颗粒强度测定仪：催化剂颗粒强度的测定操作规范与应用方案

1 前言

柱形催化剂广泛应用于石油化工、煤化工及精细化工固定床反应系统。在长期运行过程中，催化剂颗粒需承受床层压力、气流冲击及温度变化等作用，其机械强度直接影响使用寿命和装置运行稳定性。若颗粒强度不足，在运输、装填或反应过程中易发生破碎粉化，导致催化剂损耗增加，并可能造成反应器压降升高、管路堵塞等问题。

与球形颗粒不同，柱形催化剂实际工况中主要承受径向载荷，因此径向抗压强度是评价其机械性能的重要指标；部分应用场景还需结合轴向强度测试，评估颗粒承受床层压力的能力。柱形催化剂属于硬质脆性颗粒，受压达到临界值后会发生断裂，检测时需采用柱形颗粒测试模式。

本方案依据HG/T 2782-2024《化工催化剂颗粒抗压碎力的测定》及GB/T 44750-2024《颗粒 抗压强度的测量》等标准，结合颗粒强度测定仪建立标准化检测流程。该方法适用于圆柱形、条形、环形、蜂窝煤形催化剂及分子筛等材料的径向、轴向抗压强度测试，可为生产质控、工艺优化、来料检验及材料研发提供数据依据。

2 仪器与试剂

2.1 仪器

颗粒强度测定仪；鼓风干燥箱；游标卡尺或电子数显卡尺（精度 0.02 mm）；镊子等。

图 1：颗粒强度测定仪外观图

2.2 样品与辅助用品

催化剂颗粒；无水乙醇（分析纯）；无尘软毛刷。

3 实验方法

3.1 样品准备

取样：按照 GB/T 41948《颗粒表征 样品准备》的规定进行取样。从批量产品中随机采集具有代表性的催化剂样品，取样量应足够完成全部测试。

样品预处理：按照产品标准或企业要求进行必要的（如烘干、筛分）预处理。

样品挑选：用镊子从预处理后的样品中随机选取 30 粒表面无明显缺陷的柱形催化剂颗粒。

尺寸测量：用游标卡尺测量每颗柱形催化剂颗粒的直径和长度。选取直径和长度基本一致的

样品进行后续测试。

3.2 样品测试步骤

开机自检：开启仪器电源，选择颗粒类型（催化剂属于脆性颗粒），仪器自动完成整机自检。

压杆自动升降归零，自检完成后，界面显示“待检测”。

模式选择：进入柱形颗粒检测界面，选择接触方式，面接触时（轴向载荷）需输入样品截面

积，线接触时（径向载荷）不需输入截面积。

样品放置：用镊子将 1 颗催化剂颗粒放置于样品托盘。

注：催化剂测定径向颗粒强度时，必须水平放置，确保压杆沿颗粒直径方向施压，测定轴向颗粒强度时，必须垂直放置。

启动测试：点击“开始”进行测试。压杆匀速向下运动，接触样品后实时显示当前压力值。

数据采集：仪器持续实时采集压力数值，催化剂颗粒受压破碎瞬间蜂鸣报警，设备自动记录

破碎峰值压力，压杆自动回升至初始位置，单次测试数据自动存入系统。

清理托盘：单次测试完成后，用毛刷清扫托盘内催化剂碎屑，再进行下一粒测试。

平行测试：每组连续有效测试 15 粒，中途若颗粒打滑、未破碎触发超压保护，点击“停止”舍弃本次数据，重新检测。

图 2：柱形催化剂尺寸测量与烘干

3.3 仪器操作说明

颗粒类型选择：开机主界面选择“脆性颗粒”。

接触方式选择：径向测定选择“线接触”，轴向测定选择“面接触”。

清零：如仪器不显示“0”，点击“清零”按键。

查看数据：点击“查看”进入查看界面，可存储 15 次测试数据，保存平均值及变异系数。打印：点击“打印”打印本轮测试数据。

清空：点击“清空”清空本轮测试数据。

4 结果与讨论

4.1 结果统计

仪器自动存储 15 组单粒颗粒破碎压力值，自动计算：

单粒颗粒强度：破碎瞬间最大压力，单位 N；

批次平均颗粒强度：15 组数据算术平均值，单位 N；

变异系数 Cv：反映尿素颗粒强度均匀性，用于评价造粒工艺稳定性。

无需额外换算公式，直接以仪器输出平均压力作为最终检测结果。

4.2 测试结果

以面接触为例：

图 3：样品测试过程与数据图

4.3 精密度

变异系数越小，说明颗粒均匀性越好。颗粒的形状、尺寸及制备工艺的一致性会影响颗粒强

度结果。

5 方案特点与优势

5.1 仪器性能亮点

多形态兼容：支持圆柱形、条形、环形、蜂窝煤形等多种柱状催化剂检测，可根据需求切换径向（线接触）和轴向（面接触）加载方式。

操作简便：采用触摸式人机界面，测试参数预设后即可自动完成检测，结果自动统计并支持打印输出。

安全防护完善：具备超压保护功能，可降低高强度颗粒测试过程中对传感器造成的损伤风险。

检测精度高：力值分辨力达到0.01 N，可有效区分不同配方、成型工艺及焙烧条件造成的强度变化，为工艺优化和质量评价提供依据。

5.2 适用对象与检测能力

样品范围：适用于圆柱形催化剂、条形催化剂、环形催化剂、蜂窝煤形催化剂以及分子筛等颗粒材料。

尺寸适配：支持0.2~25 mm（或0.5~25 mm，具体以仪器型号为准）的颗粒检测。

测试效率：单粒检测时间短，重复性良好，可满足批量样品快速评价需求。

5.3 关键质控要点

环境要求：建议在温度10~30℃、相对湿度≤70%的条件下进行测试，减少环境因素对结果的影响。

尺寸记录：测试前应准确测量颗粒直径、长度等尺寸参数，确保检测结果具备可追溯性。

加载方式规范：径向强度测试时颗粒需水平放置，使压杆沿直径方向施力；轴向测试时需垂直放置，避免因放置方式错误导致数据偏差。

取样控制：按照随机取样原则选取样品，保证测试结果能够代表批次整体性能。

设备维护：测试完成后及时清理残留碎屑，保持设备清洁；定期采用标准砝码进行力值校准，确保长期测试准确性。

6 结论

本方案依据HG/T 2782-2024《化工催化剂颗粒抗压碎力的测定》及GB/T 44750-2024《颗粒 抗压强度的测量》等标准，利用颗粒强度测定仪建立了适用于柱形催化剂的抗压强度检测方法。

该方法结合柱形催化剂硬质脆性特点，通过规范颗粒放置方式、选择对应径向或轴向测试模式，并结合多次平行测定，有效提升检测结果的准确性和一致性。检测数据能够直观反映催化剂颗粒在运输、装填及运行过程中的抗破碎能力，可应用于催化剂生产质量控制、工艺优化、用户验收及科研评价等环节，为催化材料性能分析提供可靠依据。