齿球型氧化铝载体成型工艺优化

《齿球型氧化铝载体成型工艺优化》由会员分享，可在线阅读，更多相关《齿球型氧化铝载体成型工艺优化（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、齿球型氧化铝载体成型工艺优化Abstract： Orthogonal experimental design on main factors of extrusion conditions of tooth spherical alumina carrier was carried out by Box-Behnken response surface method ， such as water-powder mass ratio， extruder frequency， and peptization time and extrusion pressure. Taking finished

2、 product rate of tooth spherical carrier as a response function ， the corresponding mathematical model was established， the test method was optimized. The best test condition was obtained as follows： water-powder mass ratio 1.40， extruder frequency 35 Hz， peptization time 40 min and extrusion pressu

3、re 13 MPa. Under above conditions， the finished product rate of tooth spherical carrier can reach to 98%. According to this method， the experiment was repeated three times， the finished product rates all were 98%.So Box-Behnke experimental design method can be used to optimize the extrusion conditio

4、ns of tooth spherical alumina carrier ， prediction values of the mathematical model are consistent in the experimental values.Key words： Box-Behnken response surface method； Tooth spherical carrier； Alumina； Finished product rate石油、化工行业的快速发展，促进了催化剂行业的迅猛发展。随 着高性能催化剂需求量的不断增加，对载体质量的要求也越来越高。 载体的孔道结构直接影响

5、催化剂活性组分的分布、反应物分子及反应 产物的扩散，适宜的孔道结构可充分发挥催化剂活性组分的性能，提 高催化剂的反应活性和选择性。在炼油化工催化剂载体领域，氧化铝的应用最为广泛。目前国内 现有的中和备氧化铝载体的技术已越来越无法满足现代炼油催化剂 发展的要求。据统计，上负载型催化剂载体约有70%使用氧化铝。成 型是指各类粉体、颗粒、溶液或熔融原料在一定外力作用下互相聚集， 制成具有一定形状、大小和强度的固体颗粒的单元过程。随着生产和 科学技术的发展，成型工艺已渗透到许多重要行业中。化学的发展很 大程度上依赖于催化剂的开发，而任何固体催化剂的制备均离不开成 型工艺。新型催化剂除了配方和工艺外，催

6、化剂外形的创新也成为一 个发展方向，催化剂的外形经历了从小球形到条形，再到齿球型的发 展，是催化剂外形的一次重大改进。齿球型催化剂拥有加氢活性高、 处理负荷大、初始反应温度低，催化剂机械性能好和使用寿命好等优 点，主要应用于硫氮、烯烃和胶质含量较高的汽油和柴油精制，得到 了很好的工业应用。齿球型催化剂拥有加氢活性高、处理负荷大、初 始反应温度低，催化剂的机械性能好和使用寿命长等优点，是优良的 加氢精制催化剂。同时，齿球形催化剂当量直径小，传质效率高，能 提高催化反应效率因子，又解决了球形和条形催化剂存在的不足问题 是今后技术发展的一个方向。1 实验部分1.1 实验原料与设备 氧化铝（工业级，江

7、苏晶晶新材料有限公司）、田菁粉（工业级， 东明县朱洼田菁胶厂）浓硝酸（化学纯，天津市光复精细化工有限公 司）、齿球型载体成套加工设备（淄博市临淄海昌机械有限公司）。1.2 齿球型氧化铝载体成型实验 将一定量的氧化铝和田菁粉加入捏合机中，混合均匀后加入含有 一定量硝酸的水溶液捏合，采用齿球型载体成套加工设备挤条、造粒， 得到粒径为2.02.5 mm的齿球载体。将成型后的载体先在120C。的 烘箱中干燥，然后520 C焙烧4 h得到氧化铝载体。1.3 齿球型氧化铝载体成品率计算随机抽取 10 颗齿球型载体，挑选出不合格颗粒，记下合格颗粒 数量。按照此方法重复随机抽取三次，取平均值。成品率二（合格颗

8、粒数/10） X100%1.4 数理统计方法实验采用 Box-Behnken 实验方法来优化齿球型氧化铝载体成型 工艺的最佳反应条件。对影响齿球型载体成型工艺影响较大的主要有 4个因素：水粉比、捏合机频率、胶溶时间和挤条机压力。根据Box- Behnken 实验方法对实验进行设计，设计完毕根据设计方法进行实验 对最佳实验条件下的预测值和实际值进行对比，并拟合出二次回归方 程，优化出最佳的反应条件。2 结果与分析2.1 实验设计及结果运用 Box-Behnken 的设计原理，对实验确定的 4 个显著影响因 子各取 2 个水平。本实验安排响应面实验各个因素水平如表1 所示。根据Box-Behnke

9、n实验软件设计了共29个试验点进行响应面分 析，实验安排及结果见表2 。 29 个试验点分为两类：一类是析因点， 共 24 个；一类是零点，为区域的中心点。零点重复5 次，用于估计 实验的误差。2.2 回归分析运用 design expert 7.1.6 软件对 29 个实验点的响应值（产品产 率）进行回归分析。根据表2的实验结果，以成品率Y值为相应值，对数据进行回归 分析，实验因子对响应值可得到以下的回归方程：Y=96.00+0.67A+0.000B-0.17C+0.33D+0.25AB-0.25AC+0.50AD-0.50BC+0.25BD-1.25CD -0.67A2+0.083B2+0

10、.33C2+0.083D2表 3 为响应面的方差分析，通过该表可以看出， “Model ProbF” 等于 0.0319 远小于 0.05，说明模型是显著的。一般认为，相关系数 R2 大于 0.9，表明预测值能与实验值具有相关度。在这个试验中， R2=0.9512，表明仅有不到5%的成品率变异不能由该模型解释。调整 AdjR-Squared为84.31%，说明模型是高度显著的，同时，C.V.%值很 小（0.75%）说明模型的输出数据精确度十分高，误差低。决定系数 R2=0.9512 说明方程的拟合度很好，可以用该方程代替 真实实验结果进行分析。回归方程的方差分析还表明，一次项和二次 项中的 A

11、 对响应值的影响是比较显著的，交互项中的 CD 项对响应值 的影响比较显著，试验因子与响应值之间不是线性关系。图1为4个 因素中 CD 项对实验结果的影响相应曲面图，在图1 中，固定水粉比 和捏合机频率，考察胶溶时间（C）和挤条机压力（D）对成品率的影 响以及CD的交互作用。由等高线的陡缓程度可以得出：挤条机压力（D）的影响大于胶溶时间（C）的影响。同时CD的交互作用比较显 著，可以通过两者之间的相互改变达到同样的效果，这在响应面图中 得到体现。图 2 为实验预测值和实验值的比较，从图可以得出，实际值十分 接近预测值，测试量接近一直线。综上所述，该模型成功体现齿球型 载体成型备过程中的各个变量对其成品率的影响情况。3结论本文选取水粉比，捏合机频率，胶溶时间和挤条机压力为影响齿 球型氧化铝载体成品率的主要影响因素，利用Box-Behnke效应面法， 通过方差分析，得到各因素对齿球型氧化铝载体成品率影响的显著性 程度，并确定出预测模型的回归方程，并且通过回归方程得到了最优 工艺条件为：水粉比为1.40、捏合机频率为35 Hz、胶溶时间为40 min、挤条机压力为13 MPa，此时载体成品率达到98%。利用最优条 件进行实验验证，结果显示回归模型的预测值与实验值比较接近，说 明回归方程能较真实的反应各个因素的影响，建立的模型与实际情况 拟合度较好。