Name: predicting catalyst extrudate breakage based on the modulus of rupture
Uploaded: 2018-05-13T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 53 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Predicting Catalyst Extrudate Breakage Based on the Modulus of Rupture at JoVE.com

Yazar Michael Pluchinsky yardımıyla yüksek hızlı fotoğraf çekimleri ile kabul

Kullanım yeterli kişisel koruyucu ekipman örneğin Emanet gözlük, eldiven vb bu el yazması anılacaktır herhangi bir görevleri yerine getirmek için. Başlangıç materyali gücü bükme ölçülerini, çarpışma, en boy oranı veya toplu kırma her zaman laboratuar çalışmaları veya pilot donanımları çalışmalar aldığınız extrudates olup, burada kullanılan veya ticari malzemelerdir. Katalizör extrudate gücü tedavi öncesi koşullara bağlıdır bu nedenle uygun tedaviler seçmesini için önemlidir. Ölçümler sonucu daha fazla çalışmaları içinde en az bir gücü açısından kullanmak için hangi malzemeler karar verir.
1. bükme gücü
<ol><li>
Bükme gücü numune hazırlama
	<ol>
<li>Extrudate örnek bir temsilcisi boyutu en az 25 parçacıkların ilgi riffle. Bir iplik riffler veya ızgara türü örnek bölücü kullanın. Not: Katalizör gücü üzerinde termal Önarıtma bağlıdır, bu nedenle örnek pretreatments ile ilgili kullanıcı tarafından yapılacak belirli seçimler gerektirir.</li>
		<li>Aşağıdaki iki tipik pretreatments birini gerçekleştirin ama durumları kullanıcı ihtiyaç bağlı olarak değiştirilebilir.<ol>
<li>Örnek 1 h için 538 ° C'de calcine.<ol>
<li>25 riffled katalizör extrudates en az bir porselen tabak veya ısıya dayanıklı kabı yerleştirin.</li>
				<li>Yer 1 h için 538 ° C'de Refrakter tipi Muffe fırına katalizör ile çanak.</li>
				<li>Calcination sonra sıcak örnek bir desiccator yerleştirin ve ortam koşulları için soğumasını bekleyin.</li>
			</ol>
</li>
			<li>Örnek 2 h en az için 121 ° C'de kuru.<ol>
<li>25 riffled katalizör extrudates en az bir porselen tabak veya ısıya dayanıklı kabı yerleştirin.</li>
				<li>121 ° C en az 2 h için ayarla bir kurutma fırın katalizör ile çanak yerleştirin.</li>
				<li>Sıcak örnek kurutma fırından çıkarın ve bir desiccator yerleştirin ve ortam koşulları için soğumasını bekleyin</li>
			</ol>
</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Bükme gücü Araçları Kurulum Not: hata çubuğu rüptürü mod için % 10 olduğunu. Her gün ileri üretici tarafından belirlenen yordamına uygun ekipman kalibre. Doğru örnek şeklinde MOR hesaplama eşleşen yöntem şekil faktörü üzerinde bağlıdır seçin.<ol>
<li>Bükme test çerçeve başlatmak ve kullanmadan önce en az 20 dk kadar sıcak sistemin izin verin. Sonra gerekli yazılımı açın.</li>
		<li>10 N (10 Newton kuvvet) yük hücresi üreticinin yönergelerini başına ekleyin.</li>
		<li>0.2 mm/sn bir 5 mm destek süresi ile bir örs hızını seçin. Not: Bu oranın hız katalizör bir gerilme oranı duyarlı bölgede değildir ve rüptürü kuvveti tekrarlanabilir gözlendi.</li>
		<li>' Modülü, Rüptürü (MOR)' ve 'En fazla kuvvet' sonuçları sekmesini seçin.</li>
		<li>MOR çerçeve üzerinde crosshead sıkıca çerçeve konsolda "Dönüş" düğmesine basarak "Sıfır" konumda olduğundan emin olun. Crosshead ve örs konumunu farklı çap extrudates karşılamak gerekirse değiştirilebilir.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Bükme gücü ölçüm
	<ol>
<li>Katalizör extrudate örnek desiccator alıp bunu bir paket kuru gaz oluşturmak için yukarı doğru üfleme N2 ile bir ters 5-6 cm çapında filtrede yerleştirin.</li>
		<li>Bir extrudate örnek filtre tepsiden alın ve destek kirişler arasında yerleştirin için cımbız kullanın. Extrudate örnek yerleşim ve nem pick-up en aza indirmek için ölçüm süresini en aza indirmek.</li>
		<li>Katalizör extrudate örnek olarak en iyi olarak mümkün sol sağa ve açık destek kirişler üzerinde yedeklemek için merkezi.</li>
		<li>Sağ araç çubuğu "Başlat" simgesine tıklayın. Not: Bu adımda, extrudate kırılma noktası bükülmüş ve bu nedenle testin Bu anlamda yıkıcıdır.</li>
		<li>Crosshead durdurur ve yük gücü % 40 düşüş yaşandığı üzerine başlangıç pozisyonuna verir emin olun. Not: Bu, genellikle extrudate kırılması çıkar.</li>
		<li>Sonraki extrudate devam etmek için doğru araç çubuğundaki "Sonraki" simgesini seçin.</li>
		<li>"Geri" grafik ve sonuçlar tablo veri noktasını görüntülemek için vurmak.</li>
		<li>"Basit bitirmek" 25 extrudate numune ölçme sonra seçin. Not: Yazılım güç özellikleri olan rapor oluşturur</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. çarpışma testi
Not: Böylece bireysel katalizör extrudates aslında damla tüp sonundaki boş bir yüzey ile birbirlerine engel olmadan çarpışır hangi ile açılan tüp katalizör besleniyor ilerleme hızı düşük tutulur
<ol><li>
Çarpışma donanımları hazırlık
	<ol>
<li>Damla tüp (0.15 m Çap ve 1.83 m uzun plastik tüp) kurtarma plaka ile birleştirin (316 SS) alt. Damla tüp üzerinde ortalanmış besleyici deşarj seçim (burada 1,83 m) doğru yükseklikte ayarlayın. Çarpışma şiddetini değiştirmek için açılan yükseklikleri değiştirmek.</li>
		<li>Set off güç ile titreşimli besleyici ila 250 Hz frekans yankı.</li>
		<li>Besleme hopper üzerinde konum yerel havalandırma.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Çarpışma numune hazırlama
	<ol>
<li>Katalizör örnek bir temsilcisi boyutu en az 50 parçacıkların ilgi riffle. Bir iplik riffler veya ızgara türü örnek bölücü kullanın.</li>
		<li>Yavaşça küçük parçacıklar için çap oranı daha az veya eşit 1 uzunluğu önlemek için hazırlanmış örnek elek.</li>
		<li>İlk en/boy oranı örnek Protokolü Bölüm 3 kullanarak ölçün.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Çarpışma Catalyst bırakma yordamı
	<ol>
<li>Elle tüm örnek besleme hopper aktarın.</li>
		<li>Besleyici oluğu çıkış damla tüp üzerinde merkezli olun.</li>
		<li>Besleyici güç ve 'Start' için ayarlamak için açma/kapatma düğmesi etkinleştirme</li>
		<li>Tüm parçacıklar serbestçe damla tüp içine düşmek ve alt plaka üzerinde vurmak izin.</li>
		<li>Bir kez tüm parçacıklar beslenen ve düştü besleyici gücünü kapatın.</li>
		<li>Tüm parçacıklar kurtarma plaka aktarmak ve toz ve fiş kaldırmak için eleme tarafından para cezaları örnek yavaşça çıkarın.</li>
		<li>1 X belirlenmiş ilk açılan ölçüm tamamlamak için protokol Bölüm 3 kullanarak örnek en boy oranını ölçmek.</li>
		<li>Adım 2.3.7 örneği kullanarak, 2.3.1 2.3.6 adımları yineleyin ve en boy oranı 2 X belirlenmiş ikinci açılan ölçüm tamamlamak için protokol Bölüm 3 kullanarak ölçün.</li>
		<li>5 X tamamlamak için yukarıdaki adımları tekrarlayın ve 10 X ölçümleri bırakın. Not: Bir en boy oranı sadece küçük birden çok damla sonra değişir bu yana orta boy oranı ölçümleri atlamayı seçebilirsiniz.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. catalyst en-boy oranı
<ol><li>
En boy oranını numune hazırlama
	<ol>
<li>Katalizör örnek 50-250 parçacıklar temsilcisi boyutuna ilgi riffle. Bir iplik riffler veya ızgara türü örnek bölücüyü temsil edici bir örnek almak için kullanın.</li>
		<li>Bir L/D ile daha az 1'e eşit veya daha küçük parçacıklar önlemek için hazırlanmış örnek D bir extrudate çapı için standları iken L bir extrudate uzunluğu için standları elek.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
En boy oranını yazılım ve kurulum
	<ol>
<li>Belgili tanımlık bilgisayar yazılımı açın ve ekranın üstündeki "Tarama" araç çubuğu düğmesi seçin.</li>
		<li>Camını herhangi bir toz kaldırmak için bir mikrofiber bezle silin. Bir temiz şeffaflık sayfayı tarayıcıya yerleştirin.</li>
		<li>Extrudates şeffaflık üzerine serpin ve birbirlerini dokunmadan parçacıkları kaçının. Parçacıklar tarafından 20 cm maksimum 10 cm ölçme dikdörtgen bir alan içinde yer.</li>
		<li>Rastgele extrudates Taranacak alanı arasında dağıtın. Bir çift cımbız parçacıklar birbirlerinden uzağa kaydırın veya daha açık alanlarda yer onları kullanın.</li>
		<li>Tarayıcı kapağını kapatın.</li>
		<li>Partikül şekli seçin</li>
		<li>İleti işlev ayarı, parçacıklar (ekranda kırmızı işaretli), dokunmak için yazılım olan parçacıklar etkinleştir örtüşen (veya fırçalama) tarama alanını ve bunlar kenarına otomatik olarak, herhangi bir herhangi bir parçacıkları ile aşırı eğriliği, kaldırıldı çok parçacıkların küçük (örneğin toz lekeleri) ve birbirlerine dokunuyorlar herhangi bir parçacık.</li>
		<li>"Tarama" araç çubuğu düğmesini tıklatın. Not: Tarayıcı parçacıklar taramaya başlar. 2-3 dakika arasında sürer. Tablo sonuçları ve optik Taranan görüntünün ekranda görüntülenir.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
En boy oranını analiz
	<ol>
<li>Taranan sonuçları inceleyin ve tüm yasal parçacıklar taramada dahil emin olun. Not: Okunaklı parçacıkları var ve L/D > 1, tarama için doğal bir konumda dinlenme ve diğer extrudates dokunmayın.</li>
		<li>Hesaplama algoritması mükemmel olmadığı gibi komşu bir parçacık dokunmaktan şüpheli her parçacık gözden geçirin.</li>
		<li>Kalabalık (dokunmadan veya birbirinin üstüne yalan) nedeniyle hatalı ile dinlenme parçacıklar yazılımı ile ortadan kaldırın. Alternatif olarak, cımbızla parçacığın konumunu ayarlayın ve tüm örnek yeniden taranan olabilir.</li>
		<li>Sonuçları kaydedin ve aşağıdaki bilgileri kaydedin: ortalama çapı, ortalama uzunluğu ve parçacık sayısı.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. toplu Crush test
<ol><li>
Toplu Crush numune hazırlama
	<ol>
<li>Katalizör extrudate örnek ilgi toplam miktarın uygun bir temsilci elde etmek için riffled.</li>
		<li>Katalizör örnek için en az 1 h Muffe fırında veya benzer 538 ° C'de heat-treat ve sıcak bir desiccator içinde yerleştirin ve ortam koşulları için soğumasını bekleyin.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Toplu Crush yordamı
	<ol>
<li>Katalizör örnek konteyner (kupa) Dara ve böylece aşırı bir katalizör kapsayıcısında katalizör ile taşan için doldurun.</li>
		<li>Dikkatle Kupası ile bir metal düz kenarlı yatağın aşırı ambalaj olmadan seviye.</li>
		<li>Kapsayıcı örnek ağırlığı elde etmek için düzeltilmiş bir katalizör ile coorect.</li>
		<li>Dikkatle örnek yükleme bloğu ve piston derlemede yer. Katalizör ezme olmadan yükleme bloğu örnek üstüne yerleştirin.</li>
		<li>Rulman yük sokağın ortasına yerleştirin ve kilit kol uygun yüksekliğine eşit rulman üzerinde küçük bir marangoz düzey'ni kullanarak ayarlayın. Kol yerine kilitleyin.</li>
		<li>Basınç regülatörü kullanıcı tarafından belirtilen basınçta katalizör örneğe uygulanmak üzere ayarlandığını kontrol edin. Not: Genellikle 5-1000 kPa aralığında ve normalde belirli uygulama için deneme yanılma ile bulunur.</li>
		<li>Yük kontrol vanası ve basınç supabı açıktır ve taşma payı vanayı kapat kontrol edin. Not: Yükleme bloğu için set onun basınç artacak.</li>
		<li>60 için bekleyin s equilibrate örnek için.</li>
		<li>Yayın basınç kanama vana açma ve kapama basınç valfi. Özgün konumuna geri dönecek yük blok izlemek.</li>
		<li>Ayarlanabilir kilit kol kilidini ve rulman topu alıp bloğun dikkatle yüklemek.</li>
		<li>Ölçü ve kayıt örnek girinti crush test sonra.</li>
		<li>Para cezaları elek. Kayıt para cezaları toplanan ve örnek bölüm 3 protokolüne göre en boy oranını ölçmek.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
	<li>Le Page, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Applied Heterogeneous Catalysis. , (1987).</li><li>Woodcock, C. R., Mason, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Bulk Solids Handling: An Introduction to the Practice and Technology. , (1987).</li><li>Bertolacini, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+and+Physical+Testing+of+Catalysts.">Mechanical and Physical Testing of Catalysts.</a> ACS Symposium series. , 380-383 (1989).</li><li>Wu, D. F., Zhou, J. C., Li, Y. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Distribution+of+the+mechanical+strength+of+solid+catalysts.">Distribution of the mechanical strength of solid catalysts.</a> Chem Eng Res Des. 84 (12), 1152-1157 (2006).</li><li>Li, Y., Wu, D., Chang, L., Shi, Y., Wu, D., Fang, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+model+for+bulk+crushing+strength+of+spherical+catalysts.">A model for bulk crushing strength of spherical catalysts.</a> Ind Eng Chem Res. 38, 1911-1916 (1999).</li><li>Li, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+and+statistics+of+single+pellet+mechanical+strength+of+differently+shaped+catalysts.">Measurement and statistics of single pellet mechanical strength of differently shaped catalysts.</a> Powder Technol. 113, 176-184 (2000).</li><li>Staub, D., Meille, S., Le Corre, V., Chevalier, J., Rouleau, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Revisiting+the+side+crushing+test+using+the+three-point+bending+test+for+the+strength+measurement+of+catalyst+supports.">Revisiting the side crushing test using the three-point bending test for the strength measurement of catalyst supports.</a> Oil Gas Sci Technol. 70, 475-486 (2015).</li><li>Bridgwater, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chapter+3,+Particle+Breakage+due+to+Bulk+Shear.">Chapter 3, Particle Breakage due to Bulk Shear.</a> Handbook of Powder Technology, 1st ed. 12, (2007).</li><li>Farsi, A., Xiang, J., Latham, J. P., Carlsson, M., Stitt, E. H., Marigo, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Does+Shape+Matter?+FEMDEM+Estimations+of+Strength+and+Post+Failure+Behaviour+of+Catalyst+Supports.">Does Shape Matter? FEMDEM Estimations of Strength and Post Failure Behaviour of Catalyst Supports.</a> 5th International Conference on Particle-Based methods. , (2017).</li><li>Beeckman, J. W. L., Fassbender, N. A., Datz, T. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Length+to+Diameter+Ratio+of+Extrudates+in+Catalyst+Technology,+I.+Modeling+Catalyst+Breakage+by+Impulsive+Forces.">Length to Diameter Ratio of Extrudates in Catalyst Technology, I. Modeling Catalyst Breakage by Impulsive Forces.</a> AIChE J. 62, 639-647 (2016).</li><li>Beeckman, J. W. L., Fassbender, N. A., Datz, T. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Length+to+Diameter+Ratio+of+Extrudates+in+Catalyst+Technology,+II.+Bending+strength+versus+Impulsive+Forces.">Length to Diameter Ratio of Extrudates in Catalyst Technology, II. Bending strength versus Impulsive Forces.</a> AIChE J. 62, 2658-2669 (2016).</li><li>Beeckman, J. W. L., Cunningham, M., Fassbender, N. A., Datz, T. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Length-to-Diameter+Ratio+of+Extrudates+in+Catalyst+Technology:+III.+Catalyst+Breakage+in+a+Fixed+Bed.">Length-to-Diameter Ratio of Extrudates in Catalyst Technology: III. Catalyst Breakage in a Fixed Bed.</a> Chem. Eng. Technol. , 1844-1851 (2017).</li></ol>

Yazarlar ifşa gerek yok.

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.

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:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57163/57163eq1.jpg">(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:
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57163/57163eq2.jpg">(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: .

<table><tbody><tr><td>Modulus of rupture (MOR)</td><td>INSTRON</td><td>MODEL 5942 SINGLE COLUMN TABLE TOP</td><td></td></tr><tr><td>Modulus of rupture (MOR)</td><td>INSTRON</td><td>10 NEWTON LOAD CELL</td><td></td></tr><tr><td>Modulus of rupture (MOR)</td><td>INSTRON</td><td>50 NEWTON LOAD CELL</td><td></td></tr><tr><td>Modulus of rupture (MOR)</td><td>INSTRON</td><td>BLEUHILL 3 SOFTWARE</td><td></td></tr><tr><td>Filter</td><td>VWR</td><td>BUCHNER FILTER</td><td></td></tr><tr><td>Aspect ratio (avg L/D)</td><td>EPSON</td><td>PERFECTION V700 PHOTO INSTRUMENT</td><td></td></tr><tr><td>Software</td><td>CASCADE DATA SYSTEMS</td><td>ALIAS 3-4 SOFTWARE</td><td></td></tr><tr><td>Riffling</td><td>HUMBOLDT MFG. Co</td><td>SPINNING RIFFLER</td><td></td></tr><tr><td>Riffling</td><td>HUMBOLDT MFG. Co</td><td>RIFFLE -TYPE SAMPLE DIVIDER</td><td></td></tr><tr><td>Sieve screen</td><td>VWR</td><td>US MESH SIEVE SCREEN, # 16</td><td></td></tr></tbody></table>

predicting catalyst extrudate breakage based on the modulus of rupture

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.

Çarpışma tarafından kırılması: Okuyucu bir extrudate bir yüzey üzerine bir etkisi karmaşıklığı hakkında bir fikir vermek için bu olduğu düşünülüyordu faydalı bir kaç anlık görüntü fotoğraflar en yüksek kare hızda sağlamak biz kullanılabilir (10.000 kare/sn) vardı. Şekil 2 böyle yüksek hızlı fotoğrafçılık gösterir ve onlar bir polikarbonat yüzey etki olarak bireysel extrudates kırılma yakalar. Bu yüzey yansıma yüzey kapalı tarafından etkisi ve iletişim örneğini açıkça tanımlamak için sağlar extrudate önce yaklaşım gösterir ek fayda vardır. Kırılma etkisi tarafından süresi tam etkisi geçmiş çok karmaşık olmak gösterirken 10-4 s gibi görünüyor. Çarpışma sırasında zamanın bir fonksiyonu olarak extrudate tarafından deneyimli Kuvvetleri çok çivili ve düzensiz. Ortalama yavaşlama etkisi hız kişi zaman içinde ne olur sadece kaba bir tahmin olarak tanımlanmış. Yine gücün sadece kaba bir tahmin extrudate kitle tarafından çarpılır olmasıdır.
Asimptotik en boy oranını Φ∞ katalizörler 25 farklı türde kararlı ve bunların özelliklerini Beeckman16' verilir. Doğrusal olmayan regresyon giriş bölümünde gösterilen EQ (2) kullanarak modeli parametresi Φ∞ her katalizör elde etti.
Şekil 3 azaltılması art arda farklı yükseklikten düştü aynı catalyst toplu tipik bir taze katalizör en boy oranını gösterir. Bu açıkça asimptotik en boy oranı, Φ∞ farklı damla heights i.eiçin doğru çıkış gösterilmektedir. farklı severities. Beeckman16 gösterir büyük damla heights için en boy oranını farklılığı küçülür ve ortam havası tarafından sürükle sırasında extrudates, ivmesini yavaşlatır ve nihayet için büyük damla terminal hız ulaşır sonbahar nedeniyle daha küçük yükseklikleri. Bu da extrudates ile üst üste damla sayısını en boy oranına eğilim eğrinin şeklini açıklar ikinci bir sipariş sonu hukuk izleyin gösterilmiştir. Şekil 4 ama şimdi (her veri noktası tek bir extrudate oluşturulur) tek bir darbe sonrası çok uzun select katalizör lifler ile başlıyor 3 rakam olduğu gibi aynı catalyst en boy oranını gösterir. Katı sembolleri Ortalamalar boyutlarda her grup için en boy oranına temsil eder. Bu ikinci asimptot Φα ve uzunluğu çap oranı extrudates çok sınırlı sayıda alındığında konusu hata çubuğu için bir takdir varlığı gösterir.
Extrudate üzerinde çarpışma sırasında davranır itici kuvvet Newton'ın ikinci hukuk uygulayarak bulunabilir. Asimptotik en boy oranını Φ∞, itici gücü rüptürü kuvveti equating aşağıdaki korelasyon neden gösterilmiştir:
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/57163/57163eq3.jpg">(3)
Normalleştirilmiş boyutsuz grubuyla verdiği:
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/57163/57163eq4.jpg">(4)
Nerede σ, Ψ, p, D ve g sırasıyla rüptürü, katalizör şekil faktörü, katalizör yoğunluk, katalizör çapı ve yerçekimi ivmesi katalizör modülü vardır. Etkisi S∞ normalleştirilmiş boyutsuz şiddeti olarak ifade edilebilir:
<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/57163/57163eq5.jpg">(5)
Çarpma hızı, Δt çarpışma ve C süresi kadardır v nerede bir çarpışma etkileşim faktördür. Daha da farklı büyüklükteki 25 katalizörler toplam için şekil ve içinde belgili tanımlık damla test edildi kimyasal makyaj bu ilk yaklaşım, grup test gösterilir <img alt="Equation 5b" src="/files/ftp_upload/57163/57163eq5b.jpg"> aslında bir sabittir.
Stres sabit bir yatakta kırılma: Beş katalizörler Tablo 1 ' de gösterilen çeşitli baskılar için toplu crush test ile incelenmiştir. Burada kritik basınç denilen belirli bir basınç altında yatağın catalyst en boy oranı temel değişiklik oluşur. Bu kritik değer basınç artar, yıkmak katalizör extrudate başlar ve yatağın bükülme gücü yeniden uygulanan stres dayanabilecek olana en boy oranını yatakta doğal olarak ayarlar. Deneysel sonuçlar ve tahmin edilen sonuçlar karşılaştırma örneği şekil 5' te gösterilmektedir. Tahmini değerleri sağlam eğri olarak gösterilir ve başlangıç en boy oranını Φ0 , katalizör extrudates ile başlayan ve kritik basınç Pc ulaşıncaya kadar bu değeri kalan elde edilir. Bundan sonra en boy oranı değeri yük basınç negatif üçte bir güçle azalır.
Maksimum izin verilen yük katalizör kırılma dayanacak bir yatak için bulmak için metodoloji bir denge gücü rüptürü katalizör yatağa ile yük gücü kullanır.
Beeckman18 katalizör yük gücü ile denge içinde en/boy oranı tarafından tanımlanabilir gösterir:
<img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/57163/57163eq6.jpg">(6)
R olmak boyutsuz bir grup tarafından verilen neyin Φ extrudate boy oranı ise:
<img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/57163/57163eq7.jpg">(7)
σ, nerede rüptürü, s in aynı extrudate şekil faktörü çarpışma gelince ve P stres. Ψ için değer yatak ambalaj belirlenir ve yatağın parçacık-parçacık etkileşimleri güç ve yazarlar teorik değeri 61/6 veya yaklaşık 1.35 Ψ için vermek.
Özetlemek, extrudates bir yatak toplu olarak yüklenmişse güç testini ve P uygulanan bir stres ezmek için sonra extrudates tüm yatağın altına uygulanan stres P boyunca EQ (6) tarafından verilen bir ortalama değeri için ara veriyoruz. Bu nedenle bir başlangıç en boy oranını Φ0 ile bir yatak kritik basınç o-karşı koymak Pc tarafından verilen vardır:
<img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/57163/57163eq8.jpg">(8)
<table fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td>Katalizör</td>
			<td>Şekil</td>
			<td>D, çapı</td>
			<td>Φ0 , ilk en-boy oranı</td>
			<td>s, şekil faktörü</td>
			<td>Ρ, yoğunluk</td>
			<td>σ MOR</td>
			<td>PC, kritik stres</td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td></td>
			<td>m</td>
			<td>(-)</td>
			<td>(-)</td>
			<td>kgm-3
</td>
			<td>MPa</td>
			<td>kPa</td>
		</tr>
<tr>
<td>A</td>
			<td>QUADRULOBE</td>
			<td>1.43E-03</td>
			<td>3.18</td>
			<td>2.20</td>
			<td>1250</td>
			<td>0,81</td>
			<td>27.9</td>
		</tr>
<tr>
<td>B</td>
			<td>SİLİNDİR</td>
			<td>9.50E-04</td>
			<td>5.92</td>
			<td>2,55</td>
			<td>750</td>
			<td>1,38</td>
			<td>6.4</td>
		</tr>
<tr>
<td>C</td>
			<td>SİLİNDİR</td>
			<td>8.30E-04</td>
			<td>7,48</td>
			<td>2,55</td>
			<td>1870</td>
			<td>2.83</td>
			<td>6.5</td>
		</tr>
<tr>
<td>D</td>
			<td>TRILOBE</td>
			<td>2.89E-03</td>
			<td>2.28</td>
			<td>2.28</td>
			<td>970</td>
			<td>0,76</td>
			<td>69.3</td>
		</tr>
<tr>
<td>E</td>
			<td>SİLİNDİR</td>
			<td>1.55E-03</td>
			<td>3.54</td>
			<td>2,55</td>
			<td>NA</td>
			<td>1.37</td>
			<td>39.7</td>
		</tr>
</tbody></table>Tablo 1: Katalizörler ve bunların özelliklerini istihdam çalışma kırma toplu olarak. Tablo 1 katalizör özelliklerini gösterir ve en boy oranı azalma sıkıştırma toplu sırasında hesaplamak için izin türetilmiş stres özellikleri güç ölçüm ezmek. Beeckman ve ark. 201718 uyarlanmıştır
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57163/57163fig1.jpg"> Resim 1 : Bir katalizör Extrudate F. bir dış güç tarafından üç sayılık bükme Katalizör ve iki destek noktaları rüptürü ortasında modül belirlenmesi için uygulanan kuvvet konumunu şematik gösterimi. Bükme miktarı son derece abartılı olduğunu. Elastikiyet teorisine göre Aksiyel stres extrudate üst kısmında basınç ve Aksiyel stres extrudate alt kısmında çekme. Bu nedenle bir eksen sıfır stres ile ve bu centroid denir. Malzeme çekme dayanımı veya in kopma gerilmesi alt ulaştığı zaman extrudate çok altında bulunan aşırı lif, tatili ve çok hızlı extrudate başarısızlık tamamlamak için yayar. Beeckman ve ark. 2016 16' dan adapte. <a href="/files/ftp_upload/57163/57163fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57163/57163fig2.jpg"> Resim 2 : Extrudates bir boş polikarbonat yüzeyinde etkisi. Bir polikarbonat yüzeye karşı iki katalizör extrudate eklemininden sırasını gösteren yüksek hızlı fotoğrafçılık. Çekim birbirinden 0.1 ms bulunmaktadır. Beeckman ve ark. 2016 16' dan adapte. <a href="/files/ftp_upload/57163/57163fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57163/57163fig3.jpg"> Şekil 3 : Damla yükseklik ve etkileri sayısı bir fonksiyonu ile en boy oranına. En boy oranını bir fonksiyonu olarak açılan yükseklik veya önem ve etkileri sayısı. Extrudates onların terminal hız ulaşmak asimptotik en boy oranı için yüksek damla yükseklikleri, yalnızca az değiştirir. Beeckman ve ark. 2016 15uyarlanmıştır. <a href="/files/ftp_upload/57163/57163fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57163/57163fig4.jpg"> Şekil 4 : Büyük bir ilk en boy oranı en boy oranında katalizör A 1 damla sonra. En boy oranını bir damla damla önce büyük bir en boy oranına sahip olması extrudates sonra. Böyle uzun extrudates için ikinci asimptot bile varlığında önemli deneysel hata nedeniyle kullanılan extrudates sınırlı sayıda açıkça görünür hale gelir. Beeckman ve ark. 2016 15uyarlanmıştır. <a href="/files/ftp_upload/57163/57163fig4large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57163/57163fig5.jpg"> Şekil 5 : Catalyst en boy oranı için katalizör A. yük stres karşı En boy oranını azaltma toplu ezmek güç ölçüm yöntemi ASTM D7084-04 göre uygulanan yük stres bir fonksiyonu olarak. Kritik basınç katalizör için daha küçük tatili ve basınç arttıkça daha küçük değerlere whereafter ulaşılana kadar en boy oranı sabit kalır. Her veri noktası başından itibaren taze katalizör ile ayrı bir ölçümdür. Beeckman ve ark. 201718uyarlanmıştır<a href="/files/ftp_upload/57163/57163fig5large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Predicting Catalyst Extrudate Breakage Based on the Modulus of Rupture at JoVE.com

Predicting Catalyst Extrudate Breakage Based on the Modulus of Rupture

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.

Predicting katalizör Extrudate kırılma rüptürü modülü üzerinde dayalı

The mechanical strength of extruded catalysts and their natural or forced breakage by either collision against a surface or by a compressive load in a ...

predicting-catalyst-extrudate-breakage-based-on-the-modulus-of-rupture

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Mechanical Engineering

Engineering

Unit 1

Principal Stresses under a Given Loading

SCIENTISTS IN ACTION

8.2K Görüntüleme.  ExxonMobil Research and Engineering Company. 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.

Video: Predicting Catalyst Extrudate Breakage Based on the Modulus of Rupture

Synthesis of Programmable Main-chain Liquid-crystalline Elastomers Using a Two-stage Thiol-acrylate Reaction

This study presents a novel two-stage thiol-acrylate Michael addition-photopolymerization (TAMAP) reaction to prepare main-chain liquid-crystalline elastomers (LCEs) with facile control over network structure and programming of an aligned monodomain. Tailored LCE networks were synthesized using routine mixing of commercially available starting materials and pouring monomer solutions into molds to cure. An initial polydomain LCE network is formed via a self-limiting thiol-acrylate Michael-addition reaction. Strain-to-failure and glass transition behavior were investigated as a function of crosslinking monomer, pentaerythritol tetrakis(3-mercaptopropionate) (PETMP). An example non-stoichiometric system of 15 mol% PETMP thiol groups and an excess of 15 mol% acrylate groups was used to demonstrate the robust nature of the material. The LCE formed an aligned and transparent monodomain when stretched, with a maximum failure strain over 600%. Stretched LCE samples were able to demonstrate both stress-driven thermal actuation when held under a constant bias stress or the shape-memory effect when stretched and unloaded. A permanently programmed monodomain was achieved via a second-stage photopolymerization reaction of the excess acrylate groups when the sample was in the stretched state. LCE samples were photo-cured and programmed at 100%, 200%, 300%, and 400% strain, with all samples demonstrating over 90% shape fixity when unloaded. The magnitude of total stress-free actuation increased from 35% to 115% with increased programming strain. Overall, the two-stage TAMAP methodology is presented as a powerful tool to prepare main-chain LCE systems and explore structure-property-performance relationships in these fascinating stimuli-sensitive materials.

A novel methodology is presented to synthesize and program main-chain liquid-crystalline elastomers using commercially available starting monomers. A wide range of thermomechanical properties was tailored by adjusting the amount of crosslinker, while the actuation performance was dependent on the amount of applied strain during programming.

Bir iki-aşamalı Tiol akrilat reaksiyonu kullanılarak programlanabilir ana zincirli Sıvı kristal Elastomerler sentezi

This study presents a novel two-stage thiol-acrylate Michael addition-photopolymerization (TAMAP) reaction to prepare main-chain liquid-crystalline ...

Kimya

Environmentally-controlled Microtensile Testing of Mechanically-adaptive Polymer Nanocomposites for ex vivo Characterization

Implantable microdevices are gaining significant attention for several biomedical applications1-4. Such devices have been made from a range of materials, each offering its own advantages and shortcomings5,6. Most prominently, due to the microscale device dimensions, a high modulus is required to facilitate implantation into living tissue. Conversely, the stiffness of the device should match the surrounding tissue to minimize induced local strain7-9. Therefore, we recently developed a new class of bio-inspired materials to meet these requirements by responding to environmental stimuli with a change in mechanical properties10-14. Specifically, our poly(vinyl acetate)-based nanocomposite (PVAc-NC) displays a reduction in stiffness when exposed to water and elevated temperatures (e.g. body temperature). Unfortunately, few methods exist to quantify the stiffness of materials in vivo15, and mechanical testing outside of the physiological environment often requires large samples inappropriate for implantation. Further, stimuli-responsive materials may quickly recover their initial stiffness after explantation. Therefore, we have developed a method by which the mechanical properties of implanted microsamples can be measured ex vivo, with simulated physiological conditions maintained using moisture and temperature control13,16,17. 
To this end, a custom microtensile tester was designed to accommodate microscale samples13,17 with widely-varying Young's moduli (range of 10 MPa to 5 GPa). As our interests are in the application of PVAc-NC as a biologically-adaptable neural probe substrate, a tool capable of mechanical characterization of samples at the microscale was necessary. This tool was adapted to provide humidity and temperature control, which minimized sample drying and cooling17. As a result, the mechanical characteristics of the explanted sample closely reflect those of the sample just prior to explantation.
The overall goal of this method is to quantitatively assess the in vivo mechanical properties, specifically the Young's modulus, of stimuli-responsive, mechanically-adaptive polymer-based materials. This is accomplished by first establishing the environmental conditions that will minimize a change in sample mechanical properties after explantation without contributing to a reduction in stiffness independent of that resulting from implantation. Samples are then prepared for implantation, handling, and testing (Figure 1A). Each sample is implanted into the cerebral cortex of rats, which is represented here as an explanted rat brain, for a specified duration (Figure 1B). At this point, the sample is explanted and immediately loaded into the microtensile tester, and then subjected to tensile testing (Figure 1C). Subsequent data analysis provides insight into the mechanical behavior of these innovative materials in the environment of the cerebral cortex.

Environmentally-controlled Microtensile Testing of Mechanically-adaptive Polymer Nanocomposites for ex vivo Characterization

A method is discussed by which the in vivo mechanical behavior of stimuli-responsive materials is monitored as a function of time. Samples are tested ex vivo using a microtensile tester with environmental controls to simulate the physiological environment. This work further promotes understanding the in vivo behavior of our material.

Için Mekanik-adaptif Polimer Nanokompozitler bir çevre kontrollü Mikrogerilim Test<em&gt; Ex vivo</em&gt; Karakterizasyonu

Implantable microdevices are gaining significant attention for several biomedical applications1-4. Such devices have been made from a range of materials, ...

Biyomühendislik

Challenges in Rheological Characterization of Highly Concentrated Suspensions &#8212; A Case Study for Screen-printing Silver Pastes

A comprehensive rheological characterization of highly concentrated suspensions or pastes is mandatory for a targeted product development meeting the manifold requirements during processing and application of such complex fluids. In this investigation, measuring protocols for a conclusive assessment of different process relevant rheological parameters have been evaluated. This includes the determination of yield stress, viscosity, wall slip velocity, structural recovery after large deformation and elongation at break as well as tensile force during filament stretching.
The importance of concomitant video recordings during parallel-plate rotational rheometry for a significant determination of rheological quantities is demonstrated. The deformation profile and flow field at the sample edge can be determined using appropriate markers. Thus, measurement parameter settings and plate roughness values can be identified for which yield stress and viscosity measurements are possible. Slip velocity can be measured directly and measuring conditions at which plug flow, shear banding or sample spillover occur can be identified clearly. 
Video recordings further confirm that the change in shear moduli observed during three stage oscillatory shear tests with small deformation amplitude in stage I and III but large oscillation amplitude in stage II can be directly attributed to structural break down and recovery. For the pastes investigated here, the degree of irreversible, shear-induced structural change increases with increasing deformation amplitude in stage II until a saturation is reached at deformations corresponding to the crossover of G' and G'', but the irreversible damage is independent of the duration of large amplitude shear. 
A capillary breakup elongational rheometer and a tensile tester have been used to characterize deformation and breakup behavior of highly filled pastes in uniaxial elongation. Significant differences were observed in all experiments described above for two commercial screen-printing silver pastes used for front side metallization of Si-solar cells.

A protocol for a robust and application relevant rheological characterization of highly concentrated suspensions is presented. Silver pastes used for screen-printing application in solar cell production are employed as model systems.

Son derece Konsantre Süspansiyonlarının reolojik Karakterizasyonunda Zorluklar - Ekran-baskı Gümüş Pastaları için bir Vaka Çalışması

A comprehensive rheological characterization of highly concentrated suspensions or pastes is mandatory for a targeted product development meeting the ...

Mühendislik

Disentangling High Strength Copolymer Aramid Fibers to Enable the Determination of Their Mechanical Properties

Traditionally, soft body armor has been made from poly(p-phenylene terephthalamide) (PPTA) and ultra-high molecular weight polyethylene. However, to diversify the fiber choices in the United States body armor market, copolymer fibers based on the combination of 5-amino-2-(p-aminophenyl) benzimidazole (PBIA) and the more conventional PPTA were introduced. Little is known regarding the long-term stability of these fibers, but as condensation polymers, they are expected to have potential sensitivity to moisture and humidity. Therefore, characterizing the strength of the materials and understanding their vulnerability to environmental conditions is important for evaluating their use lifetime in safety applications. Ballistic resistance and other critical structural properties of these fibers are predicated on their strength. To accurately determine the strength of the individual fibers, it is necessary to disentangle them from the yarn without introducing any damage. Three aramid-based copolymer fibers were selected for the study. The fibers were washed with acetone followed by methanol to remove an organic coating that held the individual fibers in each yarn bundle together. This coating makes it difficult to separate single fibers from the yarn bundle for mechanical testing without damaging the fibers and affecting their strength. After washing, fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy was performed on both washed and unwashed samples and the results were compared. This experiment has shown that there are no significant variations in the spectra of poly(p-phenylene-benzimidazole-terephthalamide-co-p-phenylene terephthalamide) (PBIA-co-PPTA1) and PBIA-co-PPTA3 after washing, and only a small variation in intensity for PBIA. This indicates that the acetone and methanol rinses are not adversely affecting the fibers and causing chemical degradation. Additionally, single fiber tensile testing was performed on the washed fibers to characterize their initial tensile strength and strain to failure, and compare those to other reported values. Iterative procedural development was necessary to find a successful method for performing tensile testing on these fibers.

The primary goal of the study is to develop a protocol to prepare consistent specimens for accurate mechanical testing of high strength copolymer aramid fibers, by removing a coating and disentangling the individual fiber strands without introducing significant chemical or physical degradation.

Disentangling yüksek mukavemetli kopolimer Aramid Elyaf mekanik özelliklerinin belirlenmesi etkinleştirmek için

Traditionally, soft body armor has been made from poly(p-phenylene terephthalamide) (PPTA) and ultra-high molecular weight polyethylene. However, to ...

Determination of the Mechanical Properties of Flexible Connectors for Use in Insulated Concrete Wall Panels

This document contains recommendations for performing a non-standard, double-shear test suitable for both continuous and discrete insulated concrete sandwich wall panels (ICSWPs). Such a standardized test does not exist, but several iterations of this and similar tests have been performed in the literature to varying degrees of success. Further, the tests in the literature are rarely-if ever-described in detail or discussed at length with respect to the testing, data analysis, or safety procedures. A test specimen configuration is recommended herein, and variations are discussed. Important mechanical properties are identified from the load versus displacement data, and their extraction is detailed. The use of test data for design, such as for determining the stiffness of the connectors, is briefly demonstrated to show how ICSWP deflection and cracking behavior may be calculated. The strength behavior of panels may be determined using the full load versus displacement curve or only the maximum connector strength. Shortcomings and unknowns are acknowledged, and significant future work is delineated.

We propose a testing protocol that can be combined with widely available analytical methods to assess the mechanical properties of shear connectors for use in the design of insulated concrete wall panels to predict full-scale insulated panel behavior.

Yalıtımlı beton duvar panellerinde kullanılmak üzere esnek konektörlerin mekanik özelliklerinin belirlenmesi

This document contains recommendations for performing a non-standard, double-shear test suitable for both continuous and discrete insulated concrete ...

Mechanoluminescent Visualization of Crack Propagation for Joint Evaluation

In this study, methods for the mechanoluminescent (ML) visualization of crack propagation and mechanical behavior to evaluate adhesive joints are demonstrated and explained. The first step involved sample preparation; an air spray was used to apply ML paint to the surface of the adhesive joint specimens. The performance of the ML sensor was described to examine the measurement conditions. The results of ML sensing during a double cantilever beam (DCB) test and a lap-shear (LS) test are demonstrated as these are the most frequently and widely used methods for evaluating adhesives. Originally, it was difficult to directly quantify the crack tip and strain/stress distribution and concentration because the crack tip was too small, and the effects of the strain could not be observed. The mechanoluminescence, crack propagation, and mechanical behavior during mechanical testing can be visualized via the ML pattern during the adhesive evaluation. This allows for the recognition of the precise position of the crack tips and other mechanical behaviors related to structural failure.

In this study, a protocol is presented that describes the use of mechanoluminescent (ML) visualization for monitoring crack propagation and mechanical behavior during adhesive joint evaluation testing.

Eklem Değerlendirmesi için Çatlak Yayılımının Mekanoluminesan Görselleştirilmesi

In this study, methods for the mechanoluminescent (ML) visualization of crack propagation and mechanical behavior to evaluate adhesive joints are ...

Performing Microscope-Mounted Y-Shaped Cutting Tests

Y-shaped cutting has recently been shown to be a promising method by which to understand the threshold length scale and failure energy of a material, as well as its failure response in the presence of excess deformation energy. The experimental apparatus used in these studies was vertically oriented and required cumbersome steps to adjust the angle between the Y-shaped legs. The vertical orientation prohibits visualization in standard optical microscopes. This protocol presents a Y-shaped cutting apparatus that mounts horizontally over an existing inverted microscope stage, can be adjusted in three dimensions (X-Y-Z) to fall within the objective&#39;s field of view, and allows easy modification of the angle between the legs. The latter two features are new for this experimental technique. The presented apparatus measures the cutting force within 1 mN accuracy. When testing polydimethylsiloxane (PDMS), the reference material for this technique, a cutting energy of 132.96 J/m2 was measured (32&#176; leg angle, 75 g preload) and found to fall within the error of previous measurements taken with a vertical setup (132.9 J/m2 &#177; 3.4 J/m2). The approach applies to soft synthetic materials, tissues, or bio-membranes and may provide new insights into their behavior during failure. The list of parts, CAD files, and detailed instructions in this work provide a roadmap for the easy implementation of this powerful technique.

Y-shaped cutting measures fracture-relevant length scales and energies in soft materials. Previous apparatuses were designed for benchtop measurements. This protocol describes the fabrication and use of an apparatus that orients the setup horizontally and provides the fine positioning capabilities necessary for in situ viewing, plus failure quantification, via an optical microscope.

Mikroskopa Monte Y Şekilli Kesme Testlerinin Yapılması

Y-shaped cutting has recently been shown to be a promising method by which to understand the threshold length scale and failure energy of a material, as ...

High Throughput Traction Force Microscopy Using PDMS Reveals Dose-Dependent Effects of Transforming Growth Factor-&#946; on the Epithelial-to-Mesenchymal Transition

Cellular contractility is essential in diverse aspects of biology, driving processes that range from motility and division, to tissue contraction and mechanical stability, and represents a core element of multi-cellular animal life. In adherent cells, acto-myosin contraction is seen in traction forces that cells exert on their substrate. Dysregulation of cellular contractility appears in a myriad of pathologies, making contractility a promising target in diverse diagnostic approaches using biophysics as a metric. Moreover, novel therapeutic strategies can be based on correcting the apparent malfunction of cell contractility. These applications,&#160;however, require direct quantification of these forces.
We have developed silicone elastomer-based traction force microscopy (TFM) in a parallelized multi-well format. Our use of a silicone rubber, specifically polydimethylsiloxane (PDMS), rather than the commonly employed hydrogel polyacrylamide (PAA) enables us to make robust and inert substrates with indefinite shelf-lives requiring no specialized storage conditions. Unlike pillar-PDMS based approaches that have a modulus in the GPa range, the PDMS used here is very compliant, ranging from approximately 0.4 kPa to 100 kPa. We create a high-throughput platform for TFM by partitioning these large monolithic substrates spatially into biochemically independent wells, creating a multi-well platform for traction force screening that is compatible with existing multi-well systems.
In this manuscript, we use this multi-well traction force system to examine the Epithelial to Mesenchymal Transition (EMT); we induce EMT in NMuMG cells by exposing them to TGF-&#946;, and to quantify the biophysical changes during EMT. We measure the contractility as a function of concentration and duration of TGF-&#946; exposure. Our findings here demonstrate the utility of parallelized TFM in the context of disease biophysics.

We present a high throughput traction force assay fabricated with silicone rubber (PDMS). This novel assay is suitable for studying physical changes in cell contractility during various biological and biomedical processes and diseases. We demonstrate this method's utility by measuring a TGF-&#946; dependent increase in contractility during the epithelial-to-mesenchymal transition.

PDMS kullanarak yüksek verim çekiş kuvveti mikroskobu dönüşüm büyüme faktörü-β epitelyal-mezenkimal geçiş üzerinde doz bağımlı etkileri ortaya çıkarır

Cellular contractility is essential in diverse aspects of biology, driving processes that range from motility and division, to tissue contraction and ...

Fibroblast Derived Human Engineered Connective Tissue for Screening Applications

Fibroblasts are phenotypically highly dynamic cells, which quickly transdifferentiate into myofibroblasts in response to biochemical and biomechanical stimuli. The current understanding of fibrotic processes, including cardiac fibrosis, remains poor, which hampers the development of new anti-fibrotic therapies. Controllable and reliable human model systems are crucial for a better understanding of fibrosis pathology. This is a highly reproducible and scalable protocol to generate engineered connective tissues (ECT) in a 48-well casting plate to facilitate studies of fibroblasts and the pathophysiology of fibrotic tissue in a 3-dimensional (3D) environment. ECT are generated around the poles with tunable stiffness, allowing for studies under a defined biomechanical load. Under the defined loading conditions, phenotypic adaptations controlled by cell-matrix interactions can be studied. Parallel testing is feasible in the 48-well format with the opportunity for the time-course analysis of multiple parameters, such as tissue compaction and contraction against the load. From these parameters, biomechanical properties such as tissue stiffness and elasticity can be studied.

Presented here is a protocol to generate engineered connective tissues for a parallel culture of 48 tissues in a multi-well plate with double poles, suitable for mechanistic studies, disease modeling, and screening applications. The protocol is compatible with fibroblasts from different organs and species and is exemplified here with human primary cardiac fibroblasts.

Fibroblast Türetilmiş İnsan Tarafından Tasarlanmış Bağ Dokusu Tarama Uygulamaları için

Fibroblasts are phenotypically highly dynamic cells, which quickly transdifferentiate into myofibroblasts in response to biochemical and biomechanical ...

A Method to Study the Correlation Between Local Collagen Structure and Mechanical Properties of Atherosclerotic Plaque Fibrous Tissue

The rupture of atherosclerotic plaques in coronary and carotid arteries is the primary cause of fatal cardiovascular events. However, the rupture mechanics of the heterogeneous, highly collagenous plaque tissue, and how this is related to the tissue's fibrous structure, are not known yet. Existing pipelines to study plaque mechanics are limited to obtaining only gross mechanical characteristics of the plaque tissue, based on the assumption of structural homogeneity of the tissue. However, fibrous plaque tissue is structurally heterogeneous, arguably mainly due to local variation in the collagen fiber architecture.
The mechano-imaging pipeline described here has been developed to study the heterogeneous structural and mechanical plaque properties. In this pipeline, the tissue's local collagen architecture is characterized using multiphoton microscopy (MPM) with second-harmonic generation (SHG), and the tissue's failure behavior is characterized under uniaxial tensile testing conditions using digital image correlation (DIC) analysis. This experimental pipeline enables correlation of the local predominant angle and dispersion of collagen fiber orientation, the rupture behavior, and the strain fingerprints of the fibrous plaque tissue. The obtained knowledge is key to better understand, predict, and prevent atherosclerotic plaque rupture events.

We have developed a mechano-imaging pipeline to study the heterogeneous structural and mechanical atherosclerotic plaque properties. This pipeline enables correlation of the local predominant angle and dispersion of collagen fiber orientation, the rupture behavior, and the strain fingerprints of the fibrous plaque tissue.

Predicting katalizör Extrudate kırılma rüptürü modülü üzerinde dayalı

Özet

Daha Fazla Video Keşfet

Bu videodaki bölümler