Vi presenterar Termica Neo: Den nya NETZSCH programvaran för termisk simulering i industriella miljöer

Vid simulering av temperaturberoende processer inom den kemiska industrin kan temperaturgradienterna i de reagerande medierna vara betydande och måste beaktas. För processer som Härdning (tvärbindningsreaktioner)Termen "crosslinking" betyder bokstavligen översatt "tvärnätverk". I kemiska sammanhang används det för reaktioner där molekyler länkas samman genom att införa kovalenta bindningar och bilda tredimensionella nätverk.härdning eller KristalliseringKristallisation är den fysiska processen av härdning under bildandet och tillväxten av kristaller. Under denna process frigörs kristallisationsvärme.kristallisering påverkar temperaturgradienten produktkvaliteten, och för mycket exoterma material påverkar den säkerhetsförhållandena vid skenande reaktioner.

Vi är stolta över att kunna presentera vår nya programvaraNETZSCH Termica Neo, som använder alla kinetiska metoder som rekommenderas av ICTAC*[1], är helt kompatibel med NETZSCH-programvaran Kinetics Neo och fungerar för både modellfria och modellbaserade metoder samt för komplexa reaktioner med oberoende, konkurrerande eller på varandra följande steg.

^{*ICTAC: Internationell Confederation av nationella eller regionala Ttermiska Analys och CiCTAC:s syfte är att främja internationell förståelse och samarbete inom termisk analys och kalorimetri genom att anordna internationella kongresser och genom arbetet i dess vetenskapliga kommittéer. (Se även ictac.org)}

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

Simulering av storskaliga industriprocesser för att undvika skenande processer och explosioner

Small prover med en vikt på endast några milligram som mäts med differentialskanningskalorimetri (DSC) eller med andra termiska analysmetoder som termogravimetrisk analys (TGA ) eller accelerationskalorimetri (ARC^®) har ingen betydande temperaturgradient och är därför lämpliga för kinetisk analys. Den kinetiska programvaran kan simulera kemiska reaktioners hastighet för två gränsfall där proverna inte har någon temperaturgradient. I det första fallet har provmaterialet både oändlig Termisk konduktivitetVärmekonduktivitet (λ med enheten W/(m-K)) beskriver transporten av energi - i form av värme - genom en masskropp som ett resultat av en temperaturgradient (se fig. 1). Enligt termodynamikens andra huvudsats strömmar värme alltid i riktning mot den lägre temperaturen.värmeledningsförmåga och oändlig värmeöverföring till omgivningen, inom en kontrollerad omgivning. Det andra begränsande fallet är ren AdiabatiskAdiabatiskt beskriver ett system eller mätläge utan någon värmeväxling med omgivningen. Detta läge kan realiseras med hjälp av en kalorimeteranordning enligt metoden för accelererande hastighetskalorimetri (ARC^®). Huvudsyftet med en sådan anordning är att studera scenarier och termiska flyktreaktioner. En kort beskrivning av det adiabatiska läget är "ingen värme in - ingen värme ut".adiabatisk uppvärmning utan någon värmeförlust.

Inom den kemiska industrin, liksom vid lagring och transport av högenergiska material, ligger dock värmetransport och värmeförlust mellan dessa två gränsfall, och för säkra förhållanden eller för att uppnå önskad produktkvalitet måste vi utföra simuleringen för icke-konstant temperatur i den reagerande volymen.

De viktigaste tillämpningarna av en sådan simulering inom industrin är produktkvalitet och säkerhet.

Inom polymer- eller keramikindustrin har områden med högre temperatur en högre reaktionshastighet, vilket leder till att materialets fysiska egenskaper skiljer sig åt vid olika koordinatpunkter. Detta visar sig som krympning under SintringSintring är en tillverkningsprocess för att forma en mekaniskt stark kropp av ett keramiskt eller metalliskt pulver. sintring eller Härdning (tvärbindningsreaktioner)Termen "crosslinking" betyder bokstavligen översatt "tvärnätverk". I kemiska sammanhang används det för reaktioner där molekyler länkas samman genom att införa kovalenta bindningar och bilda tredimensionella nätverk.härdning, vilket ger upphov till mekanisk spänning och påverkar produktkvaliteten.

Vid förutsägelser om lagring eller transport av högenergetiskt material inom den kemiska industrin är temperaturgradienterna i reaktionsmedierna också betydande och måste beaktas. Vid mycket exoterma reaktioner har områden med högre temperatur och snabbare reaktioner en intensivare värmeproduktion och självuppvärmning. Sådana lokala områden blir då hotspots för början till skenande eller termisk explosion. För reaktioner med lägre termisk effekt har områden med högre temperatur en högre reaktionshastighet och omvandlingsgrad. Detta är orsaken till de olika fysikaliska och kemiska egenskaperna hos material vid olika koordinatpunkter, som visas som värmekapacitet, Termisk konduktivitetVärmekonduktivitet (λ med enheten W/(m-K)) beskriver transporten av energi - i form av värme - genom en masskropp som ett resultat av en temperaturgradient (se fig. 1). Enligt termodynamikens andra huvudsats strömmar värme alltid i riktning mot den lägre temperaturen.värmeledningsförmåga eller koncentrationer av reaktanter.

Simulering av komplexa kemiska processer med Termica Neo

Många befintliga programvarulösningar för FEM(Finite Element Method) kan beräkna värmeöverföringen, men de är begränsade när det gäller komplexa kemiska reaktioner i flera steg med termiska effekter. Vanligtvis fungerar sådana system för modellfri kinetik med en enda kinetisk ekvation, eller för modeller med 1-2 steg där alla kinetiska parametrar är kända.

Den nya Termica Neo-programvaran för termisk simulering består av indata i form av kemiska parametrar och ekvationer direkt från Kinetics Neo -projektet. Den är helt kompatibel med NETZSCH Kinetics Neo Software och kan använda både modellfria och modellbaserade metoder. För det modellbaserade tillvägagångssättet finns det inga begränsningar för antalet enskilda reaktionssteg eller för kopplingarna mellan dem, inklusive oberoende, konkurrerande eller på varandra följande.

Simuleringsprogrammet Termica Neo accepterar alla kinetiska parametrar från Kinetics Neo. Dessutom används temperaturberoende fysiska parametrar som TäthetMassdensiteten definieras som förhållandet mellan massa och volym. densitet, värmeledningsförmåga och värmekapacitet för reagerande material och produkter från materialbiblioteket. De ytterligare indataparametrarna omfattar behållare där tjockleken och materialet kan variera för varje yta i reaktorgeometrin och även omfatta olika omgivande medier, t.ex. luft på ovansidan, vatten på sidan och mark på undersidan. De omgivande temperaturprofilerna kan också vara olika för olika geometriytor.

Vad du kan göra med Termica Neo

• Simulera dina materials beteende vid varje punkt inuti behållaren
• Ta reda på var och när den maximala temperaturen eller den maximala omvandlingshastigheten för reaktanten i behållaren är
• Bestäm temperatur, omvandling och koncentrationer för en given tid och position för reaktanten i behållaren
• Förutse din grad av Härdning (tvärbindningsreaktioner)Termen "crosslinking" betyder bokstavligen översatt "tvärnätverk". I kemiska sammanhang används det för reaktioner där molekyler länkas samman genom att införa kovalenta bindningar och bilda tredimensionella nätverk.härdning, nedbrytning och KristalliseringKristallisation är den fysiska processen av härdning under bildandet och tillväxten av kristaller. Under denna process frigörs kristallisationsvärme.kristallisering
• Bestämma termiska säkerhetsförhållanden för produktion och lagring

Funktioner i en överblick:

• Snabb och lätthanterlig: Användargränssnittet liknar programvaran Kinetics Neo
• De kinetiska modellerna är hämtade direkt från Kinetics Neoprojektet (resultat för alla metoder inklusive både modellbaserade och modellfria).
• Beräkning av följande egenskaper vid varje punkt i volymen som en funktion av tiden:
  • temperatur,
  • omvandling,
  • omvandlingshastighet,
  • koncentrationer,
  • glasomvandlingstemperatur för härdnings- eller Härdning (tvärbindningsreaktioner)Termen "crosslinking" betyder bokstavligen översatt "tvärnätverk". I kemiska sammanhang används det för reaktioner där molekyler länkas samman genom att införa kovalenta bindningar och bilda tredimensionella nätverk.tvärbindningsreaktioner
• Beräkning av SADT (Self-Accelerating Decomposition Temperature) under olika material, behållare och omgivningar.
• Simulering av reaktioner för en reaktor med behållare inklusive adiabatiska förhållanden

Dela denna artikel: