《机械强度》
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 前言
1.2 多级孔ZSM-5分子筛
1.2.1 概述
1.2.2 多级孔ZSM-5分子筛的合成
1.2.3 多级孔ZSM-5分子筛的应用
1.3 催化剂成型
1.3.1 压缩成型法
1.3.2 挤条成型法
1.3.3 喷雾成型法
1.3.4 转动成型法
1.4 催化剂机械强度研究
1.4.1 催化剂机械强度测试
1.4.2 Griffith脆性断裂理论
1.4.3 Weibull统计理论
1.5 本论文研究目的与内容
第二章 多级孔ZSM-5挤条成型的单因素实验研究
2.1 前言
2.2 实验部分
2.2.1 实验仪器和试剂
2.2.2 分子筛的成型过程
2.2.3 颗粒机械强度测试与数据处理
2.3 结果与讨论
2.3.1 干燥温度的影响
2.3.2 干燥含水率的影响
2.3.3 焙烧温度的影响
2.3.4 焙烧时间的影响
2.4 本章小结
第三章 干燥过程对多级孔ZSM-5分子筛成型的影响
3.1 前言
3.2 实验部分
3.2.1 实验仪器和试剂
3.2.2 分子筛的成型过程
3.2.3 颗粒机械强度测试与数据处理
3.2.4 样品表征
3.3 实验设计
3.3.1 研究因素及其范围
3.3.2 中心复合正交设计
3.3.3 模型拟合与统计分析
3.4 结果与讨论
3.4.1 初始模型拟合评价
3.4.2 模型改进与验证
3.4.3 过程参数对响应变量的影响
3.4.4 机械强度的统计性质
3.4.5 形貌及孔结构
3.4.6 机械性能的提高
3.5 本章小结
第四章 焙烧过程对多级孔ZSM-5分子筛成型的影响
4.1 前言
4.2 实验部分
4.2.1 实验仪器和试剂
4.2.2 分子筛的成型过程
4.2.3 颗粒机械强度测试与数据处理
4.2.4 实验设计
4.3 结果与讨论
4.3.1 初始模型拟合评价
4.3.2 模型改进与验证
4.3.3 实验结果统计分析
4.3.4 过程参数对响应变量的影响
4.3.5 焙烧过程参数优化
4.4 本章小结
第五章 结论
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间科研成果
文章摘要:多级孔ZSM-5分子筛不仅继承了传统分子筛的各种优点,而且还克服了其在大分子扩散方面的局限性。对于粉末型催化剂,成型是其实现工业应用最重要的步骤之一,而且成型体机械性能是确保反应系统可靠运行的关键参数。因此,本文对多级孔ZSM-5分子筛进行挤条成型操作,并主要研究干燥和焙烧过程对成型颗粒机械性能的影响。具体工作内容如下:首先,采用单因素法,初步考察了挤条成型中干燥和焙烧过程对ZSM-5分子筛成型颗粒性能的影响。结果表明,干燥和焙烧均显著影响成型颗粒机械强度及其可靠性。因而,实验确定了干燥和焙烧中主要因素影响较大的因子范围。其次,采用中心复合正交设计研究了干燥温度、干燥时间和干燥含水率对ZSM-5成型体机械性能的影响,并且利用响应面方法论建立了成型颗粒的机械强度和Weibull模量的数学模型。结果表明:随着干燥温度的增加,机械强度和Weibull模量均有所减小;机械强度随干燥时间的增加而减小,但干燥时间对Weibull模量的影响并不显著;当干燥含水率处于实验中间值时,机械强度和Weibull模量均达到最大。通过数学模型分别确定了最佳的干燥条件。在该条件下,样品的机械强度和Weibull模量均达到最大。表征结果表明,捏合和挤条过程改变成型颗粒的孔结构,而干燥过程显著影响颗粒的内部裂纹尺寸。因此,干燥过程中裂纹尺寸的减小是提高ZSM-5成型颗粒力学性能的主要原因。最后,采用中心复合旋转设计研究了焙烧温度、焙烧时间和升温速率对ZSM-5成型体机械性能的影响。结果表明,焙烧过程总是有利于提高成型颗粒的机械性能。颗粒机械强度随焙烧温度和焙烧时间的增加而增加,随升温速率的增加而先减小后增大,在10℃/min时达到最小;Weibull模量随焙烧温度的增加而先增大后减小,在600℃时达到最大,中等水平的焙烧时间和升温速率导致较大的Weibull模量。通过参数优化得到最优条件:焙烧温度673.5℃、焙烧时间5.77h、升温速率12.62℃/min,对应的机械强度90.7 N,Weibull模量6.412。该成型颗粒同时拥有较高的机械强度和Weibull模量,从而在低失效概率下有更高的断裂负载。根据机械强度可靠性理论,该成型体表现出最佳的机械性能。
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