Här presenterar vi ett protokoll för att mäta modulusen av brista av en extruderad katalysator och brott på nämnda katalysator extrudat genom kollision mot en yta eller genom kompression i en fast säng.
Den mekaniska styrkan av extruderad katalysatorer och deras naturliga eller påtvingad brott genom antingen kollision mot en yta eller en tryckkraft Last i en fast bädd är viktiga fenomen i katalysator teknik. Den mekaniska styrkan av katalysatorn mäts här genom dess böjning styrka eller böjhållfasthet. Denna teknik är relativt ny ur tillämpa den kommersiella katalysatorer av typiska storlekar används i industrin. Katalysator brott av kollision mot en yta mäts efter en nedgång av extrudat genom luften i en vertikal röret. Kvantifiera inverkan kraft sker teoretiskt genom att tillämpa Newtons andra lag. Mätning av katalysator brott beror på stress i en fast bädd görs efter standardförfarandet i bulk crush hållfasthetsprovningen. Roman här är fokus på att mäta minskningen i längden och diameter förhållandet av extrudat som en funktion av stress.
Katalysator tillverkning är ryggraden som stöder den petrokemiska industrin och relaterade industrier. Kommersiella katalysatorer, se Le Page1, är vanligtvis extruderade enligt recept som är välbevakad företagshemligheter eller patenterade metoder för tillverkning. Typiska katalysator storlekar sträcker sig från 1 mm till ca 5 mm i diameter och kommer i en mängd former som en cylinder, en trilobe eller en quadrulobe som tillsammans också med en mängd sina ihåliga motsvarigheter. Medan diametern och tvärsnittet av extruderad katalysatorer är ofta mycket väl kontrollerade, längden på enskilda extrudat har en mer Gaussisk som distribution och enskilda längderna varierar vanligtvis från ungefär lika till en diameter på flera diametrar. Ett undantag är extruderad katalysatorer av tillräckligt stor diameter, som tillåter dem att skäras kommer ut ur die ansiktet, och dessa har en mycket stramare längd fördelning. Längd fördelningen av det mindre 1 mm till 3 mm diameter extruderade katalysatorer som är typiska för den petrokemiska industrin erhålls normalt genom naturliga brott eller Tvingad brott beroende på deras inneboende styrka.
Le Page1, morkulla2, Bertolacini3, Wu4 och Li5 visar typiska katalysator boenden och krångligheter av styrka mätningar. Typisk styrka mätningar i litteraturen och i kommersiella inställningar består av genomsnittliga krossa styrkan i enda extrudat som av huvuddelen krossa styrka. Båda hållfasthetsegenskaper används att bedöma huruvida en katalysator har tillräcklig styrka att överleva lastning och använda i processer. Ett bortfall test läggs ofta också för att döma katalysator attrition motståndet i processen. Även om en mycket stor databas finns i kommersiella anläggningar på katalysator styrka och användning, är informationen sällan tillgängliga i den öppna litteraturen. Även många av recepten som katalysator är ad hoc och har fastställts efter mycket försök och misstag. Modellering av denna aspekt av katalysator tillverkning är fortfarande utmanande minst sagt.
Tillämpas här är böjhållfasthet av katalysatorn erhålls från en mätning av Euler-Bernoulli modulusen av brista som erhålls vanligtvis i en tre-punkt bockning. Li6 och Staub7 kommentera böjhållfasthet av katalysatorer men deras arbete är gjort på ganska stor diameter extrudat och ingen direkt ansökan ges till modell katalysator brott. Böjhållfasthet sällan mäts och rapporteras i litteraturen för typiska kommersiella katalysator storlekar. Ytterligare, böjhållfasthet ofta inte tillämpas för vägledning i katalysator tillverkning
Mätning och modellering brott på katalysatorer antingen under dess tillverkning eller dess användning i processen är svårt. Ofta den katalysator extrudate längden och diameter förhållandet är modellerad utifrån empiriska metoder som berör det styrka via power lagar, detta i många fall har dock fortfarande en stark ad hoc-komponent. Bridgwater8 ger en omfattande översikt av partikel brott på grund av skeva men längd diameter förhållandet extrudat utanför det kommersiella utbudet av extrudat diskuteras i detta dokument. Diskreta elementmetoder (mark) och finita elementmetoder (FEM) används nu också att utreda brott på granulat och dessa metoder närma sig problemet på en grundläggande nivå. Hänvisning ges till Heinrich9, oktober10, Potyondy11, Potapov12, Carson13och Farsi14 för detaljer på detta synsätt. De metoder och tekniker som används häri försöker förbättra modellering katalysator brott på grund av kollision via Newtons andra lag att avgöra inverkan kraft och balansera detta med styrkan uttryckt av Euler-Bernoulli modulusen av brista. För brott av belastning stress i en fast bädd, en balans mellan Last kraft och säng böjhållfasthet styrka används och Detta tillåter för att förutsäga aspektförhållandet av sängen som en funktion av belastningen. Mycket viktigt är mätmetoderna själva som måste tillämpas under väl kontrollerade förhållanden och denna aspekt är här i denna uppsats beskrivs utförligt. Till exempel, är det väl känt att katalysator styrkan är starkt influerad av den värmebehandling som tillämpas och av villkoren för användning när katalysatorn kan plocka upp fukt. Högre värmebehandling temperaturer stärka vanligtvis katalysatorn medan hög fukt pick-up vanligtvis försvagar den. Det är därför viktigt att styrkan mäts på en katalysator som har sett en korrekt värmebehandling och att fukt är kontrollerade där det är nödvändigt för att göra det representativa för användning av katalysatorn antingen under dess tillverkning eller under dess användning i processen. Lite finns i den litteratur som specifikt mäter och modeller längd diameter förhållandet katalysator extrudat som är typiska för den petrokemiska industrin. Beeckman15,16 har nyligen, används den böjande styrkan av katalysatorn för att förutsäga naturliga brott och påtvingad brott på katalysatorer på grund av sammanstötningen. Här ges särskild uppmärksamhet till katalysator bildförhållande (L/D) som definieras som det aritmetiska medelvärdet av de individuella katalysator extrudat i ett representativt urval längd diameter förhållandet. De experimentella metoder som beskrivs häri är relativt enkla och låt grunden studera och jämföra experimentella mätningar med teoretiska behandlingar.
Modulusen av brista (MOR) av katalysatorn är ett mått på dess Böjande styrka. Leonhard Euler och Daniel Bernoulli utvecklat den första teoretiskt sund inställningen till elastiskt beteende och styrka vid bristning tillbaka i på 1750-talet. Figur 1 visar en schematisk bild av det böjande testet och brista kraft Fr. För särskilda fall av en cylindrisk extrudate, kan modulusen av brista beräknas:
(1)
Där σ kallas modulusen av brista och har mått av stress (Pa). D står för diametern på extrudate medan w är avståndet mellan de två stödpunkter. Den variabla s är den form faktorn och motsvarar 8/π för en cylinder. En utförlig förklaring av de krafter och spänningar till hands under experimentet samt hur att hantera olika tvärsnittsdata formar hänvisning ges till Beeckman16. Σ är bestämt DRAGSPÄNNING på bristning riktad vinkelrätt till tvärsnittet av extrudate och ligger på den extrema fibern i mitten mellan de två stödpunkter.
För kollision av en extrudate med en yta visar Beeckman15 att två asymptoter existerar när det gäller extrudate bildförhållande. Den första asymptot kallas Φ∞ nås vid många upprepade stötar. Detta asymptotiska beteende är lätt att förstå eftersom, efter brott vid kollision, kortare katalysatorer har mindre fart och därför uppleva mindre kraft vid nedslaget. Samtidigt, kortare katalysatorer kräver också mer kraft att bryta ur ett perspektiv av vridmoment och därmed katalysatorn förväntas nå en asymptotisk bildförhållande Φ∞ vid många effekter. Den andra asymptot kallas Φα nås efter en enda inverkan när extrudat som ignoreras som är tillräckligt långa. Långa extrudat har proportionellt mer fart och paus vid det första nedslaget på flera ställen längs deras längd och bildförhållande post kollisionen når den andra asymptot designerat Φα. Båda asymptoter kan hittas genom regression av kollision data som mäter bildförhållande som en funktion av antalet upprepade stötar från:
(2)
Där Φ0 är de inledande skärmproportionerna och Φj är proportionerna efter j sjunker. Både parametrar Φ∞ och Φα har en fysisk-mekaniska innebörd som är relaterad till graden av påverkan och styrkan i katalysatorn. Svårighetsgraden av effekten kan varieras genom att variera fallhöjden men för stora fallhöjderna katalysatorn närmar sig Gränshastighet och därmed svårighetsgrad kommer att jämna ut.
Partikel längd och partikeldiameter är viktiga egenskaper hos katalysatorn under dess tillverkning och användning. Storleken och formen av katalysator partiklar är också avgörande faktorer i deras packning egenskaper och påverkar tryckfallet över katalysator sängen. I tidigare dagar, dessa egenskaper mättes ofta för hand och detta är en mycket omständlig procedur. Nu, dessa egenskaper kan lätt erhållas genom första optiskt Skanna ett stort urval av katalysator extrudat. Sedan används tänkbar mjukvaran för att fastställa enskilda partikelstorlek. Detta tillåter ett stort antal partiklar att analyseras snabbt och korrekt, se Beeckman15. Dessa system är inställda för att effektivt identifiera och mäta partiklar med en diameter mellan 0,8 till 4,0 mm och längder som kan vara flera diametrar lång. Denna metod använder en ”top-down” vy av katalysatorn och därmed ger en ”optisk” diameter. För vissa former, måste vård utövas när jämföra optiska diametern med diameter värden fastställas manuellt med bromsok.
Bulk crush hållfasthetsprovningen för katalysatorer och katalysator bärare, ASTM D7084-04-17 används häri är en accepterad standard testmetod. Katalysatorn är laddad i en cylindrisk cell och trycket (stress) används normalt i intervallet 5-1000 kPa och tillåts temperera. Efter varje tryckpunkt är katalysatorn oladdat. Böterna som katalysator är sållas bort från katalysator provet och vägde medan huvuddelen av katalysator provet är forsar för att få ett representativt prov för att mäta höjd-breddförhållandet. Standard bulk crush styrka testförfarandet poängteras mängden böter som skapas för att mäta katalysator styrka, Detta manuskript fokuserar på att minska proportionerna efter brott som en funktion av lasten, se även Beeckman18 .
Brott av impulsiva krafter på grund av kollision:
Minskningen av extrudate proportioner på grund av kollision mot en yta kan mätas i ett laboratorium fallprov. I detta test, extrudat släpps från en ränna, falla och påskynda på grund av tyngdkraften och också uppleva drar med luften.
Metoden som beskrivs ovan finns hittills bara i litteraturen som beskrivs i Beeckman15,16. Tills nyligen, är den höga graden av TRÅKIGHET att göra manuella mätningar av bromsok för ett stort antal extrudat sannolikt en bidragande faktor till detta. Exponeringstiden till omgivande luft och därmed luftfuktighet bör minimeras under och mellan mätningarna. Vid behov kan protokollet för drop test måste utföras med en N2 utrensning eller en torr-air purge in i cylindern. Man kan också välja att låta katalysatorn jämvikta i luften över natten innan du vidtar några mätningar att göra fukt pick-up mindre problem. Protokoll och metod här anställda har den fördelen att det ger snabbt bildförhållande för över 100-300 extrudat och därmed det tar de flesta av den variationen som kan observeras med små prover ur påstående.
Det är viktigt att extrudat med en längd och diameter förhållandet mindre än unity avlägsnas från provet eftersom programvaran form erkännande kan tilldela längd och diameter på sådana katalysator bitar felaktigt. Därför är det också viktigt att minimera och ännu bättre att eliminera antalet sådana kort extrudat. Det rekommenderas därför att arbeta med extrudat som har tillräckligt stora proportionerna i början av testet och begränsa effekterna svårighetsgraden av testet.
För framtida arbete och grundläggande perspektiv, skulle det vara mycket intressant att studera sammanstötningen av enda extrudat som en funktion av deras längd, som en funktion av fallhöjden, som en funktion av den inverka vinkeln och som en funktion av rörelsemängdsmoment nämna j UST några variabler. Vid brott, ska det bli intressant att fastställa platsen för den bristning 1.3.4.2.för längs längden av den ursprungliga extrudate. Denna metod kan också vara tillämpliga på material som inte är strängpressade men som fås snarare genom att trycka på eller för sfäriska pellets och därmed kan ha program för läkemedelsindustrin och livsmedelsindustrin.
Brott på grund av stress i en fast säng
Metoden som beskrivs ovan finns hittills bara i litteraturen som beskrivs i Beeckman18. För bulk krossa styrkan är det viktigt att följa den standard som löpande protokoll som beskrivs i ASTM D7084-04-17 av anledning av repeterbarhet.
Exponeringstiden till omgivande luft och därmed luftfuktighet bör minimeras under och mellan mätningarna. Vid behov kan protokollet behöver utföras i en handskbox för tillämpningen av bulk krossa styrkan.
Som i fallet med kollision, kan denna metod också hitta tillämplighet på material som inte pressad men snarare erhålls genom att trycka in i pastillform eller för sfäriska pellets erhålls via dropp eller granulering.
The authors have nothing to disclose.
Författarna erkänner hjälp från Michael Pluchinsky med höghastighetståg fotografi arbetet
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 |