Summary
Her præsenterer vi en protokol for at måle modulus af ruptur af en ekstruderet katalysator og brud på nævnte katalysator ekstrudater ved kollision mod en overflade eller ved kompression i en fast seng.
Abstract
Den mekaniske styrke af ekstruderet katalysatorer og deres naturlige eller tvungen brud af enten kollision mod en overflade eller en trykstyrke belastning i en fast seng er vigtige fænomener i katalysator teknologi. Den mekaniske styrke af katalysatoren er målt her ved sin bøje styrke og bøjningsstyrke. Denne teknik er relativt nyt fra perspektiv for at anvende det for kommercielle katalysatorer af typiske størrelser anvendes i industrien. Katalysator brud af kollision mod en overflade måles efter et fald på ekstrudater gennem luften i et lodret rør. Kvantificere virkningen kraft er gjort teoretisk ved at anvende Newtons anden lov. Måling af katalysator brud skyldes stress i en fast seng er gjort efter den normale procedure for bulk crush styrkeprøve. Romanen her er fokus på måling reduktion i længden diameter af ekstrudater som en funktion af stress.
Introduction
Katalysator fremstilling er rygraden, der understøtter den petrokemiske industri og beslægtede industrier. Kommercielle katalysatorer, se Le side1, typisk ekstruderes efter opskrifter, der er godt bevogtet forretningshemmeligheder eller har patenteret metoder til fremstilling. Typiske katalysator størrelser spænder fra 1 mm til ca 5 mm i diameter og kommer i forskellige former som en cylinder, en trilobe eller en quadrulobe sammen med en bred vifte af deres hule modparter. Mens diameter og tværsnit af ekstruderet katalysatorer er ofte meget godt kontrolleret, længden af enkelte ekstrudater har en mere Gaussisk som distribution og de individuelle længder typisk spænder fra omtrent den samme til en diameter til flere diametre. En undtagelse er ekstruderet katalysatorer for tilstrækkelig stor diameter, der tillader dem at blive skåret de frakørsel die ansigt, og disse har en meget strammere længde distribution. Længde fordelingen af de mindre 1 mm til 3 mm diameter ekstruderet katalysatorer, der er typiske for den petrokemiske industri er normalt fremstillet ved naturlig brud eller tvungen brud afhængigt af deres iboende styrke.
Le side1, Skovsneppe2, Bertolacini3, Wu4 og Li5 viser typiske katalysator egenskaber og snørklede af styrke målinger. Typiske styrke målinger i litteraturen og i kommercielle indstillinger består af den gennemsnitlige knuse styrken af enkelt ekstrudater og for størstedelen knuse styrken. Både styrke egenskaber er i brug for at bedømme, om en katalysator har tilstrækkelig styrke til at overleve lastning og bruge i processer. Ofte også er en udmattelseskrig test tilføjet til at bedømme katalysator udmattelseskrig modstanden i processen. Selv om en meget stor database findes i kommercielle planter på katalysator styrke og brug, er at oplysninger sjældent tilgængelige i den åbne litteratur. Også, mange af katalysator opskrifter er ad hoc og har været etableret efter mange forsøg og fejl. Modellering af dette aspekt af katalysator fremstillingsvirksomhed er stadig udfordrende at sige mildt.
Anvendt her er bøjningsstyrke af katalysator fra en måling af Euler-Bernoulli modulus for sprængning, som er typisk fremstillet i en tre-punkts bøjning test. Li6 og Staub7 kommentere bøjningsstyrke af katalysatorer, men deres arbejde er gjort på forholdsvis stor diameter ekstrudater og ingen direkte anvendelse gives til model katalysator brud. Den bøjningsstyrke er sjældent målt og rapporteret i litteraturen for typiske kommercielle katalysator størrelser. Yderligere, den bøjningsstyrke anvendes ofte ikke vejledning i katalysator fremstilling
Måling og modellering brud af katalysatorer, enten under fremstillingen eller under dets brug i processen er vanskelig. Ofte katalysator extrudate længde diameter forhold er modelleret baseret på empiriske metoder, der vedrører styrke via power love, men dette i mange tilfælde stadig har en stærk ad hoc-komponenten. Bridgwater8 giver et samlet overblik over partikel brud på grund af shear, men længden diameter af ekstrudater er uden for det kommercielle område af ekstrudater drøftes i dette dokument. Diskrete element metoder (DEM) og finite element metoder (FEM) nu også brugt til at undersøge brud af granulat og metoderne nærmer problem på et grundlæggende niveau. Reference er givet til Heinrich9, Wassgren10, Potyondy11, Potapov12, Carson13og Farsi14 for detaljer om denne tilgang. De metoder og teknikker anvendes heri forsøger at hjælpe med at forbedre modellering katalysator brud på grund af kollision via Newtons anden lov til at bestemme virkningen kraft og afbalancere dette med den styrke, udtrykt af Euler-Bernoulli modulus for sprængning. For brud af belastning stress i en fast seng, en balance mellem belastning kraft og bed bøjnings styrke er anvendt, og dette gør det muligt for at forudsige formatforholdet af sengen som en funktion af belastningen. Meget vigtigt er målemetoder selv, der skal anvendes under velkontrollerede omstændigheder, og dette aspekt er her i dette papir, detaljerede grundigt. For eksempel, er det velkendt, at catalyst styrke er stærkt påvirket, ved varmebehandling, der er anvendt og også i forhold til brug når katalysatoren kan afhente fugt. Højere varmebehandling temperaturer styrke typisk katalysator, mens høje fugt pick-up typisk svækker det. Det er derfor vigtigt at styrke er målt på en katalysator, der har set den passende varmebehandling og at fugt er kontrolleret, hvor det er nødvendigt for at gøre det repræsentative for brug af katalysatoren enten under fremstillingen eller under sin brug i processen. Lidt findes i den litteratur, der specifikt foranstaltninger og modeller længden diameter af katalysator ekstrudater, der er typiske for den petrokemiske industri. For nylig, Beeckman15,16 har brugt bøjning styrken af katalysator til at forudsige naturlige brud og tvungen brud på katalysatorer som følge af kollisionen. Her er der lagt særlig vægt på den katalysator højde-breddeforhold (L/D), der defineres som den aritmetiske middelværdi af længde diameter Fordelingerne af individuelle katalysator ekstrudater i en repræsentativ stikprøve. De eksperimentelle metoder beskrevet heri er relativt simple og grundlæggende studere og sammenligne eksperimentelle målinger med teoretiske behandlinger.
Modulus for sprængning (MOR) af katalysator er et mål for sin bøjning styrke. Leonhard Euler og Daniel Bernoulli udviklet den første teoretisk set sund tilgang til elastisk adfærd og styrke på brud tilbage i 1750's. Figur 1 viser et skematisk af bøjning testen og brud kraft FRasmussen. I den konkrete sag af en cylindrisk extrudate kan modulus for sprængning beregnes ud fra:
(1)
Hvor σ kaldes modulus for sprængning og har dimensioner af stress (Pa). D står for diameteren af extrudate mens w er afstanden mellem de to support punkter. Den variable s form faktor og er lig med 8/π for en cylinder. En omfattende forklaring af de kræfter og belastninger ved hånden under eksperimentet, hvordan til at håndtere forskellige tværsnits figurer reference er givet til Beeckman16. Specifikt, er σ den trækstyrke stress på ruptur rettet vinkelret til tværsnit af extrudate og placeret på den yderste fiber i midten mellem de to support punkter.
Beeckman15 viser for kollision af en extrudate med en overflade, at to asymptoter eksisterer med hensyn til extrudate skærmformat. Den første asymptote kaldet Φ∞ nås på mange gentagne påvirkninger. Denne asymptotiske opførsel er let at forstå da, efter brud på kollision, kortere katalysatorer har mindre momentum og derfor opleve mindre kraft ved anslaget. På samme tid, kortere katalysatorer kræver også mere kraft til at bryde ud fra et perspektiv af drejningsmoment og dermed katalysatoren forventes at nå en asymptotiske skærmformat Φ∞ ved mange nedslag. Den anden asymptote kaldet Φα er nået efter en enkelt indvirkning, når ekstrudater er faldet, er tilstrækkelig lang. Lange ekstrudater har forholdsmæssigt mere momentum og pause ved den første anslaget i flere steder langs deres længde og højde-breddeforhold post kollision når den anden asymptote udpeget Φα. Begge asymptoter kan findes ved regression af kollision data, der måler skærmformat som en funktion af antallet af gentagne påvirkninger fra:
(2)
Hvor Φ0 er den oprindelige formatforhold og ΦJørgensen er aspect ratio, efter j dråber. Både parametre Φ∞ og Φα har en fysisk-mekanisk betydning, der er relateret til sværhedsgraden af virkningen og styrken af katalysatoren. Sværhedsgraden af virkningen kan varieres ved at variere faldhøjden selv for store drop højder katalysatoren tilgange terminal velocity og dermed sværhedsgraden vil niveau.
Partikel længde og partikel diameter er vigtige egenskaber af katalysatoren i løbet af sin fremstilling og brug. Størrelsen og formen af katalysator partikler også afgørende faktorer i deres pakning karakteristika og påvirke trykfald på tværs af katalysator seng. I tidligere dage, disse egenskaber var ofte målt i hånden og dette er en meget kedelig procedure. Nu, disse egenskaber kan let fås ved første optisk scanning en stor stikprøve af katalysator ekstrudater. Derefter, imaging software bruges til at bestemme enkelte partikelstørrelser. Dette giver mulighed for et stort antal partikler analyseres hurtigt og præcist, se Beeckman15. Disse systemer er tunet til effektivt at genkende og måle partikler med en diameter i størrelsesordenen 0,8 til 4,0 mm og længder, der kan være flere diametre lang. Denne metode bruger en "top down" visning af katalysator og dermed giver en "optisk" diameter. For visse figurer, skal pleje udøves, når sammenligne den optiske diameter med diameter værdier bestemmes manuelt med calipre.
Bulk crush styrkeprøve for katalysatorer og katalysator luftfartsselskaber, ASTM D7084-0417 anvendes heri er en accepteret standard testmetode. Katalysatoren er indlæst i en cylindrisk celle og pres (stress) anvendes typisk i området 5-1000 kPa og er tilladt til Reagensglasset. Efter hver trykpunkt er katalysatoren losset. Katalysator bøder er screenet fra prøven, katalysator og vejes mens hovedparten af katalysator prøven er riffled for at opnå en repræsentativ stikprøve til nøjagtigt at måle højde-breddeforhold. Mens den standard bulk knuse styrke testprocedure fokuserer på det beløb af bøder, der er oprettet for at måle katalysator styrke, dette manuskript fokuserer på reduktion af formatforholdet efter brud som en funktion af belastningen, se også Beeckman18 .
Protocol
Brug passende personlige værnemidler fx sikkerhed briller, handsker etc. til at udføre alle de opgaver, der er omhandlet i dette håndskrift. Udgangsmaterialet bruges her om til måling af bøjning styrke, kollision, formatforhold eller bulk knusning er altid ekstrudater fremstillet af laboratorieundersøgelser eller pilot udstyr undersøgelser eller er kommercielt materialer. Katalysator extrudate styrke afhænger forbehandling forhold derfor er det vigtigt for brugeren at vælge de relevante behandlinger. Resultatet af målingerne giver mulighed for at beslutte, hvilke materialer til brug i yderligere undersøgelser mindst fra en styrke perspektiv.
1. bøjning styrke
-
Bøjning styrke prøveforberedelse
- Bladrer extrudate prøven af interesse for en repræsentativ størrelse 25 partikler minimum. Bruge en spinning riffler eller riffel-type prøve skillevæg.
Bemærk: Katalysator styrke er afhængige af termisk forbehandling, dermed prøven kræver visse valg skal foretages af brugeren vedrørende pretreatments. - Udfør en af følgende to typiske pretreatments, men deres forhold kan ændres alt efter behov af brugeren.
- Calcine prøve ved 538 ° C i 1 time.
- Placere mindst 25 riffled katalysator ekstrudater i en porcelæn skål eller varmebestandigt bægerglas.
- Placer fadet med katalysator til en ildfaste-type muffelovn ovn ved 538 ° C i 1 time.
- Efter kalcinering, hot prøven anbringes i en ekssikkator og lad det køle af til omgivende betingelser.
- Tør prøve ved 121 ° C i 2 timer minimum.
- Placere mindst 25 riffled katalysator ekstrudater i en porcelæn skål eller varmebestandigt bægerglas.
- Placer fadet med katalysator i et varmeskab, indstillet til 121 ° C i mindst 2 h.
- Fjerne den hot prøve fra tørring ovnen og læg det i en ekssikkator og lad det køle af til omgivende betingelser
- Calcine prøve ved 538 ° C i 1 time.
- Bladrer extrudate prøven af interesse for en repræsentativ størrelse 25 partikler minimum. Bruge en spinning riffler eller riffel-type prøve skillevæg.
-
Bøjning styrke Instrumentation Set-up
Bemærk: fejllinje for modulus for sprængning er +/-10%. Kalibrere udstyr dagligt efter den procedure, der er anført af fabrikanten. Vælg den metode, der korrekt passer til figuren af prøven, som beregningen af MOR afhænger form faktoren.- Start den bøjning test ramme og Tillad systemet at varme op i mindst 20 min før du bruger. Åbn derefter den nødvendige software.
- Vedhæfte den 10 N (10 Newton kraft) vejecelle pr fabrikantens anvisninger.
- Vælg en ambolt hastighed på 0,2 mm/SEK med en 5-mm støtte span.
Bemærk: Det blev observeret at denne sats af hastighed, katalysator er ikke i en stamme sats følsomme region og brud er reproducerbare. - Vælg «Modulus af brud (MOR)» og «Maksimal kraft» i fanen resultater.
- Sikre crosshead på MOR rammen er i positionen "Nul" fast på "Tilbage"-knappen på konsollen ramme. Placeringen af crosshead og ambolt kan ændres, hvis det er nødvendigt at imødekomme ekstrudater af forskellige diameter.
-
Bøjning styrke måling
- Tage katalysator extrudate prøve fra ekssikkatoren og placere det i en inverteret 5-6 cm diameter filter med N2 blæser opad gennem det at oprette et tæppe af tør gas.
- Bruge pincet til at tage en extrudate modellen fra bakken filter og placere den på tværs af støtte bjælker. Minimere tid extrudate modellen placering og måling for at minimere fugt pick-up.
- Centrere katalysator extrudate modellen som bedste som muligt venstre mod højre og front til tilbage på støtte bjælker
- Klik på "Start"-ikonet på værktøjslinjen højre.
Bemærk: Under dette trin extrudate er ved at blive bøjet ud over bristepunktet og dermed testen er destruktive i forstand. - Sikre crosshead stopper og returnerer til udgangspositionen, oplever en 40% fald i belastning kraft.
Bemærk: Dette sker normalt ved extrudate brud. - Vælg "Næste"-ikonet på værktøjslinjen ret til at fortsætte til den næste extrudate.
- Hit "tilbage" for at se datapunkt på grafen og på resultattabellen.
- Vælg «Færdig prøve» efter måler 25 extrudate modellen.
Bemærk: Softwaren genererer rapporten med styrke egenskaber
2. kollision Test
Bemærk: Tilførselshastigheden som katalysator er fodret med drop røret holdes lav, således at enkelte katalysator ekstrudater kolliderer det væsentlige med en tom overflade nederst i drop røret uden at hindre hinanden
-
Kollision udstyr forberedelse
- Samle drop tube (0,15 m diameter og 1,83 m lange plastikrør) med recovery plade (316 SS) i bunden. Indstille feeder decharge i den korrekte bordhøjde valg (her 1,83 m) centreret over drop tube. Ændre drop højder for at variere sværhedsgraden af kollisionen.
- Sæt genlyd hyppigheden af vibrerende feeder til 250 Hz med power off.
- Position lokal ventilation over den indtræk.
-
Kollision prøveforberedelse
- Bladrer katalysator prøven af interesse for en repræsentativ størrelse 50 partikler minimum. Bruge en spinning riffler eller riffel-type prøve skillevæg.
- Forsigtigt sigtes den forbehandlede prøve for at undgå små partikler med en længde diameter mindre end eller lig 1.
- Måle den oprindelige formatforhold af prøven ved hjælp af protokollen afsnit 3.
-
Kollision katalysator Drop Procedure
- Manuelt overføre hele prøven i den indtræk.
- Sikre feeder chute outlet er centreret over drop tube.
- Tænde vippekontakt til magten feeder og indstillet til «Start.»
- Tillad alle partikler at falde frit ind i drop rør og gribe ind i bundpladen.
- Sluk for strømmen til feeder, når alle partikler har fodret og faldet.
- Overføre alle partikler fra recovery plade og forsigtigt fjerne bøderne fra prøven ved sigtning for at fjerne støv og chips.
- Måle formatforholdet af prøven ved hjælp af protokollen afsnit 3 til at fuldføre den første dråbe måling udpeget 1 X.
- Bruge udsnit af trin 2.3.7, Gentag trin 2.3.1 til 2.3.6 og måle aspekt ratio hjælp protokollen afsnit 3 til at fuldføre den anden drop måling udpeget 2 X.
- Gentag trinene ovenfor for at fuldføre op til 5 X og 10 X drop målinger.
Bemærk: Man kan vælge at springe over de mellemliggende skærmformat målinger, da billedformatet ændrer kun lidt efter flere dråber.
3. katalysator Aspect Ratio
-
Aspect Ratio prøveforberedelse
- Bladrer katalysator prøven af interesse for en repræsentativ størrelse 50 til 250 partikler. Bruge en spinning riffler eller riffel-type prøve skillevæg til at opnå en repræsentativ stikprøve.
- Prøven sigtes, forberedt for at undgå små partikler med en L/D mindre end eller lig med 1 hvor L er længden af en extrudate mens D står for diameteren af en extrudate.
-
Aspect Ratio Software og Set-up
- Åbn softwaren, og Vælg knappen "SCAN" værktøjslinje øverst på skærmen.
- Tør glasset med en Mikrofiberklud til at fjerne støv. Placer en ren gennemsigtighed ark på scanneren.
- Drys ekstrudater oven på gennemsigtigheden og undgå partikler fra at røre ved hinanden. Placer partiklerne inden for et rektangulært område måling maksimalt 10 cm ved 20 cm.
- Tilfældigt distribuere ekstrudater på tværs af området der skal scannes. Bruge et par pincet til at glide partikler fra hinanden eller at placere dem i mere åbne områder.
- Luk scanner låget.
- Marker figuren af partiklen
- Aktiver beskeden funktion i softwaren indstilling, for at røre partikler (fremhævet med rødt på skærmen), partikler, der er overlappende (eller børstning) kanten af scanningsområdet, og disse er automatisk fjernet, partikler med overdreven krumning, alle partikler, der er alt for lille (f.eks. støv pletter), og eventuelle partikler, der rører hinanden.
- Klik på knappen "Scan" på værktøjslinjen.
Bemærk: Scanneren vil begynde at scanne partikler. Det vil tage mellem 2-3 min. Tabelform resultater og optisk scannede billede vises på skærmen.
-
Aspect Ratio analyse
- Undersøge de scannede resultater og sikre, at alle legit partikler medtages i scanningen.
Bemærk: Legit partikler har og L/D > 1, hvile i en naturlig holdning til scanning og rør ikke ved andre ekstrudater. - Gennemgå hver enkelt partikel, der mistænkes for at røre ved en nærliggende partikel som beregning algoritme ikke er perfekt.
- Fjerne partikler, der hvile forkert på grund af crowding (rørende eller liggende oven på hinanden) med elimineret med softwaren. Alternativt kan du justere den partikel position med pincet og hele prøven kan genscannes.
- Gem resultaterne og registrere følgende oplysninger: gennemsnitlig diameter, gennemsnitlige længde og partikel antallet.
- Undersøge de scannede resultater og sikre, at alle legit partikler medtages i scanningen.
4. bulktransport Crush test
-
Bulk Crush prøveforberedelse
- Katalysator extrudate prøve af interesse bør være riffled for at opnå en passende repræsentant for det samlede beløb.
- Varmebehandle katalysator prøven ved 538 ° C i mindst 1 time i en muffelovn ovn eller lignende og placere det varmt i en ekssikkator og lad det køle af til omgivende betingelser.
-
Bulk Crush Procedure
- Tara katalysator prøvebeholder (kop) og fylde det til bristepunktet med katalysator, således at der er en overskydende katalysator i beholderen.
- Omhyggeligt niveau cup med en metal lige kant uden over pakning sengen.
- Tilbagevejes container med fladede katalysator til at få vægten af prøven.
- Prøven anbringes omhyggeligt i belastning blok og stempel samling. Placer belastning blok på toppen af prøven uden knusning katalysator.
- Placer kugleleje i midten af belastning blok og justere lås arm til den korrekte højde jævnt over kugleleje ved hjælp af en lille Tømrer niveau. Låse arm på plads.
- Kontroller, at trykregulator er indstillet på det pres, der er angivet af brugeren anvendes til eksemplet katalysator.
Bemærk: Typisk, det er i området 5-1000 kPa og det er normalt findes ved trial and error til særlig anvendelse. - Kontroller at belastning kontrolventil og trykventil er åbne og derefter lukke bleed ventil.
Bemærk: Belastning blok vil stige til sine sæt pres. - Vente 60 s for prøven til Reagensglasset.
- Frigive trykket ved at åbne bleed ventil og lukke pres ventil. Watch belastning blok kommer tilbage til sin oprindelige position.
- Låse justerbar lås arm og tage pejling bolden og indlæse blok ud omhyggeligt.
- Måle og registrere indrykningen af prøven efter crush test.
- Sigten ud bøderne. Registrere de bøder, der opsamlet og måle formatforholdet af prøven efter protokol afsnit 3.
Representative Results
Brud af kollision:
For at give læseren en idé om kompleksiteten af betydning af en extrudate på en overflade, blev det anset for at være gavnlig til at levere et par snapshot billeder på den højeste frame-hastighed vi havde til rådighed på tidspunktet (10.000 rammer/s). Figur 2 viser sådanne højhastigheds fotografering og indfanger brud af individuelle ekstrudater, da de påvirker en polycarbonat overflade. Denne flade har den fordel, at det viser tilgangen af extrudate forud for indvirkning af Reflektionsgraden fra overfladen og giver mulighed for klart at definere forekomsten af kontakt. Varigheden af brud af virkninger synes at være mindre end 10-4 s, mens den fulde virkning historie viser, for at være meget komplekse. De kræfter opleves af extrudate som funktion af tiden under kollisionen er meget spidse og uregelmæssig. Den gennemsnitlige deceleration defineret som anslagshastighed over den kontakttid er kun et groft skøn over, hvad der sker. Når multipliceret med massen af extrudate er det igen kun et groft skøn over kraften.
Asymptotiske skærmformat Φ∞ er blevet målt på 25 forskellige slags katalysatorer og deres egenskaber er givet i Beeckman16. Model parameter Φ∞ for hver katalysator er opnået ved ikke-lineær regression ved hjælp af Eq. (2) vist i indledningen.
Figur 3 viser en reduktion i størrelsesforholdet for et typisk frisk katalysator af samme katalysator parti faldt flere gange fra forskellige højder. Denne sekvens viser tydeligt linjeudgang mod den asymptotiske skærmformat, Φ∞ for forskellige drop højder dvs. forskellige sværhedsgrader. Beeckman16 viser, at forskellen i størrelsesforholdet for store drop heights bliver mindre og mindre på grund af træk af omgivende luft i løbet af efteråret, som forsinker en fremskyndelse af ekstrudater og endelig når den terminal velocity for store drop højder. Det viste sig også at ekstrudater følger en anden rækkefølge pause lov, hvilket forklarer tendens kurvens af billedformat med antallet af fortløbende dråber form. Figur 4 viser størrelsesforholdet for den samme katalysator som i figur 3 men nu starter med meget lange Vælg katalysator tråde efter en enkelt indvirkning (hvert datapunkt er genereret fra en enkelt extrudate). De solide symboler repræsenterer gennemsnittet af formatforholdet for hver gruppe af størrelser. Dette viser tilstedeværelsen af den anden asymptote Φα og også en forståelse for den fejllinje, der er involveret, når længden diameter er fremstillet af et meget begrænset antal ekstrudater.
De impulsive kraft, der virker på extrudate under kollisionen kan findes ved at anvende Newtons anden lov. Det er vist, at på den asymptotiske skærmformat Φ∞, sidestille brud kraft at den impulsive kraft fører til den følgende sammenhæng:
(3)
Med den normaliserede dimensionsløs gruppen givet ved:
(4)
Hvor σ, Ψ, p, D og g er henholdsvis katalysator modulus brud, katalysator form faktor, katalysator tæthed, katalysator diameter og tyngdeaccelerationen. Normaliserede dimensionsløs sværhedsgraden af indvirkning S∞ kan udtrykkes som:
(5)
Hvor er v større slagpåvirkning, Δt er varigheden af den kollision og C er en kollision interaktion faktor. Det er yderligere vist at i alt 25 katalysatorer af forskellig størrelse, form og kemiske make-up, der blev testet i drop test der i første tilnærmelse, gruppen 
er hovedsageligt en konstant.
Brud af stress i en fast seng:
Fem katalysatorer vist i tabel 1 er undersøgt med bulk crush test for forskellige belastninger. Under et vist pres, her kaldet kritisk pres, opstår ingen væsentlige ændringer i katalysator skærmformat på sengen. Når trykket stiger over denne kritiske værdi, katalysator extrudate begynder at bryde og formatforhold i sengen justerer naturligt indtil bøjningsstyrke af sengen er igen stand til at modstå den anvendte stress. Et eksempel på en sammenligning af de eksperimentelle resultater og de forventede resultater er vist i figur 5. Forventede værdier er vist som solid kurven og opnås ved begyndt fra start skærmformat Φ0 af katalysator ekstrudater og resterende på denne værdi, indtil det kritiske Tryk Pc er nået. Derefter mindskes værdien af formatforholdet med negative tredjedel magt belastning pres.
Metode til at finde den maksimale tilladte belastning for en seng til at modstå katalysator brud udnytter en afvejning af belastning kraft til styrken af katalysator bed på brud.
Beeckman18 viser, at formatforholdet af katalysator i balance med belastning kraften kan beskrives ved:
(6)
Hvori Φ er extrudate aspect ratio, mens værer er en dimensionsløs gruppen givet ved:
(7)
Hvor σ, er modulus for sprængning, s er den samme extrudate form faktor for kollision, og P er stress. Værdien for Ψ afhænger af seng pakning og ved sengen partikel til partikel kraft interaktioner og forfatterne giver en teoretisk værdi af 61/6 eller omkring 1,35 for Ψ.
For at opsummere, hvis en seng af ekstrudater er indlæst i bulk knuse styrken test og en stress P anvendes, vil derefter ekstrudater bryde hele hele sengen under anvendt stress P til en gennemsnitlig værdi af Eq. (6). Dermed har en seng med en begyndende skærmformat Φ0 et kritisk Tryk Pc det kan modstå givet ved:
(8)
| Katalysator | Figur | D, diameter | Φ0 , oprindelige billedformat | Sørensen, form faktor | Rho, tæthed | Σ MOR | PC, kritisk stress |
| m | (-) | (-) | kgm-3 | MPa | kPa | ||
| A | QUADRULOBE | 1.43E-03 | 3.18 | 2.20 | 1250 | 0,81 | 27,9 |
| B | CYLINDER | 9.50E-04 | 5.92 | 2,55 | 750 | 1.38 | 6.4 |
| C | CYLINDER | 8.30E-04 | 7.48 | 2,55 | 1870 | 2,83 | 6.5 |
| D | TRILOBE | 2.89E-03 | 2.28 | 2.28 | 970 | 0,76 | 69,3 |
| E | CYLINDER | 1.55E-03 | 3,54 | 2,55 | NA | 1,37 | 39.7 |
Tabel 1: Katalysatorer og deres egenskaber ansat i bulk knusning undersøgelse. Tabel 1 viser katalysator egenskaber og afledte stress egenskaber, der gør det muligt for at beregne reduktion i højde-breddeforhold under komprimeringen i bulk knuse styrken måling. Tilpasset fra Beeckman et al. 201718
Figur 1 : Tre-punkts bøjning af en katalysator Extrudate af en ekstern kraft F. Skematisk fremstilling af katalysator, og placeringen af den kraft i midten af de to support punkter til bestemmelse af modulus for sprængning. Mængden af bøjning er stærkt overdrevet. Ifølge elasticitet teori, den aksiale stress er trykstyrke på toppen af extrudate og aksial stress er trækstyrke i bunden af extrudate. Derfor er der en akse med nul stress og dette kaldes barycentrum. Når den trækstyrke stress i bunden når trækstyrke af materialet eller modulus for sprængning, extrudate pauser på den ekstreme fiber placeret allernederst og overfører meget hurtigt for at fuldføre extrudate fiasko. Tilpasset fra Beeckman et al. 2016 16. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2 : Effekt af ekstrudater på en tom polycarbonat overflade. Høj hastighed fotografering viser en sekvens af to katalysator extrudate impingements mod en polycarbonat overflade. Skud er 0,1 ms fra hinanden. Tilpasset fra Beeckman et al. 2016 16. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3 : Højde-breddeforhold som en funktion af faldhøjden og antallet af påvirkninger. Aspect ratio som funktion af faldhøjden eller sværhedsgraden og antallet af påvirkninger. For høj drop højder ændrer den asymptotiske skærmformat kun lidt da ekstrudater nå deres terminal velocity. Tilpasset fra Beeckman et al. 2016 15. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4 : Aspect ratio efter 1 dråbe af katalysator A med et stort indledende formatforhold. Aspect ratio efter en enkelt dråbe af ekstrudater, der har en stor skærmformat før faldet. For sådanne lange ekstrudater bliver den anden asymptote klart synlig selv i nærværelse af væsentlig eksperimentelle fejl på grund af det begrænsede antal ekstrudater anvendes. Tilpasset fra Beeckman et al. 2016 15. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 5 : Katalysator Aspect ratio versus belastning stress for katalysator A. Reduktion af formatforholdet som en funktion af den anvendte belastning stress i bulk knuse styrken måling efter metode ASTM D7084-04. Formatforholdet forbliver konstant, indtil det kritiske tryk er nået hvorefter katalysatoren pauser til mindre og mindre værdier som trykket stiger. Hvert datapunkt er en særskilt måling med frisk katalysator fra begyndelsen. Tilpasset fra Beeckman et al. 201718venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Discussion
Brud af impulsiv styrker som følge af kollision:
Reduktion i extrudate aspekt forholdet på grund af kollision mod en overflade kan måles i et laboratorium drop test. I denne test, ekstrudater er frigivet fra en sliske, falder og fremskynde på grund af tyngdekraften og også opleve træk med den omgivende luft.
Metoden beskrevet ovenfor er indtil videre kun tilgængelig i litteraturen som beskrevet i Beeckman15,16. Indtil for nylig, er den høje grad af kedsomheden at foretage manuelle målinger af caliper for et stort antal ekstrudater sandsynligvis en medvirkende faktor til dette. Eksponeringstiden til omgivende luft og dermed luftfugtighed bør minimeres under og mellem målinger. Hvis det er nødvendigt, kan protokol for drop test skal udføres med en N2 udrensning eller en tør-air purge ind i cylinderen. Man kan også vælge at lade katalysatoren reagensglasset i luften natten over før der træffes nogen målinger gøre fugt pick-up mindre af et problem. Protokol og metode, her har den fordel, at det hurtigt giver formatforholdet for over 100-300 ekstrudater og dermed tager det meste af den variation, der kan observeres med små prøver ud af påstand.
Det er vigtigt, at ekstrudater med en længde diameter mindre end enhed fjernes fra stikprøven, da form anerkendelse software kunne tildele længde og diameter af sådanne katalysator stykker fejlagtigt. Derfor er det også vigtigt at minimere og endnu bedre at eliminere antallet af sådanne kort ekstrudater. Det anbefales derfor, at arbejde med ekstrudater, der har en tilstrækkelig stor skærmformat i begyndelsen af testen og begrænse virkningerne alvorligheden af testen.
For det fremtidige arbejde og fra et grundlæggende perspektiv, ville det være meget interessant at studere kollisionen af enkelt ekstrudater som funktion af deres længde, som funktion af faldhøjden, som en funktion af vinklen, indvirkning og som en funktion af impulsmoment at nævne Jørgensen Ust et par variabler. Efter brud, vil det være interessant at bestemme placeringen af brud overflade langs længden af den oprindelige extrudate. Denne metode kan også være relevant at materialer der ikke er ekstruderet men der snarere opnås ved at trykke på eller for sfæriske pellets og dermed kan have programmer for den farmaceutiske industri og levnedsmiddelindustrien.
Brud på grund af stress i en fast seng
Metoden beskrevet ovenfor er indtil videre kun tilgængelig i litteraturen som beskrevet i Beeckman18. For bulk knuse styrken er det vigtigt at følge standarden opererer protokol, som skitseret i ASTM D7084-0417 grund af repeterbarhed.
Eksponeringstiden til omgivende luft og dermed luftfugtighed bør minimeres under og mellem målinger. Hvis det er nødvendigt, kan protokollen skal udføres i en handskerummet for anvendelsen af bulk knuse styrken.
Som i tilfælde af kollision, kan denne metode også finde anvendelse på materialer, der er ikke ekstruderet men snarere fremstillet ved presning i pellet skema eller sfærisk pellets fremstillet via dryp eller granulering.
Disclosures
Forfatterne har ikke noget at oplyse.
Acknowledgments
Forfatterne anerkender hjælp fra Michael Pluchinsky med høj hastighed fotografering arbejde
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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. , Institut Français du Pétrole publications, Éditions Technip. Paris. (1987).
- Woodcock, C. R., Mason, J. S. Bulk Solids Handling: An Introduction to the Practice and Technology. , Chapman & Hall. New York. (1987).
- Bertolacini, R. J. Mechanical and Physical Testing of Catalysts. ACS Symposium series. , Washington D.C. 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, Elsevier B. V. (2007).
- Heinrich, S. Multiscale Strategy to Describe Breakage and Attrition Behavior of Agglomerates. Frontiers in Particle Science & Technology Conference, Houston, TX. , Available from: www.aiche.org/conferences/frontiers-particle-science-and-technology (2016).
- Wassgren, C. Discrete Element Method Modeling of Particle Attrition. Frontiers in Particle Science & Technology Conference, Houston, TX. , Available from: www.aiche.org/conferences/frontiers-particle-science-and-technology (2016).
- Potyondy, D. Bonded-Particle Modeling of Fracture and Flow. Frontiers in Particle Science & Technology Conference, Houston, TX, 2016. , Available from: www.aiche.org/conferences/frontiers-particle-science-and-technology (2016).
- Potapov, A. Approaches for Accurate Modeling of Particle Attrition in DEM Simulations. Frontiers in Particle Science & Technology Conference, Houston, TX, 2016. , Available from: www.aiche.org/conferences/frontiers-particle-science-and-technology (2016).
- Carson, J. Particle Attrition: The Bane of many Industrial Plants - Problems, Solutions and Red Flags. Frontiers in Particle Science & Technology Conference, Houston, TX, 2016. , Available from: www.aiche.org/conferences/frontiers-particle-science-and-technology (2016).
- 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. , Hannover, Germany. (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).
- ASTM D7084-04, Standard Test Method for Determination of Bulk Crush Strength of Catalysts and Catalyst Carriers. , ASTM International. Conshohocken, PA. Available from: www.astm.org (2004).
- 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).
