在这里, 我们提出了一个协议, 以测量一个挤压催化剂的断裂模数和断裂的催化剂挤出物的碰撞表面或压缩在固定床上。
挤压催化剂的机械强度及其在固定床上的碰撞对表面或受压载荷的自然或强迫断裂是催化剂技术中的重要现象。以其弯曲强度或弯曲强度来测量催化剂的机械强度。该技术在应用于工业用典型尺寸的商用催化剂方面相对较新。在挤出物通过垂直管道中的环境空气后, 对表面碰撞后的催化剂破损进行测量。运用牛顿第二定律, 从理论上对冲击力进行量化。根据散装粉碎强度试验的标准程序, 对固定床内应力引起的催化剂破损进行了测量。这里的小说重点是测量挤出物的长度和直径比的减少作为应力的函数。
催化剂制造是支持石化行业和相关产业的骨干。商业催化剂, 参见 Le 页1, 典型地被挤出根据被保护的商业秘密的食谱或有专利的制造方法。典型的催化剂大小范围从1毫米到大约5毫米直径和在各种各样的形状象圆筒, trilobe 或 quadrulobe 一起也与他们的空心同行的各种各样。虽然挤出催化剂的直径和截面通常控制得很好, 但单个挤出物的长度有一个更高斯的分布, 而个体长度通常范围从大约等于一直径到几个直径。一个例外是有足够大直径的挤出催化剂, 允许它们在出口模面时被切割, 而且它们的长度分布更紧。石油化工行业典型的1毫米至3毫米直径挤出催化剂的长度分布通常是由自然破损或因其内在强度而造成的强迫破碎而获得的。
Le 页1, 伍德考克2, Bertolacini3, 吴4和 Li5显示典型的催化剂性能和复杂的强度测量。在文学和商业环境中, 典型的强度测量包括单一挤出物的平均粉碎强度和大块粉碎强度。两种强度特性都用于判断催化剂是否有足够的强度在过程中生存和使用。通常也增加磨损测试, 以判断催化剂的耐磨性在过程中。尽管在商业植物中存在着催化剂强度和使用的大型数据库, 但在公开文献中很少能获得这种信息。此外, 许多催化剂配方是临时性的, 并已建立了大量的试验和错误。对催化剂制造这方面的建模仍然是一个挑战, 至少可以说。
这里应用的是从一个三点弯曲试验中获得的欧拉-伯努利模量测量所得的催化剂的弯曲强度。Li6和凯西·斯道博7关于催化剂弯曲强度的评述但它们的工作是在相当大的直径挤出物上进行的, 没有直接应用于模型催化剂断裂。弯曲强度在文献中很少被测量和报告为典型的商业催化剂大小。此外, 在催化剂制造中, 弯曲强度往往不应用于指导。
在其制造过程中或在使用期间, 对催化剂的破损进行测量和建模是很困难的。通常, 催化剂挤出长直径比是建模的基础上的经验方法, 它与强度通过幂律, 然而, 这在许多情况下仍然有一个强大的特设组件。布里奇沃特8提供了对剪切造成的颗粒破损的全面概述, 但挤出物的长度与直径比在讨论的挤出物商业范围之外。离散元方法 (DEM) 和有限元法 (FEM) 现在也被用来研究颗粒的破损, 这些方法在一个基本水平上接近这个问题。此方法的详细信息, 请参阅 Heinrich9、Wassgren10、Potyondy11、Potapov12、卡森13和波斯语14 。本文所采用的方法和技术试图通过牛顿第二定律来帮助改进建模催化剂断裂, 以确定撞击力, 并以欧拉-伯努利模量表示的强度平衡。对于固定床的荷载应力破坏, 采用了负载力和床面弯曲强度的平衡, 从而可以预测床的纵横比作为荷载的函数。重要的是测量方法本身, 必须在良好的控制条件下应用, 这一方面是本文详细的全面。例如, 众所周知的是, 催化剂的强度受到了热处理的强烈影响, 并根据使用条件, 当催化剂可以提取水分。较高的热处理温度通常会增强催化剂的含量, 而高水分的回升通常会削弱其效果。因此, 重要的是, 强度是衡量在一个催化剂, 已经看到了适当的热处理和水分是控制在必要的地方, 以便使其代表使用的催化剂, 无论是在其制造或在使用过程中。在文献中发现的很少, 具体衡量和模型的长度到直径比的催化剂挤出物, 是典型的石化行业。最近, Beeckman15,16使用了催化剂的弯曲强度来预测由于碰撞而导致的自然断裂和催化剂的强迫断裂。这里给出了催化剂长宽比 (升/D) 的具体注意, 它定义为一个代表性样品中单个催化剂挤出物的长度与直径比值的算术平均值。本文所描述的实验方法比较简单, 可以从根本上研究和比较实验测量与理论处理。
催化剂的断裂模量是衡量其抗弯强度的一种方法。莱昂哈德·欧拉欧拉和丹尼尔伯努利开发了第一个理论上酣然的方法在断裂的弹性行为和力量在1750。图 1显示了弯曲测试和断裂力Fr的示意图。对于圆柱形挤出的具体情况, 可通过以下方法计算断裂模量:
(1)
其中, σ称为破裂模量, 并具有应力维数 (Pa)。D代表挤出的直径, 而w是两个支持点之间的距离。变量s为圆柱形因子, 等于 8/π。为全面解释在实验过程中的作用力和应力, 以及如何处理不同截面形状的参考, 给出了 Beeckman16。具体地说, σ是垂直于挤出横截面的断裂的拉伸应力, 位于两个支撑点中间的极光纤中。
对于挤出与曲面的冲突, Beeckman15显示了关于挤出纵横比的两个渐近线。在多次重复的影响下, 第一个称为Φ∞的渐近线被到达。这种渐近行为很容易理解, 因为在碰撞后断裂后, 较短的催化剂动量较小, 因此在撞击过程中的作用力较小。同时, 较短的催化剂也需要更多的力从扭矩的角度来打破, 因此, 在许多影响下, 催化剂有望达到渐近长宽比Φ∞ 。当丢弃的挤出物时间足够长时, 第二个称为Φα的渐近线在一次撞击后到达. 长挤出物有比例更高的动量和断裂在几个地方沿他们的长度的第一个冲击和纵横比后碰撞到达第二个渐近线指定的Φα. 两个渐近线都可以通过回归的碰撞数据来发现, 测量长宽比作为重复撞击次数的函数:
(2)
其中Φ0是初始长宽比, Φj 是j下降后的长宽比。参数Φ∞和Φα 都具有物理机械意义, 这与影响的严重性和催化剂的强度有关。撞击的严重性可以通过改变跌落高度来改变, 尽管对于大的跌落高度, 催化剂接近终点速度, 因此严重程度会降低。
颗粒长度和粒径是催化剂在生产和使用过程中的重要特性。催化剂颗粒的大小和形状也是决定其填料特性的因素, 影响催化剂床的压降。在早期, 这些属性通常是手工测量的, 这是一个非常繁琐的过程。现在, 这些性能可以很容易获得的第一次光学扫描一个大样本的催化剂挤出物。然后, 用成像软件确定单个粒子的大小。这样可以快速准确地分析大量的粒子, 请参见 Beeckman15。这些系统被调整, 以有效地识别和测量直径在0.8 到4.0 毫米范围内的粒子, 长度可以是几个直径长。此方法使用催化剂的 “自上而下” 视图, 从而产生 “光” 直径。对于某些形状, 在将光学直径与用卡尺手动确定的直径值进行比较时, 必须注意。
催化剂和催化剂载体的大块粉碎强度试验, ASTM D7084-0417在这里使用的是公认的标准测试方法。催化剂是加载在圆柱细胞和压力 (压力) 通常适用于 5-1, 000 帕范围内, 并允许平衡。在每个压力点之后, 催化剂被卸载。催化剂的细度从催化剂样品中筛选出来, 在催化剂样品的大部分花纹, 以获得具有代表性的样品以精确测量长宽比。虽然标准散装粉碎强度试验程序集中为衡量催化剂强度而创建的罚款量, 这篇手稿集中在削减的纵横比后, 破碎作为负载的功能, 也请参见 Beeckman18.
碰撞引起的冲击力断裂:
在实验室跌落试验中可以测量与表面碰撞时挤出长宽比的减小。在这个测试中, 挤出物是从一个降落伞, 下降和加速由于重力, 也经历了阻力与周围的空气。
上文概述的方法仅在文献中可用, 如 Beeckman15、16中所述。直到最近, 高度的沉闷做手工测量的卡尺为大量的挤出物可能是一个贡献的因素。暴露时间的环境空气, 因此湿度应尽量减少在测量期间和之间。如果需要, 可能需要使用 N2清除或在气缸中进行干空气清除来执行 drop 测试的协议。你也可以选择让催化剂平衡在周围空气中过夜之前, 采取任何测量, 以使水分回升较少的问题。这里使用的协议和方法有好处, 它迅速地产生长宽比为超过100-300 挤出物, 因此它采取多数可变性, 可以观察与小样品从争论。
由于形状识别软件可以错误地分配此类催化剂件的长度和直径, 因此从样品中去除长度与直径比小于统一的挤出物是很重要的。因此, 最小化和更好地消除这种短挤出物的数量也很重要。因此, 建议在测试开始时与具有足够大的纵横比的挤出物一起工作, 并限制测试的影响严重性。
对于未来的工作和从一个基本的角度来看, 这将是非常有趣的研究的碰撞, 单挤出物作为一个函数的长度, 作为一个函数的下降高度, 作为一个函数的冲击角和作为角动量的功能, 提 j只有几个变量破损时, 根据原始挤出的长度确定破裂面的位置是很有趣的。这种方法也可以适用于不挤压的材料, 而是通过挤压或球形颗粒获得的, 因此可能会应用于制药工业和食品工业。
固定床应力破坏
以上概述的方法迄今为止仅在文献中提供, 如 Beeckman18中所述。对于批量粉碎强度, 必须遵循 ASTM D7084-0417中概述的标准操作协议, 以重复性为理由。
暴露时间的环境空气, 因此湿度应尽量减少在测量期间和之间。如有必要, 该协议可能需要在手套箱中进行, 以适用于散装粉碎强度。
与碰撞情况一样, 这种方法也可以适用于不挤压的材料, 而是通过按颗粒状或通过滴水或造粒获得的球形颗粒获得的。
The authors have nothing to disclose.
作者承认迈克尔 Pluchinsky 的帮助与高速摄影工作
Modulus of rupture (MOR) | INSTRON | MODEL 5942 SINGLE COLUMN TABLE TOP | |
Modulus of rupture (MOR) | INSTRON | 10 NEWTON LOAD CELL | |
Modulus of rupture (MOR) | INSTRON | 50 NEWTON LOAD CELL | |
Modulus of rupture (MOR) | INSTRON | BLEUHILL 3 SOFTWARE | |
Filter | VWR | BUCHNER FILTER | |
Aspect ratio (avg L/D) | EPSON | PERFECTION V700 PHOTO INSTRUMENT | |
Software | CASCADE DATA SYSTEMS | ALIAS 3-4 SOFTWARE | |
Riffling | HUMBOLDT MFG. Co | SPINNING RIFFLER | |
Riffling | HUMBOLDT MFG. Co | RIFFLE -TYPE SAMPLE DIVIDER | |
Sieve screen | VWR | US MESH SIEVE SCREEN, # 16 |