Introductie van Termica Neo: De nieuwe NETZSCH software voor thermische simulatie in industriële omgevingen

Voor de simulatie van temperatuurafhankelijke processen in de chemische industrie kunnen de temperatuurgradiënten in de reagerende media significant zijn en moeten deze in rekening worden gebracht. Voor processen zoals uitharding of KristallisatieKristallisatie is het fysieke proces van verharding tijdens de vorming en groei van kristallen. Tijdens dit proces komt kristallisatiewarmte vrij.kristallisatie heeft de temperatuurgradiënt een invloed op de productkwaliteit en voor zeer exotherme materialen heeft het een invloed op de veiligheidsvoorwaarden van wegloopreacties.

Met trots presenteren we onze nieuwe NETZSCH Termica Neo software, die alle kinetische methoden gebruikt die worden aanbevolen door ICTAC*[1], volledig compatibel is met de NETZSCH-software Kinetics Neo, en werkt voor zowel modelvrije als modelgebaseerde benaderingen en voor complexe reacties met onafhankelijke, concurrerende of opeenvolgende stappen.

^{*ICTAC: Internationale Confederatie van nationale of regionale Tthermisch Analyse en Chet doel van ICTAC is het bevorderen van internationaal begrip en samenwerking op het gebied van thermische analyse en calorimetrie door het organiseren van internationale congressen en het werk van de wetenschappelijke comités. (Zie ook ictac.org)}

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

Simulatie van industriële processen op grote schaal om kettingreacties en explosies te voorkomen

Small monsters met een gewicht van slechts enkele milligrammen, gemeten met Differential Scanning Calorimetry (DSC) of met andere thermische analysemethoden zoals Thermogravimetric Analysis (TGA) of Accelerating Rate Calorimetry (ARC^® ) hebben geen significante temperatuurgradiënt en zijn daarom geschikt voor kinetische analyse. De kinetische software kan de snelheid van chemische reacties simuleren voor twee beperkende gevallen waarin monsters geen temperatuurgradiënt hebben. In het eerste geval heeft het monstermateriaal zowel een oneindige Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid als een oneindige warmteoverdracht naar de omgeving, binnen een gecontroleerde omgeving. Het tweede beperkende geval is pure adiabatische verwarming zonder enig warmteverlies.

In de chemische industrie en bij de opslag en het transport van zeer energetische materialen liggen warmtetransport en warmteverlies echter tussen deze twee beperkende gevallen in; en voor veilige omstandigheden of om de gewenste productkwaliteit te bereiken, moeten we de simulatie uitvoeren voor niet-constante temperatuur in het reagerende volume.

De belangrijkste toepassingen van een dergelijke simulatie in de industrie zijn productkwaliteit en veiligheid.

In de polymeer- of keramische industrie hebben de gebieden met een hogere temperatuur een hogere reactiesnelheid, wat leidt tot verschillende fysische eigenschappen van het materiaal op verschillende coördinaatpunten. Dit verschijnt als krimp tijdens het SinterenSinteren is een productieproces voor het vormen van een mechanisch sterk lichaam uit keramisch of metaalpoeder. sinteren of uitharden, wat mechanische spanning veroorzaakt en invloed heeft op de productkwaliteit.

Bij voorspellingen over de opslag of het transport van hoog-energetisch materiaal in de chemische industrie, zijn de temperatuurgradiënten in de reagerende media ook belangrijk en moet er rekening mee worden gehouden. Voor zeer exotherme reacties hebben de gebieden met een hogere temperatuur en snellere reacties een intensievere warmteproductie en ZelfverhittingEen speciaal soort calorimeter wordt gebruikt om de zelfverhitting van een stof te detecteren. De verwante methode heet versnellende snelheidscalorimetrie (ARC^®). zelfverhitting. Zulke lokale gebieden worden dan de hotspots voor het begin van een runaway of thermische explosie. Voor reacties met een lager thermisch effect hebben de gebieden met een hogere temperatuur een hogere reactiesnelheid en omzettingsgraad. Dit is de reden voor de verschillende fysische en chemische eigenschappen van materialen op verschillende coördinaatpunten, die verschijnen als warmtecapaciteit, warmtegeleiding of concentraties van reactanten.

Simulatie van complexe chemische processen met Termica Neo

Veel bestaande FEM(Finite Element Method)-softwareoplossingen kunnen de warmteoverdracht berekenen, maar ze zijn beperkt als het gaat om complexe chemische reacties met meerdere stappen en thermische effecten. Meestal werken dergelijke systemen voor modelvrije kinetiek met een enkele kinetische vergelijking, of voor modellen met 1-2 stappen waarin alle kinetische parameters bekend zijn.

De nieuwe Termica Neo software voor thermische simulatie bestaat uit invoergegevens in de vorm van chemische parameters en vergelijkingen rechtstreeks van Kinetics Neo project. Het is volledig compatibel met NETZSCH Kinetics Neo Software en is in staat om zowel modelvrije als modelgebaseerde benaderingen te gebruiken. Voor de modelgebaseerde aanpak zijn er geen beperkingen op het aantal individuele reactiestappen of op de verbindingen daartussen, inclusief onafhankelijke, concurrerende of opeenvolgende.

De Termica Neo simulatiesoftware accepteert alle kinetische parameters van Kinetics Neo. Daarnaast gebruikt het temperatuurafhankelijke fysische parameters zoals DichtheidDe massadichtheid wordt gedefinieerd als de verhouding tussen massa en volume. dichtheid, Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid en de warmtecapaciteit van reagerende materialen en producten uit de materialenbibliotheek. De extra invoerparameters omvatten containers waarvan de dikte en het materiaal kan verschillen voor elk oppervlak van de reactorgeometrie en ook verschillende omringende media, bijvoorbeeld lucht aan de bovenkant, water aan de zijkant en grond aan de onderkant. De omringende temperatuurprofielen kunnen ook verschillend zijn voor verschillende geometrieoppervlakken.

Wat u kunt doen met Termica Neo

• Simuleer het gedrag van je materialen op elk punt in de container
• Zoek uit waar en wanneer de maximale temperatuur of maximale omzettingssnelheid van de reactant in de container is
• Bepaal de temperatuur, omzetting en concentraties voor een bepaalde tijd en positie van de reactant in de container
• De mate van uitharding, ontleding en KristallisatieKristallisatie is het fysieke proces van verharding tijdens de vorming en groei van kristallen. Tijdens dit proces komt kristallisatiewarmte vrij.kristallisatie voorspellen
• Thermische veiligheidsomstandigheden voor productie en opslag bepalen

Kenmerken in een oogopslag:

• Snel en eenvoudig te bedienen: Gebruikersinterface vergelijkbaar met Kinetics Neo software
• De kinetische modellen worden rechtstreeks uit het Kinetics Neoproject (resultaten voor elke methode, zowel modelgebaseerd als modelvrij).
• Berekening van de volgende eigenschappen op elk punt in het volume als functie van de tijd:
  • temperatuur,
  • omzetting,
  • omzettingssnelheid,
  • concentraties,
  • glasovergangstemperatuur voor reacties van uitharding of vernetting
• Berekening van de zelfversnellende decompositietemperatuur (SADT) onder verschillende materialen, containers en omgevingen.
• Simulatie van reacties voor een reactor met container inclusief adiabatische omstandigheden

Deel dit artikel: