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。柱形催化劑廣泛應用于石油化工、煤化工、精細化工等領域，其顆粒在工業反應器中承受床層壓力、氣流沖擊以及溫度變化等復雜工況。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，還可能導致反應器壓差升高、下游設備堵塞等嚴重后果。

柱形催化劑與球形催化劑的受力方式不同。柱形催化劑在工業應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，以評估其在反應器中承受上層床層壓力的能力。《HG/T 2782-2024 化工催化劑顆粒抗壓碎力的測定》明確規定了條形、環形、圓柱形等顆粒化工催化劑的徑向顆粒強度測定方法。柱形催化劑為硬質脆性顆粒，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顆粒強度測定儀構建標準化檢測體系，依據HG/T 2782-2024及GB/T 44750-2024標準，結合柱形催化劑的顆粒特性，詳細規定了樣品選取、尺寸測量、測定步驟及結果計算方法，確保檢測結果準確可靠，滿足產品質量控制與合規性評價需求。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，滿足催化劑生產企業質量控制、研發部門工藝優化、用戶來料驗收及科研機構材料研究等應用場景。

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》的規定進行取樣。從批量產品中隨機采集具有代表性的催化劑樣品，取樣量應足夠完成全部測試。

樣品預處理：按照產品標準或企業要求進行必要的（如烘干、篩分）預處理。

樣品挑選：用鑷子從預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。

數據采集：儀器持續實時采集壓力數值，催化劑顆粒受壓破碎瞬間蜂鳴報警，設備自動記錄破碎峰值壓力，壓桿自動回升至初始位置，單次測試數據自動存入系統。

清理托盤：單次測試完成后，用毛刷清掃托盤內催化劑碎屑，再進行下一粒測試。

平行測試：每組連續有效測試15粒，中途若顆粒打滑、未破碎觸發超壓保護，點擊“停止"舍棄本次數據，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。

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

打印：點擊“打印"打印本輪測試數據。

清空：點擊“清空"清空本輪測試數據。

4 結果與討論

4.1 結果統計

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組數據算術平均值，單位N；

變異系數Cv：反應尿素顆粒強度均勻性，用于評價造粒工藝穩定性。

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果。

4.2 測試結果

以面接觸為例：

圖3：樣品測試過程與數據圖

4.3 精密度

變異系數越小，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果。

5 方案特點與優勢

5.1 HM-KD顆粒強度測定儀優勢

全型號適用：KD1-KD3均可執行本方案，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，參數一鍵設定，自動計算并支持打印。

自動化程度高：設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，精準區分不同造粒工藝催化劑強度微小差異，便于工藝優化。

5.2 方案適用性

樣品類型：圓柱形催化劑、條形催化劑、環形催化劑、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。

高效穩定：單個樣品檢測時間短，重復性好，滿足批量檢測需求。

5.3 質量控制要點

環境要求：工作環境溫度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，確保數據可追溯。

放置規范：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。

操作規范：測試過程中應保持儀器清潔干燥，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，保證數據準確度。

6 結論

本方案依據《HG/T 2782-2024 化工催化劑顆粒抗壓碎力的測定》行業標準及《GB/T 44750-2024 顆粒 抗壓強度的測量》國家標準，結合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，適用于催化劑生產企業質量控制、研發部門工藝優化、用戶來料驗收以及科研機構催化劑材料研究等應用場景。

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 應用研究部