Dal modello cinetico all'applicazione nel mondo reale: Come NETZSCH Termica Neo simula le reazioni termiche

Introduzione: Quando le curve diventano realtà

Ogni processo termico racconta una storia di energia, reattività o trasformazione. Finora questa storia è stata trasmessa attraverso curve monodimensionali: velocità di reazione rispetto al tempo, conversione rispetto alla temperatura. Ma cosa succederebbe se si potesse vedere come queste reazioni si svolgono all'interno del materiale in tre dimensioni?

Con NETZSCH Termica Neoquesta visione diventa realtà. Termica Neo colma il divario tra la cinetica sperimentale e le applicazioni reali, trasformando i dati misurati in campi termici dinamici che possono essere esplorati, analizzati e ottimizzati.

Termica Neo è un software progettato per la simulazione del comportamento termico e della sicurezza termica nelle reazioni chimiche e nella 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 di solidi e liquidi. Opera in volumi con dimensioni caratteristiche che vanno dal centimetro al metro. Le applicazioni principali di Termica Neo riguardano materiali caratterizzati da un elevato potenziale termico, in combinazione con reazioni quali Polimerizzazione (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, reticolazione, SinterizzazioneLa sinterizzazione è un processo di produzione per la formazione di un corpo meccanicamente resistente a partire da una polvere ceramica o metallica. sinterizzazione, 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 dei polimeri.

simulazione del campo di temperatura 3D con punti caldi colorati e zone di conversione che illustrano il comportamento termico dei materiali reattivi. — Figura: simulazione 3D dei campi di temperatura - sezione trasversale colorata che mostra i punti caldi locali e le zone di conversione.

Perché l'analisi 1D non è sufficiente

Nelle misurazioni DSC, DIL, ARC^® o TGA di classic, osserviamo le reazioni a una determinata temperatura. Vediamo una curva che nasconde le dimensioni del campione, la forma e la storia locale. Tuttavia, nelle applicazioni reali, la temperatura, la produzione di calore e i fronti di reazione non si comportano mai in modo uniforme:

I punti caldi si formano al centro, mentre la superficie si raffredda più rapidamente.
I tassi di reazione variano in base alla geometria, al trasferimento di calore e alle proprietà dei materiali.
Gli effetti di diffusione e di_Tg alterano la cinetica con il progredire della Polimerizzazione (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 della Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione.

Sono questi gli effetti che determinano la qualità, la sicurezza e le prestazioni del prodotto, ma finora erano invisibili. È qui che entra in gioco il software NETZSCH Termica Neo.

interfaccia di impostazione della geometria 3D per NETZSCH Termica Neo, che mostra forme personalizzabili e proprietà del contenitore per l'analisi termica. — Figura: Interfaccia di impostazione della geometria con forme selezionabili (piastra / cilindro / sfera / corpo rotante).

Presentazione di Termica Neo: il software di simulazione per l'analisi termica

Termica Neo estende la potenza dell'analisi termica dai dati alla simulazione. Importa direttamente i modelli cinetici dal software NETZSCH Kinetics Neo Software, siano essi model-free o model-based, single-step o multi-step, autocatalitici o controllati dalla diffusione.

Una volta caricati i dati cinetici, è possibile definire anche:

Proprietà del materiale (Capacità termica specifica (cp)La capacità termica è una grandezza fisica specifica del materiale, determinata dalla quantità di calore fornita al campione, divisa per l'aumento di temperatura risultante. La capacità termica specifica è correlata all'unità di massa del campione. capacità termica specifica, densità, 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)
Contenitore e ambiente (materiale, spessore, emissività, convezione)
Programmi di temperatura: isoterma, dinamica, isoterma a gradini, modulata o controllata dall'esterno.

Il risultato è un laboratorio virtuale in cui è possibile simulare comportamenti reattivi complessi in geometrie 2D o 3D come piastre, cilindri, sfere o corpi rotanti.

Dai dati ai campi dinamici

Una volta lanciato, Termica Neo calcola le distribuzioni di temperatura, conversione, tasso di conversione e concentrazione sull'intero volume del campione, non solo sul tempo.

Le viste interattive 2D e 3D consentono di ruotare, tagliare e ingrandire il processo. I punti caldi diventano visibili. I fronti di reazione si muovono sotto i vostri occhi. I risultati possono essere esportati come mappe di calore, rendering 3D o animazioni AVI per scopi di reporting e comunicazione.

immagini di simulazione termica 3D che mostrano i modelli di distribuzione della temperatura, evidenziando i punti caldi per l'analisi delle reazioni chimiche con NETZSCH Termica Neo. — Figura: Sequenza di mappe termiche di temperatura e conversione che mostrano la propagazione del fronte attraverso una piastra.

Impatto su R&S e industria

Con il software NETZSCH Termica Neo, la curva di misura diventa uno strumento di simulazione predittiva:

Prevedere l'omogeneità della reazione durante la Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione, l'indurimento o 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.
Anticipare i gradienti di temperatura che possono causare 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 o reazioni incomplete.
Ottimizzare i tempi di ciclo e i margini di sicurezza prima di condurre un singolo test su scala large.

Questo approccio è più rapido, più sicuro e molto più approfondito del tradizionale "trial and error"

Immaginate di poter convalidare il comportamento di Polimerizzazione (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, 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 Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione con la semplice pressione di un pulsante. Questo è ciò che offre il software NETZSCH Termica Neo.

Scaricate la nuova brochure per saperne di più:

Opuscolo Termica Neo

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 di Polimerizzazione (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

Informazioni su questa serie di blog

Questo articolo è il primo della nostra serie di blog in cinque parti: "La nuova dimensione dell'analisi termica con NETZSCH Termica Neo: software per la simulazione termica delle reazioni chimiche su scala industriale "

Nei prossimi post approfondiremo:

Scalabilità e sicurezza: Come Termica Neo aiuta Identify condizioni critiche come la 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), scenari adiabatici o limitazioni del fattore Φ.
Polimerizzazione, 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 termoplastica e SinterizzazioneLa sinterizzazione è un processo di produzione per la formazione di un corpo meccanicamente resistente a partire da una polvere ceramica o metallica. sinterizzazione ceramica: Esempi reali dall'industria dimostrano come la simulazione fornisca informazioni che non possono essere ottenute con le sole misurazioni.

Restate sintonizzati! Ogni articolo è a sé stante, ma insieme rivelano come Termica Neo trasformi l'analisi termica da raccolta di dati a vera intelligenza termica.

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