Cum să simulați și să optimizați procesele de debitare

În metalurgia arderii ceramicii și a sinterizării, calitatea produsului depinde de profilul temperaturii, în special de viteza de încălzire. În etapa inițială a procesului de încălzire, liantul polimeric este îndepărtat cu grijă prin Reacția de descompunereO reacție de descompunere este o reacție indusă termic a unui compus chimic care formează produse solide și/sau gazoase. descompunere termică. Dar evoluția gazului nu trebuie să fie prea intensă pentru a preveni formarea de microfisuri și pentru a se asigura că structura materialului original nu este distrusă. Prin urmare, pentru a obține cea mai bună calitate a produsului, această etapă de încălzire pentru a obține descompunerea polimerului nu trebuie să fie efectuată prea rapid. Pe de altă parte, încălzirea excesiv de lentă mărește durata procesului, care ar putea fi excesiv de costisitoare și neprietenoasă din punct de vedere ecologic, precum și costurile de producție. Obiectivul principal este de a crea un profil de temperatură optim, cu încălzire echilibrată, pentru a asigura materialul de cea mai bună calitate în cel mai scurt timp. Pentru a realiza acest lucru, este necesar să se știe ce se întâmplă cu materialul în cuptor în timpul arderii. Se recomandă utilizarea metodei de simulare a ratei de DebitareDebavurarea este una dintre principalele etape de producție în industria ceramică și în industria pulberilor metalurgice. Se referă la îndepărtarea termică sau catalitică a aditivilor utilizați în etapele anterioare producției, cum ar fi turnarea.dezlegare pentru profilul de temperatură dat al cuptorului. Date pentru analiză Lianții polimerici pierd masă în timpul descompunerii termice, ceea ce poate fi ușor măsurat prin termogravimetrie. Cu toate acestea, reacțiile chimice sunt procese cinetice care depind nu numai de temperatură, ci și de timp. Astfel, la o temperatură constantă, reacția se va desfășura și masa se va modifica, însă aceeași masă poate apărea la temperaturi diferite. Singurele elemente independente de profilul temperaturii sunt proprietățile chimice ale unei reacții, cum ar fi coeficienții stoechiometrici, ordinele de reacție și energiile de activare. În cazul unui liant, componentele amestecului de polimeri se descompun adesea independent unele de altele. În acest caz, compozițiile inițiale și finale ale materialului sunt de obicei independente și de profilul de temperatură. Pentru a găsi acei parametri ai reacțiilor chimice care sunt independenți de profilul de temperatură, este necesar să se efectueze mai multe măsurători termogravimetrice de laborator în condiții de temperatură diferite, și anume, la viteze de încălzire diferite. Forma tipică a curbelor termogravimetrice pentru Reacția de descompunereO reacție de descompunere este o reacție indusă termic a unui compus chimic care formează produse solide și/sau gazoase. descompunere arată dependența de temperatură a masei măsurate pentru diferite viteze de încălzire. Măsurătorile prezentate aici au fost efectuate pe un instrument NETZSCH TG 209 F1 . Analiza cinetică Într-un liant polimeric, polimerii se descompun de obicei independent unul de celălalt, iar pierderea de masă măsurată prezintă descompunerea amestecului. Fiecare componentă a amestecului se poate descompune în mai multe etape individuale de Reacția de descompunereO reacție de descompunere este o reacție indusă termic a unui compus chimic care formează produse solide și/sau gazoase. descompunere, astfel încât etapele individuale ale acestui proces pot aparține polimerilor diferiți sau aceluiași polimer. Analiza cinetică permite găsirea parametrilor cinetici ai procesului observat, care sunt independenți de profilul de temperatură. Acești parametri sunt energia de activare și ordinea de reacție pentru fiecare etapă vizibilă de Reacția de descompunereO reacție de descompunere este o reacție indusă termic a unui compus chimic care formează produse solide și/sau gazoase. descompunere, precum și contribuția fiecărei etape de reacție la procesul total de Reacția de descompunereO reacție de descompunere este o reacție indusă termic a unui compus chimic care formează produse solide și/sau gazoase. descompunere. Există două abordări diferite pentru analiza cinetică a datelor măsurate - prima se bazează pe un model conform chimiei reale a procesului și consideră procesul total ca fiind suma proceselor independente de Reacția de descompunereO reacție de descompunere este o reacție indusă termic a unui compus chimic care formează produse solide și/sau gazoase. descompunere a diferiților polimeri. Descompunerea fiecărui polimer este considerată ca o serie de etape de reacție individuale consecutive. În acest caz, fiecare etapă de reacție are propria stoichiometrie și energie de activare, ambele menținând valori constante de la începutul până la sfârșitul etapei de reacție. Această abordare descrie procesul de DebitareDebavurarea este una dintre principalele etape de producție în industria ceramică și în industria pulberilor metalurgice. Se referă la îndepărtarea termică sau catalitică a aditivilor utilizați în etapele anterioare producției, cum ar fi turnarea.dezlegare în mod explicit și într-o manieră foarte apropiată de realitate, dar necesită timp pentru analiza și construirea modelului cinetic din etape de reacție paralele și consecutive. A doua abordare, mai aproximativă, se numește fără model, în care întregul proces este considerat o reacție într-o singură etapă în care energia de activare și factorii preexponențiali se modifică odată cu progresul reacției. Acest tip este foarte rapid pentru un proces cu etape consecutive, dar are și unele restricții, de exemplu, nu poate descrie descompunerea unui amestec cu reacții paralele sau cu reacții care au suprapuneri semnificative. NETZSCH Software-ul Kinetics Neo servește ambele metode de analiză, ceea ce reprezintă un avantaj față de software-urile cu o singură metodă. NETZSCH Kinetics Neo a fost utilizat pentru analiza prezentată aici a datelor termogravimetrice prin metoda bazată pe model, rezultatul prezentând un model cinetic care descrie trei etape de reacție consecutive cu parametrii lor cinetici. Acest model este independent de programul de temperatură și poate fi utilizat pentru simularea proceselor de Reacția de descompunereO reacție de descompunere este o reacție indusă termic a unui compus chimic care formează produse solide și/sau gazoase. descompunere pentru alte programe de temperatură definite de utilizator. Dacă simularea este efectuată exact pentru aceleași temperaturi utilizate în timpul experimentului, atunci curbele simulate trebuie să se potrivească experimentului dacă modelul este corect. Această potrivire este observată în imagine, unde datele experimentale pentru diferite viteze de încălzire sunt marcate cu simboluri, iar toate datele simulate pe baza aceluiași model cinetic cu același set de parametri cinetici - dar pentru viteze de încălzire diferite - sunt afișate sub formă de curbe solide. Aceasta înseamnă că modelul cinetic a fost construit corect și că parametrii cinetici s-au dovedit a fi corecți, astfel încât acest model poate fi utilizat pentru modelarea viitoare a descompunerii liantului în interiorul cuptorului, unde nu este posibilă măsurarea pierderii de masă. Predicție și optimizare Modelul cinetic obținut, alcătuit din trei etape de reacție consecutive individuale, permite predicția pierderii de masă pentru programul de temperatură dat de utilizator. Prin urmare, cunoașterea temperaturii din interiorul cuptorului permite simularea progresului de DebitareDebavurarea este una dintre principalele etape de producție în industria ceramică și în industria pulberilor metalurgice. Se referă la îndepărtarea termică sau catalitică a aditivilor utilizați în etapele anterioare producției, cum ar fi turnarea.debitare. De exemplu, acest model permite simularea pierderii de masă a materialului în cuptorul tunel. În cazul unei modificări a căldurii, programul calculează o nouă curbă de pierdere în masă pentru noul program de temperatură în fiecare zonă. Rata de Reacția de descompunereO reacție de descompunere este o reacție indusă termic a unui compus chimic care formează produse solide și/sau gazoase. descompunere depinde nu numai de temperatură, ci și de valoarea curentă a conversiei. La o rată de încălzire constantă, există intervale în curba de pierdere în masă în care acest proces este rapid și intervale în care procesul este lent. Parametrii cu o rată de reacție ridicată sunt zonele de risc în care structura materialului poate fi deteriorată. Domeniile cu o rată de reacție scăzută duc la pierderi de timp și de energie nerezonabile și, prin urmare, la costuri prea ridicate ale produsului final. Pentru procesul de optimizare, este necesar să se găsească acele profiluri de temperatură în care rata pierderii de masă va fi constantă, pentru a găsi calitatea optimă a produsului în cel mai scurt timp. Fără posibilitatea simulării, astfel de profiluri de temperatură ar trebui create de inginerul chimist prin metoda de încercare și eroare, ceea ce ar necesita mult timp și ar genera costuri substanțiale. Cu ajutorul software-ului Kinetics Neo, noul profil de temperatură a fost calculat pentru o rată de pierdere în masă dată de 0,05%/min. În procesele industriale caracterizate prin anumite restricții în ceea ce privește ratele de încălzire, acest software poate ajuta la găsirea profilului optim de temperatură pentru a obține o rată simulată a pierderii de masă care este foarte aproape de valoarea constantă. De exemplu, compania germană Haldenwanger a avut nevoie de acest software pentru a optimiza profilul de temperatură pentru arderea ceramicii în ceea ce privește noua sa ceramică spumoasă, a cărei calitate este foarte sensibilă la rata de DebitareDebavurarea este una dintre principalele etape de producție în industria ceramică și în industria pulberilor metalurgice. Se referă la îndepărtarea termică sau catalitică a aditivilor utilizați în etapele anterioare producției, cum ar fi turnarea.debitare. Acest proces conține două părți, dezlipirea și apoi sinterizarea. Optimizarea profilului de temperatură a fost efectuată pentru ambele părți, iar timpul de producție a fost redus cu mai mult de 50%. Aplicații software de analiză cinetică Într-un liant polimeric, polimerii se descompun de obicei independent unul de celălalt, iar pierderea de masă măsurată prezintă descompunerea amestecului. Fiecare componentă a amestecului se poate descompune în mai multe etape individuale de Reacția de descompunereO reacție de descompunere este o reacție indusă termic a unui compus chimic care formează produse solide și/sau gazoase. descompunere, astfel încât etapele individuale din acest proces pot aparține polimerilor diferiți sau aceluiași polimer. Analiza cinetică permite găsirea parametrilor cinetici ai procesului observat, care sunt independenți de profilul de temperatură. Acești parametri sunt energia de activare și ordinea de reacție pentru fiecare etapă vizibilă de Reacția de descompunereO reacție de descompunere este o reacție indusă termic a unui compus chimic care formează produse solide și/sau gazoase. descompunere, precum și contribuția fiecărei etape de reacție la procesul total de descompunere. Există două abordări diferite pentru analiza cinetică a datelor măsurate - prima se bazează pe un model conform chimiei reale a procesului și consideră procesul total ca fiind suma proceselor independente de descompunere a diferiților polimeri. Descompunerea fiecărui polimer este considerată ca o serie de etape de reacție individuale consecutive. În acest caz, fiecare etapă de reacție are propria stoichiometrie și energie de activare, ambele menținând valori constante de la începutul până la sfârșitul etapei de reacție. Această abordare descrie procesul de DebitareDebavurarea este una dintre principalele etape de producție în industria ceramică și în industria pulberilor metalurgice. Se referă la îndepărtarea termică sau catalitică a aditivilor utilizați în etapele anterioare producției, cum ar fi turnarea.dezlegare în mod explicit și într-o manieră foarte apropiată de realitate, dar necesită timp pentru analiza și construirea modelului cinetic din etape de reacție paralele și consecutive. A doua abordare, mai aproximativă, se numește fără model, în care întregul proces este considerat o reacție într-o singură etapă în care energia de activare și factorii preexponențiali se modifică odată cu progresul reacției. Acest tip este foarte rapid pentru un proces cu etape consecutive, dar are și unele restricții, de exemplu, nu poate descrie descompunerea unui amestec cu reacții paralele sau cu reacții care au suprapuneri semnificative. NETZSCH Software-ul Kinetics Neo servește ambele metode de analiză, ceea ce reprezintă un avantaj față de software-urile cu o singură metodă. NETZSCH Kinetics Neo a fost utilizat pentru analiza prezentată aici a datelor termogravimetrice prin metoda bazată pe model, rezultatul prezentând un model cinetic care descrie trei etape de reacție consecutive cu parametrii lor cinetici. Acest model este independent de programul de temperatură și poate fi utilizat pentru simularea proceselor de descompunere pentru alte programe de temperatură definite de utilizator. Dacă simularea este efectuată exact pentru aceleași temperaturi utilizate în timpul experimentului, atunci curbele simulate trebuie să se potrivească experimentului dacă modelul este corect. Această potrivire este observată în imagine, unde datele experimentale pentru diferite viteze de încălzire sunt marcate cu simboluri, iar toate datele simulate pe baza aceluiași model cinetic cu același set de parametri cinetici - dar pentru viteze de încălzire diferite - sunt afișate sub formă de curbe solide. Aceasta înseamnă că modelul cinetic a fost construit corect și că parametrii cinetici s-au dovedit a fi corecți, astfel încât acest model poate fi utilizat pentru modelarea viitoare a descompunerii liantului în interiorul cuptorului, unde nu este posibilă măsurarea pierderii de masă.

Predicție și optimizare Modelul cinetic obținut, alcătuit din trei etape de reacție consecutive individuale, permite predicția pierderii de masă pentru programul de temperatură dat de utilizator. Prin urmare, cunoașterea temperaturii din interiorul cuptorului permite simularea progresului de DebitareDebavurarea este una dintre principalele etape de producție în industria ceramică și în industria pulberilor metalurgice. Se referă la îndepărtarea termică sau catalitică a aditivilor utilizați în etapele anterioare producției, cum ar fi turnarea.debitare. De exemplu, acest model permite simularea pierderii de masă a materialului în cuptorul tunel. În cazul unei schimbări de căldură, programul calculează o nouă curbă de pierdere de masă pentru noul program de temperatură în fiecare zonă.

Viteza de descompunere depinde nu numai de temperatură, ci și de valoarea curentă a conversiei. La o rată de încălzire constantă, există intervale în curba pierderii de masă în care acest proces este rapid și intervale în care procesul este lent. Parametrii cu o rată de reacție ridicată sunt zonele de risc în care structura materialului poate fi deteriorată. Domeniile cu o rată de reacție scăzută duc la pierderi de timp și de energie nerezonabile și, prin urmare, la costuri prea ridicate ale produsului final. Pentru procesul de optimizare, este necesar să se găsească acele profiluri de temperatură în care rata pierderii de masă va fi constantă, pentru a găsi calitatea optimă a produsului în cel mai scurt timp. Fără posibilitatea simulării, astfel de profiluri de temperatură ar trebui create de inginerul chimist prin metoda de încercare și eroare, ceea ce ar necesita mult timp și ar genera costuri substanțiale. Folosind software-ul Kinetics Neo, noul profil de temperatură a fost calculat pentru o rată de pierdere în masă dată de 0,05%/min.

În procesele industriale caracterizate prin anumite restricții în ceea ce privește ratele de încălzire, acest software poate ajuta la găsirea profilului optim de temperatură pentru a obține o rată simulată a pierderii de masă care este foarte aproape de valoarea constantă. De exemplu, compania germană Haldenwanger a avut nevoie de acest software pentru a optimiza profilul de temperatură pentru arderea ceramicii în ceea ce privește noua sa ceramică spumoasă, a cărei calitate este foarte sensibilă la rata de DebitareDebavurarea este una dintre principalele etape de producție în industria ceramică și în industria pulberilor metalurgice. Se referă la îndepărtarea termică sau catalitică a aditivilor utilizați în etapele anterioare producției, cum ar fi turnarea.debitare. Acest proces conține două părți, dezlipirea și apoi sinterizarea. Optimizarea profilului de temperatură a fost efectuată pentru ambele părți, iar timpul de producție a fost redus cu mai mult de 50%. Aplicații ale software-ului de analiză cinetică Domeniul de aplicare al analizei și simulării cinetice nu se limitează la procesul de DebitareDebavurarea este una dintre principalele etape de producție în industria ceramică și în industria pulberilor metalurgice. Se referă la îndepărtarea termică sau catalitică a aditivilor utilizați în etapele anterioare producției, cum ar fi turnarea.debitare în timpul producției de ceramică sau în metalurgia de SinterizareSinterizarea este un proces de producție pentru formarea unui corp rezistent din punct de vedere mecanic dintr-o pulbere ceramică sau metalică. sinterizare. O astfel de simulare este necesară, de exemplu, pentru determinarea duratei de viață a materialelor de ambalare sau pentru operațiunile în curs de prelucrare la temperaturi ridicate.