazioni di reagenti.

Simulazione di processi chimici complessi con Termica Neo

Molte soluzioni software FEM(Finite Element Method) esistenti sono in grado di calcolare il trasferimento di calore, ma sono limitate in termini di reazioni chimiche complesse a più fasi con effetti termici presenti. Di solito questi sistemi funzionano per cinetiche prive di modello con una singola equazione cinetica, o per modelli con 1-2 fasi in cui tutti i parametri cinetici sono noti.

Il nuovo software Termica Neo per la simulazione termica consiste in dati di input sotto forma di parametri chimici ed equazioni direttamente dal progetto Kinetics Neo. È completamente compatibile con il softwareNETZSCH Kinetics Neo ed è in grado di utilizzare sia approcci senza modello che approcci basati su modello. Per l'approccio basato su modelli, non ci sono limitazioni sul numero di singole fasi di reazione o sulle connessioni tra di esse, comprese quelle indipendenti, concorrenti o consecutive.

Il software di simulazione Termica Neo accetta tutti i parametri cinetici di Kinetics Neo. Utilizza inoltre parametri fisici dipendenti dalla temperatura, come la densità, la conducibilità termica e la capacità termica dei materiali e dei prodotti in reazione, ricavati dal sito library. I parametri di input aggiuntivi includono contenitori per i quali lo spessore e il materiale possono essere diversi per ogni superficie della geometria del reattore e includono anche diversi mezzi circostanti, ad esempio aria sulla parte superiore, acqua sul lato e terra sul fondo. Anche i profili di temperatura circostanti possono essere diversi per le diverse superfici della geometria.

Cosa si può fare con Termica Neo

• Simulare il comportamento dei materiali in ogni punto all'interno del contenitore
• Scoprire dove e quando si trova la temperatura massima o il tasso di conversione massimo del reagente all'interno del contenitore
• Determinare la temperatura, la conversione e le concentrazioni per un dato tempo e una data posizione del reagente all'interno del contenitore
• Prevedere il grado diPolimerizzazione (reazioni di reticolazione)Tradotto letteralmente, il termine "crosslinking" significa "reticolo incrociato". Nel contesto chimico, viene utilizzato per le reazioni in cui le molecole vengono collegate tra loro introducendo legami covalenti e formando reti tridimensionali. polimerizzazione, Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione e CristallizzazioneLa cristallizzazione è il processo fisico di indurimento durante la formazione e la crescita dei cristalli. Durante questo processo viene rilasciato il calore di cristallizzazione.cristallizzazione
• Determinare le condizioni di sicurezza termica per la produzione e lo stoccaggio

Caratteristiche in sintesi:

• Veloce e facile da gestire: Interfaccia utente simile a quella del software Kinetics Neo
• I modelli cinetici sono presi direttamente dal progetto Kinetics Neo (risultati per qualsiasi metodo, compresi quelli basati su modelli e quelli senza modelli).
• Calcolo delle seguenti proprietà in ogni punto del volume in funzione del tempo:
  • temperatura,
  • conversione,
  • tasso di conversione,
  • concentrazioni,
  • temperatura di transizione vetrosa per reazioni diPolimerizzazione (reazioni di reticolazione)Tradotto letteralmente, il termine "crosslinking" significa "reticolo incrociato". Nel contesto chimico, viene utilizzato per le reazioni in cui le molecole vengono collegate tra loro introducendo legami covalenti e formando reti tridimensionali. polimerizzazione o reticolazione
• Calcolo della temperatura di Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione auto-accelerata (SADT) in presenza di diversi materiali, contenitori e ambienti.
• Simulazione di reazioni per un reattore con contenitore, incluse le condizioni adiabatiche

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