Представляем Termica Neo: новое программное обеспечение NETZSCH для теплового моделирования в промышленных условиях

При моделировании температурно-зависимых процессов в химической промышленности температурные градиенты в реагирующих средах могут быть значительными и должны учитываться. Для таких процессов, как отверждение или кристаллизация, температурный градиент влияет на качество продукта, а для сильно экзотермических материалов - на условия безопасности при протекании реакций.

Мы с гордостью представляем наше новое программное обеспечениеNETZSCH Termica Neo, которое использует все кинетические методы, рекомендованные ICTAC*[1], полностью совместимо с NETZSCH- программным обеспечениемKinetics Neo, и работает как для безмодельных, так и для модельных подходов, а также для сложных реакций с независимыми, конкурирующими или последовательными стадиями.

^{*ICTAC: Iмеждународная Cонфедерация национальных или региональных Tтепловых Aанализ и Cцель ICTAC - способствовать международному взаимопониманию и сотрудничеству в области термического анализа и калориметрии путем организации международных конгрессов и работы научных комитетов. (См. также ictac.org)}

^{[1] Вязовкин С и др, Рекомендации комитета ICTAC по кинетике для анализа многоступенчатой кинетики, Thermochimica Acta, V.689, 2020, 178597}

Моделирование высокомасштабных промышленных процессов для предотвращения аварийных ситуаций и взрывов

Small образцы массой всего несколько миллиграммов, измеренные с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) или других термоаналитических методов, таких как термогравиметрический анализ (ТГА) или ускорительная калориметрия (ARC^® ), не имеют значительного градиента температуры и поэтому подходят для кинетического анализа. Кинетическое программное обеспечение может моделировать скорость химических реакций для двух предельных случаев, когда образцы не имеют градиента температуры. В первом случае материал образца обладает бесконечной теплопроводностью и бесконечной теплопередачей в окружающее пространство в пределах контролируемого окружения. Второй предельный случай - это чисто адиабатический нагрев без каких-либо потерь тепла.

Однако в химической промышленности, а также при хранении и транспортировке высокоэнергетических материалов теплоперенос и теплопотери находятся между этими двумя предельными случаями, и для обеспечения безопасных условий или достижения желаемого качества продукта необходимо проводить моделирование для непостоянной температуры в реагирующем объеме.

Основными областями применения такого моделирования в промышленности являются качество и безопасность продукции.

В полимерной или керамической промышленности области с более высокой температурой имеют более высокую скорость реакции, что приводит к различию физических свойств материала в разных координатных точках. Это проявляется в виде усадки во время спекания или полимеризации, которая создает механические напряжения и влияет на качество продукции.

При прогнозировании хранения или транспортировки высокоэнергетических материалов в химической промышленности температурные градиенты в реагирующих средах также имеют большое значение и должны быть приняты во внимание. Для сильно экзотермических реакций области с более высокой температурой и быстрыми реакциями имеют более интенсивное выделение тепла и саморазогрев. Тогда такие локальные области становятся hotspots для начала выбега или теплового взрыва. Для реакций с меньшим тепловым эффектом области с более высокой температурой имеют более высокую скорость реакции и степень превращения. Это является причиной различия физико-химических свойств материалов в разных координатных точках, которые проявляются как теплоемкость, теплопроводность или концентрация реактантов.

Моделирование сложных химических процессов с помощью Termica Neo

Многие существующие программные решения FEM(Finite Element Method) могут рассчитывать теплопередачу, но они ограничены с точки зрения сложных многоступенчатых химических реакций с присутствием тепловых эффектов. Обычно такие системы работают для кинетики без модели с одним кинетическим уравнением или для моделей с 1-2 шагами, в которых все кинетические параметры известны.

Новое программное обеспечение Termica Neo для теплового моделирования состоит из входных данных в виде химических параметров и уравнений непосредственно из проекта Kinetics Neo. Оно полностью совместимо с NETZSCH Kinetics Neo Software и может использовать как безмодельный, так и модельно-ориентированный подходы. При использовании модельного подхода не существует ограничений на количество отдельных стадий реакции или связей между ними, включая независимые, конкурирующие или последовательные.

Программа моделирования Termica Neo принимает все кинетические параметры из Kinetics Neo. Дополнительно используются зависящие от температуры физические параметры, такие как плотность, теплопроводность, теплоемкость реагирующих материалов и продуктов из материала library. Дополнительные входные параметры включают контейнеры, толщина и материал которых могут быть разными для каждой поверхности геометрии реактора, а также различные окружающие среды, например, воздух сверху, вода сбоку и грунт снизу. Окружающие температурные профили также могут быть разными для разных геометрических поверхностей.

Что вы можете сделать с помощью Termica Neo

• Моделируйте поведение ваших материалов в каждой точке контейнера
• Выясните, где и когда находится максимальная температура или максимальная скорость превращения реактива внутри контейнера
• Определите температуру, конверсию и концентрацию для данного времени и положения реактива внутри контейнера
• Прогнозирование степени затвердевания, разложения и кристаллизации
• Определить условия термической безопасности для производства и хранения

Характеристики с первого взгляда:

• Быстрый и простой в обращении: Пользовательский интерфейс аналогичен программному обеспечению Kinetics Neo
• Кинетические модели взяты непосредственно из проекта Kinetics Neo (результаты для любого метода, включая как основанные на модели, так и не основанные на модели).
• Расчет следующих свойств в каждой точке объема как функции времени:
  • температура,
  • конверсия,
  • скорость превращения,
  • концентрации,
  • температура стеклования для реакций отверждения или сшивания
• Расчет температуры самоускоряющегося разложения (SADT) для различных материалов, контейнеров и окружающей среды.
• Моделирование реакций для реактора с контейнером, включая адиабатические условия

Поделитесь этой статьей: