Predicting katalizör Extrudate kırılma rüptürü modülü üzerinde dayalı
Summary
Burada bir yüzeye karşı çarpışma veya sıkıştırma sabit bir yatakta rüptürü yükseltilmiş bir katalizör ve dedi katalizör extrudates kırılma in ölçmek için bir iletişim kuralı mevcut.
Abstract
Haddelenmiş katalizörler ve onların doğal ya da zorla kırılması ya da çarpışma bir yüzeye karşı veya sabit bir yatakta basınç Yükü mekanik gücünü katalizör teknolojisinde önemli olayları vardır. Katalizör mekanik gücünü burada onun bükme tarafından ölçülür gücü veya bükülme gücü. Tipik boyutları endüstrisinde kullanılan ticari katalizörler uygulama açısından nispeten yeni bir tekniktir. Katalizör kırılma çarpışma bir yüzeye karşı tarafından dikey boru ortam havası ile extrudates yıkılmasından sonra ölçülür. Darbe kuvveti miktarının teorik olarak Newton’ın ikinci hukuk uygulayarak yapılır. Katalizör kırılması nedeniyle ölçümü stres sabit bir yatakta toplu ezmek güç testini standart yordamı izleyerek yapılır. Roman burada stres bir fonksiyonu olarak extrudates çap oranı uzunluğu azalma ölçme üzerinde odaklanmıştır.
Introduction
Katalizör üretim Petrokimya endüstrisi ve ilgili endüstriler destekler omurgasıdır. Ticari Katalizörler, Le sayfa1görmek, genellikle iyi korunan ticari sırları veya üretim yöntemleri patentli tarifleri göre uzatılır. Tipik katalizör 5 mm çapı 1 mm arasında değişir boyutlandırır ve çeşitli şekiller gibi bir silindir, bir trilobe veya bir quadrulobe da içi boş karşılıkları çeşitli ile birlikte geliyor. Çapı ve kesit haddelenmiş katalizörler kez çok iyi denetlenir, bireysel extrudates uzunluğu dağıtım gibi daha fazla bir Gauss ve bireysel uzunlukları genellikle eşit hakkında birden fazla alýcýya bir çapı alanı çapları. Bir özel durum die yüz inerken kesmeye izin verecek, yeterince büyük çaplı, haddelenmiş katalizörler ve bunlar bir daha sıkı kadar uzunluğu dağıtım. Petrokimya endüstrisi için tipik 3 mm çap kalıptan çekilmiş katalizörler için daha küçük 1 mm uzunluğu dağıtım normalde doğal kırılma veya zorla kırılmaya bağlı olarak içsel güçleri tarafından elde edilir.
Le sayfa1, Woodcock2, Bertolacini3, Wu4 ve5 Li tipik katalizör özellikleri ve gücü ölçümleri inceliklerini gösterir. Tipik gücü ölçümleri edebiyat ve ticari ayarları tek extrudates ortalama ezmek gücünü oluşturan ve toplu gücü ezmek. Bir katalizör yükleme hayatta kalmak ve işlemlerde kullanmak için yeterli güce sahip olup olmadığını yargılamak için hem güç özellikleri kullanılmaktadır. Genellikle de bir yıpratma testi katalizör aşınma direnci sürecinde yargılamaya eklenir. Katalizör gücü ve kullanım ticari tesislerinde çok büyük bir veritabanı var karşın, bu bilgileri açık literatürde nadiren erişilemez. Ayrıca, birçok katalizör tarifleri geçici ve çok deneme yanılma sonra kurduk. Katalizör üretim bu yönünü modellenmesi hala az söylemek zordur.
Burada uygulanan tipik bir üç nokta bükme testinde elde edilen rüptürü Euler-Bernoulli modülü ölçüsü elde edilen katalizör bükülme gücü kaldı. Li6 ve Staub7 katalizörler bükülme gücü üzerinde yorum ama işlerini oldukça geniş çaplı extrudates üzerinde yapılır ve hiçbir doğrudan uygulama modeli katalizör kırılması verilir. Bükülme gücü nadiren ölçülen ve tipik ticari katalizör boyutları için literatürde bildirdi. Ayrıca, bükülme gücü rehberlik katalizör imalat için uygulanmaz kez
Ölçme ve kendi üretim sırasında veya sürecinde kullanımı sırasında katalizörler kırılma modelleme zordur. Sık sık katalizör extrudate uzunluğu çap oranı temel alınarak gücü güç yasaları ile ilgili deneysel yöntemleri örnek alınarak, ancak, birçok durumda bu hala güçlü bir özel bileşeni vardır. Bridgwater8 parçacık kırılma makaslama ama extrudates çap oranı uzunluğu nedeniyle kapsamlı bir bakış extrudates ticari aralığının dışında bu yazıda ele sağlar. Ayrı öğe (DEM) ve Sonlu elemanlar yöntemleri (FEM) Şimdi de granül kırılma araştırmak için kullanılır ve bu yöntemlerin temel düzeyde sorunu yaklaşım. Başvuru Heinrich9, Wassgren10Potyondy11Potapov12Carson13ve Farsça14 bu yaklaşım hakkında ayrıntılı bilgi için verilir. Yöntem ve teknikleri burada istihdam geliştirmemize yardımcı girişiminde katalizör kırılması nedeniyle darbe kuvveti belirlemek için Newton’ın ikinci Kanunu ile çarpışma modelleme ve bu kopma Euler-Bernoulli modülü tarafından ifade gücü ile Dengeleme. Sabit bir yatak, yük gücü ve yatak bükülme gücü uygulanır ve bu yatağın en/boy oranı yükü bir fonksiyonu olarak tahmin etmek için sağlar bir denge içinde yük stres tarafından kırılması için. İyi kontrollü şartlar ve bu yönü altında uygulanması gereken ölçüm yöntemleri kendilerini burada kapsamlı ayrıntılı bu yazıda çok önemli olduğundan. Örneğin, iyi katalizör nem kaldırdığında katalizör güç güçlü tarafından uygulanan ısıl işlem ve kullanım şartları tarafından etkilendiğini olduğu bilinmektedir. Yüksek Nem pick-up genellikle zayıflar iken yüksek ısıl işlem sıcaklıklar genellikle katalizör güçlendirmek. Olduğunu, bu nedenle, önemli gücü uygun ısıl işlem görmüş bir katalizör ölçülür ve nem olduğunu kontrol ya kendi üretimi sırasında katalizör kullanımı için temsil edici yapmak için gerekli olduğu veya sürecinde kullanımı sırasında. Küçük özellikle ölçer ve petrokimya endüstrisi için tipik katalizör extrudates uzunluğu çap oranı modelleri edebiyat bulunur. Son zamanlarda, Beeckman15,16 doğal kırılma ve çarpışma nedeniyle katalizörler zorla kırılma tahmin etmek için katalizör bükme gücünü kullandı. Burada belirli dikkat catalyst en boy oranı (L/D) Çap oranlarına uzunluğunu temsil edici bir örnek içinde bireysel katalizör extrudates aritmetik ortalamasının olarak tanımlanan verilir. Deneysel yöntem tanımlamak burada oldukça basit ve temelde çalışma ve deneysel ölçümler teorik tedavileri ile karşılaştırın sağlar.
Rüptürü (MOR) katalizör in bükme gücünü ölçüsüdür. Leonhard Euler ve Daniel Bernoulli ilk teorik olarak ses yaklaşım elastik davranış ve kopma güç geri 1750 geliştirilmiştir. Şekil 1 bir şematik bükme testi ve rüptürü kuvveti Frgösterir. Silindirik bir extrudate için özel durum üzerinden rüptürü in hesaplanabilir:
(1)
Burada σ rüptürü in denir ve stres (Pa) boyutları vardır. W iki destek nokta arasındaki mesafe ise D extrudate çapı için duruyor. Değişken s şekil faktörü ve 8/bir silindir için π eşittir. Başvuru şekilleri ile farklı kesit başa çıkmak için ne kadar Beeckman16için açıklama kapsamlı bir kuvvet ve el altında gerilmeler de deney sırasında verilir. Özellikle, σ gerilmesi dik extrudate kesit için yönettiği ve iki destek noktaları arasında orta aşırı fiber bulunan rüptürü, var.
Bir extrudate bir yüzey ile çarpışması için Beeckman15 iki Asimtotlar extrudate en boy oranı ile ilgili mevcut gösterir. Φ∞ denilen ilk asimptot birçok yinelenen etkileri ulaşılır. Kırılma çarpışma üzerine sonra daha kısa katalizörler daha az ivme var ve bu nedenle daha az kuvvet etkisi üzerine deneyim beri bu asimtotik davranışı kolayca anlaşılmaktadır. Aynı zamanda, daha kısa katalizörler da tork bir perspektiften kırmak için daha fazla güç gerektirir ve bu nedenle katalizör birçok etkileri üzerine bir asimptotik en boy oranını Φ∞ ulaşması bekleniyor. Extrudates yeterince uzun olan düşürülme Φα denilen ikinci asimptot tek bir darbeden sonra ulaşılır. Uzun extrudates orantılı olarak daha fazla ivme ve ara ilk etkisi üzerine uzunlukları boyunca çeşitli yerlerde ve en boy oranı sonrası çarpışma Φαbelirlenmiş ikinci asimptot ulaşır. Her iki Asimtotlar tekrarlanan etkileri sayısının bir fonksiyonu olarak en boy oranını ölçmek çarpışma veri regresyon tarafından bulunabilir:
(2)
J damla Φ0 ilk en-boy oranı ve Φj nerede en boy oranını peşinde. Parametreleri Φ∞ ve Φα etkisi şiddeti ve katalizör gücü ile ilgili bir fizik mekanik anlamı yoktur. Etkisi şiddeti olsa büyük damla heights için katalizör terminal hız yaklaşıyor ve bu nedenle önem düzeyde olacaktır damla yüksekliğini değiştirerek değiştirilebilir.
Parçacık uzunluğu ve parçacık çapı katalizör, üretim sırasında önemli özellikleridir ve kullanır. Boyutu ve katalizör parçacıklar şeklinde aynı zamanda ambalaj özellikleri faktörlerin belirlenmesi ve basınç düşmesi katalizör yatak etkiler. Önceki gün, bu özellikler genellikle el ile ölçüldü ve bu çok sıkıcı bir işlemdir. Şimdi, bu özellikleri kolayca ilk tarafından optik elde edilebilir katalizör extrudates büyük bir örnek tarama. Daha sonra görüntüleme yazılımı bireysel parçacık boyutlarını belirlemek için kullanılır. Bu parçacıklar hızlı ve doğru bir şekilde çözümlenmesi, Beeckman15görmek için çok sayıda sağlar. Bu sistemler etkin bir şekilde tanımak ve parçacıklar çapı 0,8-4.0 mm aralığında ve çeşitli çaplarda uzun olabilir uzunlukları ölçmek için ayarlanmıştır. Bu yöntem bir katalizör “yukarıdan aşağıya” görünümünü kullanır ve bu nedenle bir “optik” çapı verir. Optik çap çap değerleriyle karşılaştırarak el ile kaliperler ile tespit için belirli şekiller, bakım sarf gerekir.
Toplu ezmek güç testini katalizörler ve katalizör taşıyıcılar, burada kullanılan ASTM D7084-0417 kabul edilen standart test yöntemidir. Katalizör silindirik hücrede yüklenir ve basınç (stres) genellikle 5-1000 kPa aralığında uygulanır ve equilibrate için izin verilir. Her baskı noktadan sonra katalizör kaldırılır. Katalizör cezalar katalizör örnekten dışarı ekranlı ve katalizör örnek toplu doğru en boy oranını ölçmek için temsil edici bir örnek almak için riffled süre ağırlığını koydu. Katalizör gücü ölçmek için yaratılan cezalar miktarına standart toplu ezmek gücü test yordam bulunur iken, bu el yazması azaltma boy oranı sonra kırılma yükü bir fonksiyonu olarak bulunur, ayrıca Beeckman18 bkz: .
Protocol
Representative Results
Discussion
Çarpışma nedeniyle itici güçler tarafından kırılması:
Extrudate en-boy oranı bir yüzeye karşı çarpışma nedeniyle azalma bir laboratuvar damla testinde ölçülebilir. Bu denemede, extrudates paraşüt serbest bırakılır, sonbahar ve yerçekimi nedeniyle hızlandırmak ve ayrıca sürükle deneyim ortam havası ile.
Yukarıda özetlenen yöntemi defa yalnızca edebiyat Beeckman15,16‘ açıklandığı gibi kullanılabilir. Yakın zamana kadar tediousness Halife extrudates, çok sayıda için tarafından el ile ölçüm yapmak için yüksek düzeyde bir faktör bu olasıdır. Pozlama süresi için ortam hava ve nem sırasında ve ölçümler arasında bu nedenle indirilmelidir. Gerekirse, iletişim kuralı damla test için bir N2 temizliği veya bir kuru hava temizliği ile silindir içine yapılması gerekebilir. Bir de gece önce bir sorun daha az nem pick-up yapmak herhangi bir ölçümler alarak ortam havası içinde equilibrate katalizör izin seçebilirsiniz. İletişim kuralı ve burada istihdam yöntemi vardır hızlı bir şekilde en boy oranını verimleri parası bitti 100-300 extrudates ve bu nedenle bu çekişme dışında küçük örnekleri ile gözlenen değişkenliğin çoğunu alır.
Önemli olan o extrudates uzunluğu çap oranı daha az şekil tanıma yazılımı uzunluğu ve çapı böyle katalizör adet yanlışlıkla atayabilirsiniz beri birlik örnek kaldırılması daha. Bu nedenle Ayrıca en aza indirmek ve daha iyisi böyle kısa extrudates sayısı ortadan kaldırmak için önemlidir. Bu nedenle, bu testin başında yeterince büyük bir en boy oranı var extrudates çalışmak için ve test etkisi şiddeti sınırlamak için tavsiye edilir.
Gelecekte yapılacak çalışmalar için ve temel bir bakış açısından çarpışması tek extrudates kendi uzunluğu bir fonksiyonu olarak açılan yükseklik bir fonksiyonu olarak etkisi açı bir fonksiyonu olarak ve Açısal momentum j belirtmeyi bir fonksiyonu olarak çalışmaya çok ilginç olurdu Ust birkaç değişkenleri. Kırılması rüptürü surface(s) orijinal extrudate uzunluğu boyunca konumunu belirlemek ilginç olacak. Bu yöntem aynı zamanda bu değil uzatılır ama bu oldukça basarak veya küresel bir Pelet elde edilir ve bu nedenle ilaç ve gıda endüstrisi için uygulamalar olabilir malzeme için geçerli olabilir.
Kırılması nedeniyle stres sabit bir yatakta
Yukarıda özetlenen yöntemi defa yalnızca edebiyat Beeckman18‘ açıklandığı gibi kullanılabilir. Toplu ezmek gücü için standart iletişim kuralı ASTM D7084-0417 tekrarlanabilirlik açıklamasının belirtildiği gibi çalışma takip etmek önemlidir.
Pozlama süresi için ortam hava ve nem sırasında ve ölçümler arasında bu nedenle indirilmelidir. Gerekirse, protokol toplu ezmek güçlü uygulama için eldiven kutusunda yapılması gerekebilir.
Çarpışma durumunda olduğu gibi bu yöntemi de uygulanabilirliği değil kalıptan çekilmiş ama oldukça Pelet forma veya Damlama veya granülasyon yolu ile elde edilen küresel Pelet basarak elde edilen malzemeler için bulabilirsiniz.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazar Michael Pluchinsky yardımıyla yüksek hızlı fotoğraf çekimleri ile kabul
Materials
| 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 |
References
- Le Page, J. F. . Applied Heterogeneous Catalysis. , (1987).
- Woodcock, C. R., Mason, J. S. . Bulk Solids Handling: An Introduction to the Practice and Technology. , (1987).
- Bertolacini, R. J. Mechanical and Physical Testing of Catalysts. ACS Symposium series. , 380-383 (1989).
- Wu, D. F., Zhou, J. C., Li, Y. D. Distribution of the mechanical strength of solid catalysts. Chem Eng Res Des. 84 (12), 1152-1157 (2006).
- Li, Y., Wu, D., Chang, L., Shi, Y., Wu, D., Fang, Z. A model for bulk crushing strength of spherical catalysts. Ind Eng Chem Res. 38, 1911-1916 (1999).
- Li, Y., et al. Measurement and statistics of single pellet mechanical strength of differently shaped catalysts. Powder Technol. 113, 176-184 (2000).
- Staub, D., Meille, S., Le Corre, V., Chevalier, J., Rouleau, L. Revisiting the side crushing test using the three-point bending test for the strength measurement of catalyst supports. Oil Gas Sci Technol. 70, 475-486 (2015).
- Bridgwater, J. Chapter 3, Particle Breakage due to Bulk Shear. Handbook of Powder Technology, 1st ed. 12, (2007).
- Farsi, A., Xiang, J., Latham, J. P., Carlsson, M., Stitt, E. H., Marigo, M. Does Shape Matter? FEMDEM Estimations of Strength and Post Failure Behaviour of Catalyst Supports. 5th International Conference on Particle-Based methods. , (2017).
- Beeckman, J. W. L., Fassbender, N. A., Datz, T. E. Length to Diameter Ratio of Extrudates in Catalyst Technology, I. Modeling Catalyst Breakage by Impulsive Forces. AIChE J. 62, 639-647 (2016).
- Beeckman, J. W. L., Fassbender, N. A., Datz, T. E. Length to Diameter Ratio of Extrudates in Catalyst Technology, II. Bending strength versus Impulsive Forces. AIChE J. 62, 2658-2669 (2016).
- Beeckman, J. W. L., Cunningham, M., Fassbender, N. A., Datz, T. E. Length-to-Diameter Ratio of Extrudates in Catalyst Technology: III. Catalyst Breakage in a Fixed Bed. Chem. Eng. Technol. , 1844-1851 (2017).
