1 前言

顆粒強度是評價催化劑顆粒物理機械性能的核心指標之一。柱形催化劑廣泛應(yīng)用于石油化工、煤化工、精細化工等領(lǐng)域，其顆粒在工業(yè)反應(yīng)器中承受床層壓力、氣流沖擊以及溫度變化等復(fù)雜工況。顆粒強度不足的催化劑在運輸、裝填及使用過程中容易破碎粉化，不僅造成催化劑損耗增加，還可能導(dǎo)致反應(yīng)器壓差升高、下游設(shè)備堵塞等嚴重后果。

柱形催化劑與球形催化劑的受力方式不同。柱形催化劑在工業(yè)應(yīng)用中主要承受徑向載荷，因此其顆粒強度以徑向顆粒強度作為核心評價指標。部分柱形催化劑還需測定軸向顆粒強度，以評估其在反應(yīng)器中承受上層床層壓力的能力。《HG/T 2782-2024 化工催化劑顆?？箟核榱Φ臏y定》明確規(guī)定了條形、環(huán)形、圓柱形等顆?；ご呋瘎┑膹较蝾w粒強度測定方法。柱形催化劑為硬質(zhì)脆性顆粒，受壓達到臨界壓力后直接破碎，適配儀器脆性顆粒-柱形顆粒檢測模式。

本方案基于HM-KD顆粒強度測定儀構(gòu)建標準化檢測體系，依據(jù)HG/T 2782-2024及GB/T 44750-2024標準，結(jié)合柱形催化劑的顆粒特性，詳細規(guī)定了樣品選取、尺寸測量、測定步驟及結(jié)果計算方法，確保檢測結(jié)果準確可靠，滿足產(chǎn)品質(zhì)量控制與合規(guī)性評價需求。本方法適用于各類柱形催化劑及催化劑載體的徑向顆粒強度測定，滿足催化劑生產(chǎn)企業(yè)質(zhì)量控制、研發(fā)部門工藝優(yōu)化、用戶來料驗收及科研機構(gòu)材料研究等應(yīng)用場景。

2 儀器與試劑

2.1 儀器

HM-KD顆粒強度測定儀（全型號通用）；鼓風干燥箱；游標卡尺或電子數(shù)顯卡尺（精度0.02 mm）；鑷子等。

圖1：HM-KD顆粒強度測定儀外觀圖

2.2 耗材與輔助用品

催化劑顆粒；無水乙醇（分析純）；無塵軟毛刷。

3 實驗方法

3.1 樣品準備

取樣：按照GB/T 41948《顆粒表征 樣品準備》的規(guī)定進行取樣。從批量產(chǎn)品中隨機采集具有代表性的催化劑樣品，取樣量應(yīng)足夠完成全部測試。

樣品預(yù)處理：按照產(chǎn)品標準或企業(yè)要求進行必要的（如烘干、篩分）預(yù)處理。

樣品挑選：用鑷子從預(yù)處理后的樣品中隨機選取30粒表面無明顯缺陷的柱形催化劑顆粒。

尺寸測量：用游標卡尺測量每顆柱形催化劑顆粒的直徑和長度。選取直徑和長度基本一致的樣品進行后續(xù)測試。

3.2 樣品測試步驟

開機自檢：開啟儀器電源，選擇顆粒類型（催化劑屬于脆性顆粒），儀器自動完成整機自檢。壓桿自動升降歸零，自檢完成后，界面顯示“待檢測"。

模式選擇：進入柱形顆粒檢測界面，選擇接觸方式，面接觸時（軸向載荷）需輸入樣品截面積，線接觸時（徑向載荷）不需輸入截面積。

樣品放置：用鑷子將1顆催化劑顆粒放置于樣品托盤。

注：催化劑測定徑向顆粒強度時，必須水平放置，確保壓桿沿顆粒直徑方向施壓，測定軸向顆粒強度時，必須垂直放置。

啟動測試：點擊“開始"進行測試。壓桿勻速向下運動，接觸樣品后實時顯示當前壓力值。

數(shù)據(jù)采集：儀器持續(xù)實時采集壓力數(shù)值，催化劑顆粒受壓破碎瞬間蜂鳴報警，設(shè)備自動記錄破碎峰值壓力，壓桿自動回升至初始位置，單次測試數(shù)據(jù)自動存入系統(tǒng)。

清理托盤：單次測試完成后，用毛刷清掃托盤內(nèi)催化劑碎屑，再進行下一粒測試。

平行測試：每組連續(xù)有效測試15粒，中途若顆粒打滑、未破碎觸發(fā)超壓保護，點擊“停止"舍棄本次數(shù)據(jù)，重新檢測。

圖2：柱形催化劑尺寸測量與烘干

3.3 儀器操作說明

顆粒類型選擇：開機主界面選擇“脆性顆粒"。

接觸方式選擇：徑向測定選擇“線接觸"，軸向測定選擇“面接觸"。

清零：如儀器不顯示“0"，點擊“清零"按鍵。

查看數(shù)據(jù)：點擊“查看"進入查看界面，可存儲15次測試數(shù)據(jù)，保存平均值及變異系數(shù)。

打?。狐c擊“打印"打印本輪測試數(shù)據(jù)。

清空：點擊“清空"清空本輪測試數(shù)據(jù)。

4 結(jié)果與討論

4.1 結(jié)果統(tǒng)計

儀器自動存儲15組單粒顆粒破碎壓力值，自動計算：

單粒顆粒強度：破碎瞬間最大壓力，單位N；

批次平均顆粒強度：15組數(shù)據(jù)算術(shù)平均值，單位N；

變異系數(shù)Cv：反應(yīng)尿素顆粒強度均勻性，用于評價造粒工藝穩(wěn)定性。

無需額外換算公式，直接以儀器輸出平均壓力作為最終檢測結(jié)果。

4.2 測試結(jié)果

以面接觸為例：

圖3：樣品測試過程與數(shù)據(jù)圖

4.3 精密度

變異系數(shù)越小，說明顆粒均勻性越好。顆粒的形狀、尺寸及制備工藝的一致性會影響顆粒強度結(jié)果。

5 方案特點與優(yōu)勢

5.1 HM-KD顆粒強度測定儀優(yōu)勢

全型號適用：KD1-KD3均可執(zhí)行本方案，操作方法一致。

形狀適配性強：本方案適配圓柱形、條形、環(huán)形等多種柱形催化劑顆粒的顆粒強度測定。

操作簡便：觸摸交互界面，參數(shù)一鍵設(shè)定，自動計算并支持打印。

自動化程度高：設(shè)有自動超壓保護裝置，防止超大硬度顆粒損傷傳感器。

高分辨率：0.01N高分辨率，精準區(qū)分不同造粒工藝催化劑強度微小差異，便于工藝優(yōu)化。

5.2 方案適用性

樣品類型：圓柱形催化劑、條形催化劑、環(huán)形催化劑、蜂窩煤形催化劑、分子篩等。

檢測范圍：顆粒直徑0.2 ~ 25 mm、0.5 ~ 25 mm。

高效穩(wěn)定：單個樣品檢測時間短，重復(fù)性好，滿足批量檢測需求。

5.3 質(zhì)量控制要點

環(huán)境要求：工作環(huán)境溫度10 ~ 30℃，相對濕度≤ 70%的條件下使用。

樣品代表性：確保選取的顆粒具有代表性，能真實反映該批次樣品的整體質(zhì)量狀況。

尺寸測量準確：柱形催化劑需準確測量直徑和長度，確保數(shù)據(jù)可追溯。

放置規(guī)范：柱形催化劑進行徑向顆粒強度測定時，必須水平放置，確保壓桿沿徑向施壓。

操作規(guī)范：測試過程中應(yīng)保持儀器清潔干燥，檢測完成后使用毛刷清理碎屑。

定期校準：定期使用砝碼校準力值，保證數(shù)據(jù)準確度。

6 結(jié)論

本方案依據(jù)《HG/T 2782-2024 化工催化劑顆?？箟核榱Φ臏y定》行業(yè)標準及《GB/T 44750-2024 顆粒 抗壓強度的測量》國家標準，結(jié)合HM-KD系列顆粒強度測定儀，提供了標準化的柱形催化劑顆粒強度測定方法。該方法針對柱形催化劑的特點，規(guī)定了不同施壓方向及放置位置的測定方式，操作簡便、自動化程度高、結(jié)果準確可靠，可有效評價柱形催化劑在運輸、裝填及使用過程中的抗破碎能力，適用于催化劑生產(chǎn)企業(yè)質(zhì)量控制、研發(fā)部門工藝優(yōu)化、用戶來料驗收以及科研機構(gòu)催化劑材料研究等應(yīng)用場景。

7 參考文獻

[1] GB/T 44750-2024 顆粒 抗壓強度的測量[S].

[2] GB/T 41948 顆粒表征 樣品準備[S].

[3] HG/T 2782-2024 化工催化劑顆粒抗壓碎力的測定[S].

[4] HG/T 2783-2020 分子篩抗壓碎力試驗方法[S].

山東恒美電子科技有限公司 應(yīng)用研究部