Przedstawiamy Termica Neo: Nowe oprogramowanie NETZSCH do symulacji termicznej w warunkach przemysłowych

W przypadku symulacji procesów zależnych od temperatury w przemyśle chemicznym gradienty temperatury w reagujących mediach mogą być znaczące i muszą być brane pod uwagę. W przypadku procesów takich jakUtwardzanie (reakcje sieciowania)W dosłownym tłumaczeniu termin "sieciowanie" oznacza "tworzenie sieci". W kontekście chemicznym stosuje się go do reakcji, w których cząsteczki są łączone ze sobą poprzez wprowadzenie wiązań kowalencyjnych i tworzenie trójwymiarowych sieci. utwardzanie lub KrystalizacjaKrystalizacja to fizyczny proces twardnienia podczas tworzenia i wzrostu kryształów. Podczas tego procesu uwalniane jest ciepło krystalizacji.krystalizacja, gradient temperatury ma wpływ na jakość produktu, a w przypadku materiałów silnie egzotermicznych ma wpływ na warunki bezpieczeństwa reakcji niekontrolowanych.

Z dumą prezentujemy nasze nowe oprogramowanieNETZSCH Termica Neo, które wykorzystuje wszystkie metody kinetyczne zalecane przez ICTAC*[1], jest całkowicie kompatybilne z oprogramowaniem NETZSCH Kinetics Neo i działa zarówno w podejściach bezmodelowych, jak i opartych na modelach, a także w złożonych reakcjach z niezależnymi, konkurującymi lub następującymi po sobie etapami.

^{*ICTAC: International Cnternational C onfederation of National or Regional Ttermicznych Analiza i Ccelem ICTAC jest promowanie międzynarodowego zrozumienia i współpracy w zakresie analizy termicznej i kalorymetrii poprzez organizację międzynarodowych kongresów i pracę komitetów naukowych. (Zobacz także ictac.org)}

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

Symulacja procesów przemysłowych na dużą skalę w celu uniknięcia niekontrolowanych działań i eksplozji

Small próbki o masie zaledwie kilku miligramów mierzone za pomocą różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC) lub innych termicznych metod analitycznych, takich jak analiza termograwimetryczna (TGA) lub kalorymetria przyspieszająca (ARC^® ), nie mają znaczącego gradientu temperatury i dlatego nadają się do analizy kinetycznej. Oprogramowanie kinetyczne może symulować szybkość reakcji chemicznych dla dwóch ograniczających przypadków, w których próbki nie mają gradientu temperatury. W pierwszym przypadku materiał próbki ma zarówno nieskończoną przewodność cieplną, jak i nieskończony transfer ciepła do otoczenia, w kontrolowanym otoczeniu. Drugim ograniczającym przypadkiem jest czyste ogrzewanie adiabatyczne bez żadnych strat ciepła.

Jednak w przemyśle chemicznym, a także w przechowywaniu i transporcie materiałów wysokoenergetycznych, transport ciepła i straty ciepła znajdują się pomiędzy tymi dwoma przypadkami granicznymi; i aby zapewnić bezpieczne warunki lub osiągnąć pożądaną jakość produktu, musimy przeprowadzić symulację dla niestałej temperatury w reagującej objętości.

Głównymi zastosowaniami takiej symulacji w przemyśle są jakość i bezpieczeństwo produktu.

W przemyśle polimerowym lub ceramicznym obszary o wyższej temperaturze mają wyższą szybkość reakcji, co prowadzi do różnych właściwości fizycznych materiału w różnych punktach współrzędnych. Objawia się to skurczem podczas spiekania lub utwardzania, co powoduje naprężenia mechaniczne i ma wpływ na jakość produktu.

W prognozach dotyczących przechowywania lub transportu wysokoenergetycznych materiałów w przemyśle chemicznym, gradienty temperatury w reagujących mediach są również istotne i muszą być brane pod uwagę. W przypadku reakcji wysoce egzotermicznych, obszary o wyższej temperaturze i szybszych reakcjach charakteryzują się bardziej intensywną produkcją ciepła i samonagrzewaniem. Wówczas takie lokalne obszary stają się hotspots początkiem niekontrolowanej lub termicznej eksplozji. W przypadku reakcji o niższym efekcie termicznym, obszary o wyższej temperaturze mają wyższą szybkość reakcji i stopień konwersji. Jest to przyczyną różnych właściwości fizycznych i chemicznych materiałów w różnych punktach współrzędnych, które pojawiają się jako pojemność cieplna, Przewodność cieplnaPrzewodność cieplna (λ z jednostką W/(m-K)) opisuje transport energii - w postaci ciepła - przez ciało o masie w wyniku gradientu temperatury (patrz rys. 1). Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, ciepło zawsze przepływa w kierunku niższej temperatury.przewodność cieplna lub stężenia reagentów.

Symulacja złożonych procesów chemicznych za pomocą Termica Neo

Wiele istniejących rozwiązań oprogramowania FEM(metoda elementów skończonych) może obliczać transfer ciepła, ale są one ograniczone pod względem złożonych wieloetapowych reakcji chemicznych z obecnymi efektami termicznymi. Zwykle takie systemy działają dla kinetyki bez modelu z pojedynczym równaniem kinetycznym lub dla modeli z 1-2 etapami, w których wszystkie parametry kinetyczne są znane.

Nowe oprogramowanie Termica Neo do symulacji termicznych składa się z danych wejściowych w postaci parametrów chemicznych i równań bezpośrednio z projektu Kinetics Neo. Jest ono w pełni kompatybilne z oprogramowaniem NETZSCH Kin etics Neo i może wykorzystywać zarówno podejście bezmodelowe, jak i oparte na modelach. W przypadku podejścia opartego na modelu nie ma ograniczeń co do liczby poszczególnych etapów reakcji lub połączeń między nimi, w tym niezależnych, konkurujących lub następujących po sobie.

Oprogramowanie symulacyjne Termica Neo akceptuje wszystkie parametry kinetyczne z Kinetics Neo. Dodatkowo wykorzystuje parametry fizyczne zależne od temperatury, takie jak gęstość, Przewodność cieplnaPrzewodność cieplna (λ z jednostką W/(m-K)) opisuje transport energii - w postaci ciepła - przez ciało o masie w wyniku gradientu temperatury (patrz rys. 1). Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, ciepło zawsze przepływa w kierunku niższej temperatury.przewodność cieplna i pojemność cieplna reagujących materiałów i produktów z materiałów library. Dodatkowe parametry wejściowe obejmują pojemniki, których grubość i materiał mogą się różnić dla każdej powierzchni geometrii reaktora, a także obejmują różne otaczające media, na przykład powietrze na górze, wodę z boku i ziemię na dole. Profile temperatury otoczenia mogą być również różne dla różnych powierzchni geometrii.

Co można zrobić z Termica Neo

• Symuluj zachowanie materiałów w każdym punkcie wewnątrz pojemnika
• Dowiedz się, gdzie i kiedy występuje maksymalna temperatura lub maksymalny współczynnik konwersji reagenta wewnątrz pojemnika
• Określenie temperatury, konwersji i stężenia dla danego czasu i położenia reagenta wewnątrz pojemnika
• Przewidywanie stopnia utwardzenia, rozkładu i krystalizacji
• Określenie warunków bezpieczeństwa termicznego dla produkcji i przechowywania

Funkcje w skrócie:

• Szybki i łatwy w obsłudze: Interfejs użytkownika podobny do oprogramowania Kinetics Neo
• Modele kinetyczne są pobierane bezpośrednio z projektu Kinetics Neo (wyniki dla dowolnej metody, w tym zarówno opartej na modelu, jak i bez modelu).
• Obliczanie następujących właściwości w każdym punkcie objętości w funkcji czasu:
  • temperatura,
  • konwersja,
  • współczynnik konwersji,
  • stężenia,
  • Temperatura zeszkleniaPrzejście szkliste jest jedną z najważniejszych właściwości materiałów amorficznych i półkrystalicznych, np. szkieł nieorganicznych, metali amorficznych, polimerów, farmaceutyków i składników żywności itp. i opisuje obszar temperatury, w którym właściwości mechaniczne materiałów zmieniają się z twardych i kruchych na bardziej miękkie, odkształcalne lub gumowate.temperatura zeszklenia dla reakcji utwardzania lub sieciowania
• Obliczanie temperatury samoprzyspieszającego rozkładu (SADT) dla różnych materiałów, pojemników i otoczenia.
• Symulacja reakcji dla reaktora z pojemnikiem z uwzględnieniem warunków adiabatycznych

Udostępnij ten artykuł: