Termica Neo のご紹介: 産業環境における熱シミュレーションのための新しいソフトウェアNETZSCH

化学工業における温度依存性プロセスのシミュレーションでは、反応媒体の温度勾配は重要であり、考慮する必要があります。硬化や晶析のようなプロセスでは、温度勾配は製品の品質に影響を及ぼし、発熱性の高い材料では暴走反応の安全条件に影響を及ぼします。

NETZSCH このソフトウェアは、ICTAC*[1]が推奨するすべての反応速度論的手法を使用し、NETZSCH-ソフトウェアKinetics Neoと完全に互換性があり、モデルフリーおよびモデルベースアプローチの両方、また独立、競合、連続ステップのある複雑な反応に対応します。

^{*ICTAC I国際 C国または地域の T熱 A分析 CICTACの目的は、国際会議の開催と科学委員会の活動を通じて、熱分析と熱量測定における国際的な理解と協力を促進することである。(ictac.orgも参照。）}

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

暴走と爆発を回避するための大規模工業プロセスのシミュレーション

Small示差走査熱量測定(DSC) や熱重量分析(TGA)、加速熱量測定( )ARC^®などの熱分析手法で測定した重量がわずか数ミ リグラムのサンプルは、大きな温度勾配がないため、速度論的 分析に適しています。速度論的ソフトウェアは、試料に温度勾配がない2つの限界的なケースについて化学反応速度をシミュレートすることができます。最初のケースは、制御された周囲環境で、試料が無限大の熱伝導率と周囲への無限大の熱伝達の両方を持つ場合である。第二の限界ケースは、熱損失のない純粋な断熱加熱です。

しかし、化学工業や高エネルギー物質の貯蔵・輸送では、熱輸送と熱損失がこの2つの限界ケースの間にあり、安全な条件や所望の製品品質を達成するためには、反応体積内の温度が一定でない場合のシミュレーションを実施する必要があります。

産業界におけるこのようなシミュレーションの主な用途は、製品の品質と安全性です。

ポリマーやセラミック産業では、温度が高い領域ほど反応速度が速くなり、異なる座標点で材料の物性が異なることになります。これは焼結や硬化の際の収縮として現れ、機械的応力を発生させ、製品の品質に影響を与えます。

化学工業における高エネルギー物質の貯蔵や輸送に関する予測では、反応媒体の温度勾配も重要であり、考慮しなければならない。高発熱反応の場合、温度が高く反応が速い領域は、より集中的な熱生成と自己発熱を起こす。そしてそのような局所領域は、暴走や熱爆発が始まるホットスポットになる。熱効果の低い反応では、温度の高い領域ほど反応速度と転化度が高くなる。これが、異なる座標点における物質の物理的・化学的特性が異なる理由であり、熱容量、熱伝導率、反応物の濃度として現れる。

テルミカ・ネオによる複雑な化学プロセスのシミュレーション

既存の多くの FEM(Finite Element Method) ソフトウェアは熱伝導を計算することができますが、熱の影響を伴う複雑な多段階化学反応には限界があります。通常このようなシステムは、単一の速度論方程式を持つモデルフリーの速度論や、すべての速度論パラメータが既知である1-2ステップのモデルに対して機能します。

熱シミュレーションのための新しい Termica Neo ソフトウェアは、Kinetics Neo プロジェクトから直接、化学パラメータと方程式の形で入力データを構成します。NETZSCH Kinetics Neo ソフトウェアと完全に互換性があり、モデルフリーとモデルベースの両方のアプローチを使用することができます。モデルベースアプローチでは、独立、競合、連続など、個々の反応ステップの数や反応ステップ間の接続に制限はありません。

Termica Neo シミュレーションソフトウェアは、Kinetics Neo のすべての反応パラメーターを使用できます。さらに、材料ライブラリから密度、熱伝導率、反応材料と生成物の熱容量のような温度に依存する物理パラメータを使用します。追加入力パラメータには、反応器形状の表面ごとに厚さや材質が異なる容器や、上面は空気、側面は水、下面は地面といった異なる周囲媒体が含まれます。周囲の温度プロファイルも、異なる形状表面に対して異なることがある。

テルミカ・ネオでできること

• 容器内の各ポイントにおける材料の挙動をシミュレートする。
• 容器内の反応物の最高温度または最高転化率がいつどこにあるかを調べる。
• 容器内の反応物の所定の時間と位置における温度、転化率、濃度を決定する。
• 硬化、分解、結晶化の程度を予測する。
• 製造と貯蔵のための熱的安全条件を決定する

特徴一覧：

• 高速で扱いやすい：Kinetics Neoソフトウェアに類似したユーザーインターフェース
• 動力学モデルはKinetics Neoプロジェクトから直接取得（モデルベースとモデルフリーの両方を含むあらゆるメソッドの結果）。
• 体積の各点における以下の特性を時間の関数として計算：
  • 温度、
  • 変換、
  • 変換率、
  • 濃度、
  • 硬化または架橋反応のガラス転移温度
• 様々な材料、容器、環境下での自己促進分解温度(SADT)の計算。
• 断熱条件を含む容器付き反応器の反応シミュレーション

この記事をシェアする