방법 논문

파열 모듈러스를 기반으로 하는 예측 촉매 한다 파손

11.6K 조회수

⸱

DOI:

10.3791/57163

⸱

2018년 5월 13일

 ,  ,  ,  , 
1Process Technology Department, Catalyst Technology Division, ExxonMobil Research and Engineering Company

이 논문에서

요약

여기 우리는 표면에 대 한 충돌 또는 고정된 침대에서 압축 압출된 촉매의 파열 했다 촉매 extrudates의 파손의 계수를 측정 하는 프로토콜을 제시.

초록

압출된 촉매 및 표면에 대하여 어느 충돌 또는 고정된 침대에서 강한 부하에 의해 그들의 자연 또는 강제 파손의 기계적 강도 촉매 기술에서 중요 한 현상. 촉매의 기계적 강도 그 여 여기 측정 강도 또는 굽 힘 강도. 이 기술은 업계에서 사용 하는 일반적인 크기의 상용 촉매에 적용의 관점에서 상대적으로 새로운 이다. 촉매는 표면에 대 한 충돌에 의해 파손은 공기를 통해 주변에 수직 파이프 extrudates의가 후 측정 됩니다. 충격 힘 측정 뉴턴의 2 법칙을 적용 하 여 이론적으로 수행 됩니다. 로 인해 촉매 파손의 측정 고정된 침대에서 스트레스 대량 호감 강도 시험의 표준 절차에 따라 이루어집니다. 여기 소설 긴장의 기능으로는 extrudates의 직경 비율에 길이에서 감소를 측정에 초점 이다.

서론

촉매 제조 석유 화학 산업 및 관련된 산업을 지 원하는 백본입니다. 상용 촉매 르 페이지1참조, 일반적으로 잘 지키고 무역 비밀 또는 제조 방법 특허는 그 조리법에 따라 돌출 됩니다. 전형적인 촉매 약 5 m m 직경 1 m m 범위 크기와 다양 한 실린더는 trilobe 또는 quadrulobe 또한 빈 들의 다양 한와 함께 같은 도형에. 지름과 압출된 촉매의 횡단면 종종 잘 제어 하 고, 하는 동안 개별 extrudates의 길이 더 많은 가우시안 분포 같은 개별 길이 일반적으로에서 동등에 대 한 몇 가지 한 직경 직경입니다. 예외 그들은 종료 다 얼굴 잘라 될 수, 충분히 큰 직경의 압출된 촉매 이며, 이러한 많은 어깨 길이 분포를가지고. 석유 화학 산업에 대 한 전형적인 3 m m 직경 압출 촉매의 작은 1 m m의 길이 분포 일반적으로 자연 파손 또는 그들의 본질적인 힘에 따라 강제 파손에 의해 얻을 수 있습니다.

르 페이지1, 멧 도요2, Bertolacini3, 우4 및 Li5 일반적인 촉매 속성 및 강도 측정의 복잡 한 보여. 전형적인 강도 측정 및 상업 설정에서 문학에서 단일 extrudates의 평균 호감 힘의 구성 그리고 대부분의 호감 강도. 두 강도 속성은 촉매 로드 생존과 프로세스에서 사용 하 여 적절 한 강도가지고 여부 판단을 사용 합니다. 종종 또한 마 멸 시험 과정에서 촉매 마찰 저항을 판단에 추가 됩니다. 매우 큰 데이터베이스 촉매 강도와 사용에 상업적인 식물에 있는 경우, 그 정보는 거의 오픈 문학에 액세스할 수 있습니다. 또한, 촉매 조리법의 많은 임시는 하 고 많은 시행 착오 후 설립 되었습니다. 촉매 제조의이 양상의 모델링은 적어도 여전히 도전적 이다.

여기 적용 하는 것은 일반적으로 3-포인트 벤딩 테스트에서 얻은 파열의 오일러-베르누이 모듈러스의 측정에서 얻어진 촉매의 굴곡 힘이 이다. Li6 와 Staub7 촉매의 굽 힘 강도 대 한 언급 하지만 상당히 큰 직경 extrudates에 그들의 일 그리고 직접 응용 모델 촉매 파손에 주어 집니다. 굴곡 강도 거의 측정 하 고 전형적인 상용 촉매 크기에 대 한 문학에서 보고. 또한, 굴곡 강도 자주 촉매 제조에 대 한 적용

측정 및 제조 또는 프로세스에서 사용 하는 동안 촉매의 파손을 모델링 하는 것은 어렵습니다. 그러나 종종 촉매 한다 길이 직경 비율에 힘 법률을 통해 힘에 관련 된 경험적 방법에 따라 모델입니다, 그리고, 많은 경우에이 여전히 강한 임시 구성 요소. 브리지 워터8 입자 파손 전단 하지만 extrudates의 직경 비율에 길이 때문에 대 한 포괄적인 개요 extrudates의 상용 범위에서 설명이 문서를 제공 합니다. 개별 요소 방법 (DEM)과 유한 요소 방법 (FEM) 지금 또한 사용 된다 알갱이의 파손을 조사 하 고 이러한 방법을 기본적인 수준에서 문제를 접근. 하인리히9, Wassgren10, Potyondy11, 포타포프12, 카슨13및이 접근에 대 한 내용은 페르시아어14 참조 제공 됩니다. 방법과 기술을 여기 고용 개선 하려고 촉매 영향 힘을 결정 하기 위해 뉴턴의 2 법칙을 통해 충돌로 인해 파손 모델링 및 파열의 오일러-베르누이 계수에 의해 표현 하는 힘이 균형. 대 한 고정된 침대, 부하 힘 및 굴곡 강도 적용 되 고이 부하의 기능으로 침대의 가로 세로 비율을 예측할 수 있습니다 침대의 균형에 부하 스트레스로 파손. 매우 중요 한 위치는 측정 방법을 스스로 잘 제어 조건과이 측면에서 적용 해야 하는 포괄적으로 상세한이 종이에 여기. 예를 들어, 그것은 잘 알려진 촉매 강도 강하게 영향을 및 또한 사용의 조건에 의해 적용 되는 열 처리에 의해 때 촉매 습기를 선택할 수 있습니다. 열 처리 온도 일반적으로 높은 수 분 픽업은 일반적으로 그것을 약화 하는 동안 촉매를 강화. 그것은, 따라서, 그것을 만들기 위하여 촉매의 사용에 대 한 대표적인 제조 중 필요한 강도 적절 한 열 처리 본 촉매에 측정 되 고 수 분은 중요 한 제어 또는 동안에 과정에서 그것의 사용. 조금 구체적으로 측정 하 고 석유 화학 산업에 대 한 일반적인 촉매 extrudates의 직경 비율에 길이 모델 문학에서 발견 된다. 최근, Beeckman15,16 자연 파손 및 충돌 때문에 촉매의 강제 파손 예측 하는 촉매의 굽 힘 강도 사용 하고있다. 여기 특정 관심 촉매 가로 세로 비율 (L/D)를 대표 하는 샘플에 개별 촉매 extrudates의 직경 비율에 길이의 산술 평균으로 정의 되는 제공 됩니다. 여기 설명 하는 실험 방법을 비교적 간단 하 고 근본적으로 연구 하 고 이론적 치료 실험 측정 비교 허용 한다.

촉매의 파열 (MOR)의 계수는 휨 강도 측정 이다. 레온하르트 오일러와 다니엘 베르누이 1750's에서 다시 파열에서 강도와 탄성 행동을 처음 이론적으로 소리 접근을 개발 했다. 그림 1 벤딩 테스트와 파열 힘 Fr의 회로도 보여준다. 원통형 한다 특정 경우에, 파열 계수에서 산출 될 수 있다:

figure-introduction-1(1)

여기서 σ 파열의 계수 라고 하 고 스트레스 (Pa)의 크기를 하고있다. W 는 2 개의 지원 포인트 사이의 거리 D 는 한다의 지름을 의미 합니다. 변수 s 모양 요소 이며 8/π는 실린더에 대 한 같습니다. 뿐만 아니라 실험 기간 동안 세력과 손을 스트레스의 포괄적인 설명에 대 한 방법을 다루는 다른 횡단면 모양 참조 Beeckman16주어 집니다. 특히, σ 는 한다의 횡단면에 수직으로 이동 하 고 두 개의 지원 포인트 사이의 중간에 극단적인 섬유에 있는 파열에서 인장 응력 이다.

표면으로 한다의 충돌, Beeckman15 표시 두 점근 한다 가로 세로 비율에 대해 존재 합니다. Φ∞ 라는 첫 번째 우리는 많은 반복된 충격에 도달. 충돌 시 파손, 후 짧은 촉매 적은 추진력 있고 따라서 충격에 더 적은 힘을 경험 때문에 쉽게이 점근 행동 이해 된다. 같은 시간에, 짧은 촉매도 토크의 관점에서 휴식 시간에 더 많은 힘을 필요로 하며 따라서 촉매 점근 가로 세로 비율 Φ∞ 많은 영향에 도달 것으로 예상 된다. Φα 라는 두 번째 우리는 때 extrudates는 충분히 긴 단일 충격 후에 도달. 긴 extrudates 비례적으로 더 많은 추진력과 휴식 첫 번째 충격에 그들의 길이 따라 여러 장소에 있고 종횡비 게시물 충돌 Φα를 지정 하는 두 번째 우리에 도달. 두 점근 회귀 충돌 데이터에서 반복된 충격의 수의 기능으로 가로 세로 비율을 측정 하 여 찾을 수 있습니다.

figure-introduction-2(2)

Φ0 는 초기 가로 세로 비율 및 Φj j 상품 가로 세로 비율입니다. 매개 변수 Φ∞ 와 Φα 물리 기계 의미는 촉매의 강도와 영향의 심각도 관련 있다. 영향의 심각도 비록 큰 드롭 높이 대 한 촉매 터미널 속도 접근 하 고 밖으로 심각도 수준 것입니다는 따라서 드롭 높이 변화 하 여 다양 한 수 있습니다.

입자 길이 입자 직경의 제조 시 촉매의 중요 한 속성은 사용 하 여. 촉매 입자의 모양과 크기에 그들의 포장 특성 요인 결정도 촉매 침대에 걸쳐 압력 강하를 좌우 하 고. 이전 일, 이러한 속성은 종종 손으로 측정 하 고 이것은 매우 지루한 절차. 이제, 이러한 속성 쉽게 의해 얻어질 수 있다 먼저 광학 촉매 extrudates의 큰 샘플을 검색. 그런 다음 개별 입자 크기를 결정 하는 데 사용 됩니다 이미징 소프트웨어. 많은 수를의 입자를 신속 하 고 정확 하 게 분석할 Beeckman15를 참조 하십시오 수 있습니다. 이러한 시스템은 효과적으로 인식 하 고 여러 가지 직경 길이 될 수 있는 길이 0.8 4.0 m m의 범위에 직경을 가진 입자를 측정 조정 된다. 이 방법은 촉매의 "위에서 아래로" 보기를 사용 하 고 따라서 "광학" 직경을 생성 합니다. 특정 도형에 대 한 캘리퍼스와 수동으로 결정 광학 직경 직경 값을 비교 하는 때 배려를 발휘 해야 합니다.

촉매 및 촉매 캐리어, ASTM D7084 0417 여기서 대량 호감 강도 테스트 허용된 표준 테스트 방법입니다. 촉매는 원통형 셀에 로드 되 고 압력 (스트레스) 5 1000 kPa 범위에 일반적으로 적용 되 고 equilibrate 수 있습니다. 각 압력 포인트 후 촉매 로드 됩니다. 촉매 벌금 촉매 샘플에서 상영 되며 촉매 샘플의 가로 세로 비율을 정확 하 게 측정 하는 대표적인 샘플을 얻기 위해 riffled 동안. 이 원고는 부하의 함수로 파손 후 가로 세로 비율의 감소에 집중 표준 대량 호감 강도 테스트 절차 촉매 강도 측정 하기 위해 만들어진 벌금의 금액에 집중, 하는 동안, 또한 Beeckman18 참조 .

프로토콜

사용 예: 적절 한 개인 보호 장비 안전 안경, 장갑 등 이 원고에 어떤 작업을 수행 하기 위한 시작 자료 인지, 휨 강도 측정에 대 한 충돌, 가로 세로 비율 또는 대량 분쇄 항상 extrudates 실험실 연구 또는 파일럿 장비 연구에서 얻은 여기 사용 또는 상업 자료. 촉매 한다 강도 전처리 조건에 따라 다릅니다 따라서 사용자 적절 한 치료를 선택 하는 것이 중요 하다. 강도 관점에서 적어도 더 연구에 사용 하는 재료를 결정 하는 측정의 결과 수 있습니다.

1. 휨 강도

  1. 휨 강도 샘플 준비
    1. 관심 최소 25 입자의 크기를 대표 한다 샘플 riffle 회전 riffler 또는 리플 형 샘플 구분선을 사용 합니다.
      참고: 촉매 강도 열 전처리에 의존, 따라서 샘플 전처리에 관한 사용자에 의해 만들어질 특정 선택 해야 합니다.
    2. 다음 두 가지 일반적인 전처리 중 하나를 수행 하지만 그들의 상태는 사용자의 필요에 따라 변경 될 수 있습니다.
      1. 538 ° C 1 h에서 샘플 calcine
        1. 도자기 그릇 이나 내 열 비 커에 25 riffled 촉매 extrudates의 최소를 배치 합니다.
        2. 장소 1 h 538 ° C에서 굴절 형 싸십시오 오븐으로 촉매와 함께 요리.
        3. Calcination, 후는 desiccator에 뜨거운 샘플을 놓고 주변 조건에 냉각 허용 합니다.
      2. 최소 2 h 121 ° C에서 샘플을 건조.
        1. 도자기 그릇 이나 내 열 비 커에 25 riffled 촉매 extrudates의 최소를 배치 합니다.
        2. 건조 오븐, 2 h의 최소 121 ° C에 대 한 설정에 촉매를 가진 접시를 놓습니다.
        3. 건조 오븐에서 뜨거운 샘플을 제거 하 고는 desiccator에 배치 하 고 주위 조건에 냉각을
  2. 굽 힘 강도 계측 설정
    참고:     ± 10% 파열의 계수에 대 한 오차 막대입니다. 제조업체에서 규정 하는 절차에 따라 매일 장비를 보정. 올바르게 MOR의 계산으로는 샘플의 모양을 일치 하는 메서드는 모양 요인에 따라 달라 집니다를 선택 합니다.
    1. 벤딩 테스트 프레임을 시작 하 고 시스템을 사용 하기 전에 적어도 20 분을 위해 따뜻한. 그런 다음 필요한 소프트웨어를 엽니다.
    2. 제조업체 지침 당 10 N (10 뉴턴 힘) 로드 셀을 연결 합니다.
    3. 5-m m 지원 범위와 0.2 m m/sec의 모 루 속도 선택 합니다.
      참고: 그 속도의이 속도 대 한 촉매 변형 속도 민감한 지역에 그리고 파열 재현은 관찰 되었다.
    4. 결과 탭에서 ' 계수의 파열 (MOR)'와 ' 최대 힘 '을 선택 합니다.
    5. MOR 프레임에 크로스는 단단히 프레임 콘솔에 "반환" 버튼을 누르면 "0" 위치에 확인 하십시오. 다른 직경의 extrudates를 사용 해야 하는 경우에 크로스 헤드 및 모 루의 위치를 변경할 수 있습니다.
  3. 굽 힘 강도 측정
    1. desiccator에서 촉매 한다 샘플을가지고 고 건조 가스의 담요를 만들려고 그것을 통해 위쪽으로 불고 N2 는 거꾸로 5-6 cm 직경 필터에 배치.
    2. 족집게를 사용 하 여 필터 트레이에서 한다 견본을 지원 빔에 걸쳐 놓습니다. 수 분 픽업을 최소화 하기 위해 측정 한다 견본 배치 시간을 최소화 합니다.
    3. 오른쪽 및 전면 지원 광선에 가능한 왼쪽으로 촉매 한다 견본을 최고로 센터
    4. 오른쪽 도구 모음에서 "시작" 아이콘을 클릭 합니다.
      참고: 이 단계는 한다 선을 넘어 구부려 되 고 따라서 테스트는 그런 의미에서 파괴.
    5. 크로스 헤드를 중지 하 고 발생 하는 부하에 40% 하락 시 시작 위치를 반환 합니다 확인 하십시오.
      참고: 이 일반적으로 한다 파손 시 발생합니다.
    6. 다음 한다 계속 오른쪽 도구 모음에서 "다음" 아이콘을 선택 합니다.
    7. "다시" 결과 테이블 및 그래프에 데이터 요소를 보려면 누르십시오.
    8. 25 한다 견본을 측정 한 후 ' 완료 샘플 '을 선택 합니다.
      참고: 힘 속성 사용 하 여 보고서를 생성 하는 소프트웨어

2. 충돌 테스트

참고: 개별 촉매 extrudates 서로 방해 하지 않고 드롭 튜브의 아래쪽에 빈 표면 본질적으로 충돌 하는 촉매는 드롭 튜브 먹이 공급된 율은 낮은 유지 됩니다.

  1. 충돌 장비 준비
    1. 드롭 튜브 (0.15 m 직경 및 1.83 m 긴 플라스틱 튜브) 복구 플레이트 조립 (316 SS) 하단에. 가운데 드롭 튜브에 피더 방전 선택 (여기 1.83 m)의 올바른 높이 설정 합니다. 충돌의 심각도를 드롭 높이 변경 합니다.
    2. 설정에서 전원 주입기 250 hz의 주파수를 울려.
    3. 위치 피드 호퍼를 통해 로컬 환기입니다.
  2. 충돌 샘플 준비
    1. 최소 50 입자의 크기를 대표 하는 관심의 촉매 샘플 riffle 회전 riffler 또는 리플 형 샘플 구분선을 사용 합니다.
    2. 부드럽게 길이 직경 비율에 더 적은 보다 1 작은 입자를 피하기 위하여 준비 된 샘플을 체질.
    3. 프로토콜 섹션 3 사용 하 여 샘플의 초기 가로 세로 비율을 측정 합니다.
  3. 충돌 촉매 드롭 절차
    1. 수동으로 피드 호퍼로 전체 샘플을 전송 합니다.
    2. 급지대 활송 콘센트 가운데 드롭 튜브에 확인 하십시오.
    3. 피더를 전원을 공급 하 고 '시작'으로 설정 토글 스위치 설정
    4. 모든 입자를 드롭 튜브에 자유롭게가 고 바닥판에 범 하다 수 있습니다.
    5. 일단 모든 입자는 먹이 하 고 떨어졌다 피더를 해제 합니다.
    6. 복구 접시에서 모든 입자를 전송 하 고 부드럽게 체질 먼지와 칩을 제거 하 여 샘플에서 벌금을 제거 합니다.
    7. 첫 번째 드롭 측정 1 X 지정을 완료 하려면 프로토콜 섹션 3 사용 하 여 샘플의 가로 세로 비율을 측정 합니다.
    8. 2.3.7 단계의 샘플을 사용 하 여 단계 2.3.1 2.3.6 반복 하 고 두 번째 드롭 측정 2 X 지정을 완료 하려면 프로토콜 섹션 3 사용 하 여 가로 세로 비율을 측정.
    9. 최대 5 배를 완료 하는 위의 단계를 반복 하 고 10 배 드롭 측정.
      참고: 하나 때문에 가로 세로 비율 변경 작은 여러 상품 중간 가로 세로 비율 측정을 건너 선택할 수 있습니다.

3. 촉매 가로 세로 비율

  1. 가로 세로 비율 샘플 준비
    1. 50 ~ 250 입자의 크기를 대표 하는 관심의 촉매 샘플 riffle 회전 riffler 또는 리플 형 샘플 분배기를 사용 하 여 대표 하는 샘플을 얻기 위해.
    2. 어디 L 약자는 한다의 길이 D는 한다의 직경에 대 한 서는 L/d 적은 1 보다 작거나 작은 입자를 피하기 위해 준비 된 샘플 체질.
  2. 가로 세로 비율 소프트웨어 및 설정
    1. 소프트웨어를 열고 화면 상단에 "검색" 도구 모음 단추를 선택 합니다.
    2. 모든 먼지를 제거 하는 마이크로 화이버 천으로 유리를 닦습니다. 스캐너에 깨끗 한 투명 시트를 놓습니다.
    3. 투명도 위에 extrudates를 뿌린 다 고 만지고에서 입자를 방지. 20 cm에 의해 최대 10 cm를 측정 하는 사각형 영역 내에서 입자를 놓습니다.
    4. 무작위로 검색 영역에 extrudates를 배포 합니다. 핀셋의 쌍을 사용 하 여 서로 떨어져 입자를 또는 더 개방 지역에 그들을 배치.
    5. 스캐너 덮개를 닫습니다.
    6. 입자의 모양을 선택합니다
    7. 활성화 메시지는 입자 입자 (화면에 빨간색으로 강조 표시), 감동에 대 한 설정 하는 소프트웨어에 기능 중복 (또는 솔 질) 스캔 영역 가장자리가 자동으로 제거, 과도 한 곡률을 가진 모든 입자 어떤 입자는 너무 작은 (예: 먼지 얼룩) 및 모든 입자를 서로만 지는.
    8. "스캔" 도구 모음 단추에 클릭 합니다.
      참고: 스캐너는 입자를 스캔 하기 시작 합니다. 그것은 2-3 분 사이 걸릴 것 이다. Tabulated 결과 광학 스캔 한 이미지는 화면에 표시 됩니다.
  3. 가로 세로 비율 분석
    1. 스캔 한 결과 검사 하 고 모든 합법적인 입자는 검색에 포함 합니다.
      참고: 합법적인 입자 및 L/D > 1, 스캔에 대 한 자연 스러운 위치에 휴식 하 고 다른 extrudates를 만지지 마십시오.
    2. 계산 알고리즘은 완벽 한 인접 입자를 만지기의 각 입자를 검토 합니다.
    3. 소프트웨어 제거 입자와 군집 (감동 또는 서로 거짓말) 잘못 나머지를 제거 합니다. 또는, 핀셋으로 입자의 위치를 조정 하 고 전체 샘플 다시 검색 될 수 있습니다.
    4. 결과 저장 하 고 다음 정보를 기록: 평균 직경, 평균 길이 및 입자 수.

4. 대량 짝사랑 테스트

  1. 대량 호감 샘플 준비
    1. 관심의 촉매 한다 샘플 총 금액의 적당 한 대표를 얻기 위하여 riffled 한다.
    2. 최소 1 시간 싸십시오 오븐에서 또는 이와 유사한 538 ° C에서 촉매 샘플 열은 desiccator에 뜨거운 장소 고 주위 조건에 냉각 있습니다.
  2. 대량 호감 절차
    1. Tare 촉매 샘플 컨테이너 (컵)와 컨테이너에 촉매를 초과 되도록 촉매와 범람을 입력 하십시오.
    2. 신중 하 게-침대를 포장 하지 않고 금속 직선 모서리와 컵 수준.
    3. 샘플의 무게를 수준별된 촉매와 컨테이너 reweigh
    4. 조심 스럽게 부하 블록 및 피스톤 어셈블리에 샘플을 배치 합니다. 촉매를 분쇄 하지 않고 샘플 위에 로드 블록을 배치 합니다.
    5. 로드 블록의 중앙에 볼 베어링을 놓고 작은 목수의 수준을 사용 하 여 볼 베어링에 적절 한 높이에 잠금 팔을 균등 하 게 조정 합니다. 자리에 팔을 고정 합니다.
    6. 압력 레 귤 레이 터 촉매 샘플에 적용 되는 사용자 지정 된 압력에 설정 되어 있는지 확인 하십시오.
      참고: 일반적으로, 그것은 5-1000 kPa 범위에 그리고 그것은 일반적으로 특정 응용 프로그램에 대 한 시행 착오에 의해 발견.
    7. 부하 제어 밸브와 압력 밸브 개방 및 블리드 밸브를 닫습니다 확인 합니다.
      참고: 로드 블록의 설정된 압력에 일어날 것 이다.
    8. 60 기다려 equilibrate 샘플에 대 한 s.
    9. 블리드 밸브를 열고 압력 밸브를 닫는 압력을 분리 하십시오. 시계를 원래 위치로 다시 오는 부하 블록.
    10. 조정 가능한 잠금 팔의 잠금을 해제 하 고 베어링 볼을가지고 신중 하 게 밖으로 블록을 로드.
    11. 측정 하 고 짝사랑 테스트 후 샘플의 들여쓰기를 기록 합니다.
    12. 벌금 체질. 수집 하는 벌금을 기록 하 고 프로토콜 섹션 3에 따라 샘플의 가로 세로 비율을 측정.

결과

충돌에 의해 파손:
그것은 것으로 생각 되었다 독자에 게 복잡 한 표면에 한 한다의 영향의 아이디어를 제공, 높은 프레임 속도에서 몇 스냅샷 사진 공급에 도움이 했습니다 사용할 수 있는 시간 (10, 000 프레임/s)에서. 그림 2 같은 고속 사진 표시 및 그들은 폴 리 탄산염 표면에 영향을 개별 extrudates의 파손을 캡처합니다. 이 표면 표면에서의 반사율에 의해 영향을 하 고 명확 하 게 접촉의 인스턴스를 정의할 수 있게 한다 이전에 접근 보여줍니다 추가한 이점이 있다. 충격에 의해 파손의 기간 전체에 미치는 영향 역사는 매우 복잡 한 것을 보여줍니다 하는 동안 10-4 s를 것 처럼 보인다. 충돌 하는 동안 시간의 기능으로 한다 경험된 세력은 매우 아군 하 고 불규칙 한. 연락처 장기적 영향 속도로 정의 평균 감속만 무슨 일이의 대략적인 견적입니다. 한다의 질량을 곱한 때 다시 힘의 단지 어림 셈 이다.

점근 가로 세로 비율 Φ∞ 촉매의 25 종류에 결정 되어 있고 그들의 속성 Beeckman16에 주어진 다. 각 촉매에 대 한 모델 매개 변수 Φ∞ 비 선형 회귀 식 (2) 도입에 표시를 사용 하 여 얻은 되었습니다.

그림 3 반복적으로 서로 다른 높이에서 떨어졌다 동일한 촉매 배치의 일반적인 신선한 촉매의 가로 세로 비율에 있는 감소를 보여준다. 이 순서는 명확 하 게 점근 가로 세로 비율, 다른 드롭 높이 즉,에 대 한 Φ∞ 쪽으로 라인 아웃을 보여 줍니다. 다른 심각도입니다. 큰 드롭 높이 대 한 가로 세로 비율에 차이가 작아집니다 Beeckman16 표시는 extrudates의 가속을 속도가 느려집니다 그리고 마지막으로 큰 하락에 대 한 최종 속도 도달 하는 동안 주변 공기 끌기 때문에 작은 높이입니다. 그것은 또한에서 extrudates 수 연속 하락의 가로 세로 비율의 추세 곡선의 모양을 설명 하는 두 번째 순서 휴식 법을 따라 표시 했다. 그림 4 는 이제 단일 충격 (각 데이터 포인트는 단일 한다에서 발생) 후 매우 긴 선택 촉매 가닥으로 시작 하지만 그림 3 에서처럼 동일한 촉매의 가로 세로 비율. 단단한 기호 크기의 각 그룹에 대 한 가로 세로 비율의 평균을 나타냅니다. 이 두 번째 점근 Φα 와 또한 직경 비율에 길이 extrudates의 매우 제한 된 수에서 얻은 관련 된 오차 막대에 대 한 감사의 존재를 보여줍니다.

뉴턴의 제 2 법칙을 적용 하 여 충돌 동안에 한다에 작동 하는 충 동적인 힘을 찾을 수 있습니다. 점근 가로 세로 비율 Φ∞에 충 동적인 힘을 파열 힘을 동일시 리드 다음과 같은 상관 관계를 보여 줍니다.

figure-results-1(3)

표준화 된 치수 그룹에 의해 주어진:

figure-results-2(4)

여기서 σ, Ψ, p, D , g 는 각각 파열, 촉매 모양 요인, 촉매 농도, 촉매 직경 및 중력 가속도의 촉매 계수입니다. 표준화 된 치수 심각도 영향 S∞ 의 표현 될 수 있습니다.

figure-results-3(5)

V 충격 속도, Δt 는 기간 충돌 및 C 가 충돌 상호 작용 요소입니다. 더는 다른 크기의 25 촉매의 총, 모양 및 화학 메이크업 드롭에서 테스트 하는 테스트는 첫번째 근사, 그룹에에서 표시 하는 figure-results-4 는 근본적으로 상수.

고정 베드에서 스트레스로 파손:
표 1 에 표시 된 5 개의 촉매는 다양 한 압력에 대 한 대량 호감 테스트와 함께 조사 됩니다. 여기 임계 압력 이라고 특정 압력 아래 필수 변경 침대의 촉매 종횡비에서 발생 합니다. 일단이 임계값 위의 압력 증가, 촉매 한다 뜨 시작 하 고 침대에서 가로 세로 비율 조정 자연스럽 게 침대의 굴곡 강도 다시 적용된 스트레스를 견딜 수 있을 때까지. 비교 실험 결과 예측된 결과의 예는 그림 5에 나와 있습니다. 예측된 값 단단한 곡선으로 표시 되 고 촉매 extrudates의 시작 화면 비율 Φ0 에서 시작 하 고 임계 압력 Pc 에를 때까지 그 값에 나머지에 의해 얻어진 다. 그 후, 가로 세로 비율의 값의 부하 압력 부정적인 1/3 전력 감소 한다.

촉매 파손을 견딜 수 있도록 침대에 대 한 최대 허용 부하를 찾을 방법을 파열에서 촉매 침대의 강도에 부하 힘의 균형을 이용 한다.

Beeckman18 부하 힘의 균형에 촉매의 가로 세로 비율에 의해 기술 될 수 있다 보여준다:

figure-results-5(6)

점에서 Φ r 이다 크기가 없는 그룹에 의해 주어진 동안 한다 가로 세로 비율 이다:

figure-results-6(7)

여기서 σ, 파열, s 의 탄성 충돌에 관해서는 동일한 한다 모양 요소 이며 P 는 스트레스입니다. Ψ 값 침대 포장에 의해 결정 되 고 침대 입자 입자에 의해 상호 작용 그리고 저자 Ψ에 대 한 이론적인 값 61/6 또는 약 1.35 줄.

요약, extrudates의 침대는 대량에서 로드 되 면 호감 강도 테스트 및 스트레스 P 적용, 다음은 extrudates 휴식 것입니다 적용 스트레스 P 전체 침대에 걸쳐 식 (6)에 의해 주어진 평균 값을. 따라서 시작 화면 비율 Φ0 침대는 임계 압력 Pc 견딜 수 있는 제공한:

figure-results-7(8)

촉매모양D, 직경Φ0 , 초기 가로 세로 비율s, 모양 요소밀도 ρΣ MORPc, 중요 한 스트레스
m(-)(-)kgm-3 MPakPa
AQUADRULOBE1.43E-033.182.2012500.8127.9
B실린더9.50E-045.922.557501.386.4
C실린더8.30E-047.482.5518702.836.5
DTRILOBE2.89E-032.282.289700.7669.3
E실린더1.55E-033.542.55NA1.3739.7

표 1: 촉매 및 그들의 속성 연구를 분쇄 하는 대량에서 고용. 표 1 보여줍니다 촉매 속성 및 파생된 스트레스 속성 일괄에서 압축 하는 동안 가로 세로 비율에 있는 감소를 계산을 허용 하는 분쇄 강도 측정. Beeckman 외. 201718 에서 적응

figure-results-8
그림 1 : 3-포인트 절곡 F. 외부 힘으로 촉매 한다의 파열 모듈러스의 결정에 대 한 두 개의 지원 포인트 중간에 적용 되는 힘의 위치와 촉매의 도식 표현입니다. 굽 힘의 크기는 매우 과장 된다. 신축성 이론에 따르면 축 스트레스는 한다 상단에 압축 이며 축 스트레스는 한다의 밑에 인장 이다. 따라서 제로 스트레스와 축 이며이 중심 이라고. 하단에는 인장 응력이 재료의 인장 강도 또는 파열의 계수에 도달 하면는 한다 매우 하단에 있는 극단적인 섬유에서 휴식과 완료 한다 실패를 매우 빠르게 전파. Beeckman 외. 2016 16에서 적응. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

figure-results-9
그림 2 : 빈 폴 리 탄산염 표면에 Extrudates의 영향. 고속 사진 폴 리 탄산염 표면에 대 한 2 개의 촉매 한다 impingements의 순서를 보여주는. 촬영은 서로 0.1 ms. Beeckman 외. 2016 16에서 적응. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

figure-results-10
그림 3 : 드롭 높이 충격의 수의 기능으로 가로 세로 비율. 드롭 높이 또는 심각도 충격의 수의 기능으로 가로 세로 비율. 높은 드롭 높이 대 한 점근 종횡비 변경만 약간 이후로 extrudates 그들의 최종 속도 도달 합니다. Beeckman 외. 2016 15에서 적응. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

figure-results-11
그림 4 : 큰 초기 종횡비 촉매 A 1 방울 후 종횡비. Extrudates 드롭 전에 큰 가로 세로 비율의 한 방울 후 가로 세로 비율. 이러한 긴 extrudates에 대 한 두 번째 점근 extrudates 사용의 제한 된 수의 실질적인 실험 오류 존재도 노골적으로 표시 됩니다. Beeckman 외. 2016 15에서 적응. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

figure-results-12
그림 5 : 촉매 종횡비 촉매 대답에 대 한 부하 스트레스 대 대량 호감 강도 측정 방법 ASTM D7084-04에에서 적용 된 부하 스트레스의 기능으로 가로 세로 비율의 감소. 가로 세로 비율 임계 압력 세미콜론이 촉매를 작은 휴식과 작은 압력 증가 값에 도달할 때까지 일정 유지. 각 데이터 포인트는 처음부터 신선한 촉매와 별도 측정입니다. Beeckman 외. 201718에서 적응이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

토론

충돌로 인해 충 동적인 힘에 의해 파손:
실험실 드롭 테스트에서 한다 종횡비는 표면에 대 한 충돌 때문에 감소를 측정할 수 있습니다. 이 테스트는 extrudates는 낙하산에서 발표는가 및 중력 때문 속하고 드래그 경험 주위 공기.

위에서 설명한 방법은 지금까지 문학 Beeckman15,16에 설명 된 대로 사용할 수 있습니다. 최근까지, 수동 측정 캘리퍼스 extrudates의 많은 수 있도록 tediousness의 높은 수준의 가능성이이 기여 요소 이다. 노출 시간을 주변 공기와 중 고 측정 사이 습도 최소화 해야 한다 그러므로. 필요한 경우 드롭 테스트에 대 한 프로토콜 실린더에 N2 지우기 또는 건조 공기 제거를 사용 하 여 수행 해야 합니다. 하나는 또한 문제점의 더 적은 습기 픽업을 어떤 측정 전에 밤새 주변 공기에 equilibrate 촉매를 하도록 선택할 수 있습니다. 프로토콜 및 방법이 여기는 신속 하 게 대 한 가로 세로 비율을 생성 혜택 이상 100-300 extrudates 따라서 걸리는 경합에서 작은 샘플 관찰 될 수 있는 다양성의 대부분.

그것은 중요 한 길이 직경 비율에 그 extrudates 모양 인식 소프트웨어 길이 같은 촉매 조각의 직경 잘못 할당 수 이후 화합 샘플에서 제거 하는 보다. 따라서 그것은 또한 최소화 하 고 더 나은 아직 이러한 짧은 extrudates의 숫자를 제거 하는 것이 중요입니다. 따라서, 테스트의 영향 심각도 제한 하 고 충분히 큰 종횡비는 테스트의 시작 부분에 있는 extrudates와 함께 작동 하도록 하는 것이 좋습니다.

미래의 작품에 대 한 및 기본적인 관점에서 그것은 매우 충돌 한 extrudates의 그들의 길이의 기능으로 드롭 높이의 기능으로 영향 각도의 함수로, 각 운동량 j 언급의 기능으로 공부 재미 있을 것 이다 우 스 트 몇 가지 변수. 파손 시 원래 한다의 길이 따라 파열 사용의 위치를 확인 하려면 흥미로울 것입니다. 이 방법론 또한 재료를 압출 하지는 하지만 오히려 구형 펠 릿 또는 눌러 얻을 수 있습니다 그리고 그러므로 제약 업계와 식품 산업에 대 한 응용 프로그램을 할 수 있습니다에 적용 되지 수 있습니다.

파손 고정된 침대에서 스트레스로 인해
위에서 설명한 방법은 지금까지 문학 Beeckman18에 설명 된 대로 사용할 수입니다. 대량 호감 강도 대 한 ASTM D7084-04 반복성의 이유로17 에 설명 된 대로 프로토콜을 운영 하는 표준에 따라 중요 하다.

노출 시간을 주변 공기와 중 고 측정 사이 습도 최소화 해야 한다 그러므로. 필요한 경우 프로토콜 대량 호감 강도의 응용 프로그램에 대 한 장갑 상자에서 수행 해야 합니다.

충돌의 경우,이 방법론 또한 적용 하지 돌출 하지만 오히려 떨어지는 또는 알갱이 만듦을 통해 얻은 둥근 펠 릿 또는 펠 릿 모양으로 눌러 얻은 자료를 찾을 수 있습니다.

공개 사항

저자는 공개 없다.

감사의 글

저자는 마이클 Pluchinsky 고속 사진 작업 도움 인정

재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
파열 계수 (MOR)INSTRONMODEL 5942 SINGLE COLUMN TABLE TOP
파열 계수 (MOR)INSTRON10 NEWTON LOAD CELL
파열 계수 (MOR)INSTRON50 NEWTON LOAD CELL
파열 계수 (MOR)INSTRONBLEUHILL 3 SOFTWARE
FilterVWRBUCHNER FILTER
화면 비율 (평균 L/D)EPSONPERFECTION V700 PHOTO INSTRUMENT
소프트웨어CASCADE DATA SYSTEMSALIAS 3-4 SOFTWARE
RifflingHUMBOLDT MFG. CoSPINNING RIFFLER Riffling
HUMBOLDT MFG. CoRIFFLE -TYPE SAMPLE DIVIDER
체 스크린VWR미국 메쉬 체 스크린, # 16

참고문헌

  1. Le Page, J. F. Applied Heterogeneous Catalysis. , Institut Français du Pétrole publications, Éditions Technip. Paris. (1987).
  2. Woodcock, C. R., Mason, J. S. Bulk Solids Handling: An Introduction to the Practice and Technology. , Chapman & Hall. New York. (1987).
  3. Bertolacini, R. J. Mechanical and Physical Testing of Catalysts. ACS Symposium series. , Washington D.C. 380-383 (1989).
  4. 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).
  5. 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).
  6. Li, Y., et al. Measurement and statistics of single pellet mechanical strength of differently shaped catalysts. Powder Technol. 113, 176-184 (2000).
  7. 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).
  8. Bridgwater, J. Chapter 3, Particle Breakage due to Bulk Shear. Handbook of Powder Technology, 1st ed. 12, Elsevier B. V. (2007).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).

재인쇄 및 허가

이 JoVE 논문의 텍스트 또는 그림 재사용 허가 요청

허가 요청

태그

관련 논문