催化劑顆粒強度測定不確定度評定

何崇慧，尹玲玲，程紅霞

(中國石油蘭州化工研究中心，甘肅 蘭州 730000)

本文依據(jù)標準HGT 2782-2011 《化肥催化劑顆粒抗壓碎力的測定》，對裂解汽油加氫催化劑的顆粒強度進行測量，并依據(jù)標準中方法通過建立數(shù)學模型，對催化劑顆粒強度測量中的不確定度進行評定，分析影響強度測定不確定的因素，以此確保測量的可靠性。

1 實 驗

1.1 儀 器

顆粒抗壓強度儀，法國VINCI(規(guī)格0～100 kgf，精度1級，分辨力0.1 N)；數(shù)顯游標卡尺，Mitutoyo(型號CD-15DCX,分辨力0.01 mm，量程：0～150 mm)[1]。

1.2 實驗樣品

催化劑裂解汽油二段加氫催化劑LY-9802，淡藍色三葉草條形。

1.3 測定方法

取LY-9802催化劑100 g，用四分法[2]取樣25 g，再從其中隨機取出120顆，分為4份，每份30顆，按照標準HGT 2782-2011 (化肥催化劑顆粒抗壓碎力的測定)中的有關方法，對每顆催化劑進行長度的測定，之后用強度儀測量每顆催化劑的抗壓碎力。測量結果如表1所示。

表1 抽取120顆催化劑顆粒抗壓碎力測量結果

續(xù)表1

70.404680.569124.70.43064.80.46868.780.40982.60.56188.90.43476.60.50499.890.37251.30.471700.49972.90.54787.9100.4271000.56196.10.50247.50.52863.4…………200.48373.60.52787.10.5197190.49780.4…………300.54163.50.50990.40.48390.60.52878.3平均值0.43981.80.51389.30.48578.10.48975.9

1.4 建立數(shù)學模型

式中：F——催化劑顆粒單位長度的徑向抗壓碎力，N/cm

F′——為顆粒破碎時強度儀顯示的數(shù)值，即催化劑顆粒的徑向抗壓碎力，N

L——為試料長度數(shù)值，cm

式中：UC(F)——被測催化劑顆粒單位長度上徑向抗壓碎力的不確定度

UF′——被測催化劑的徑向抗壓碎力的不確定度[3]

UL——被測催化劑顆粒長度的不確定度

1.5 不確定度來源分析

1.5.1 B類評定

(1)強度儀測量帶來的B類不確定度，包括強度儀最小分辨率、強度儀計量校準帶來的不確定度。

(2)數(shù)顯測長儀游標卡尺測量長度帶來的B類不確定度，包括測長儀最小分辨率、測長儀計量校準帶來的不確定度。

1.5.2 A類評定

(1)強度儀測量帶來的A類不確定度，包括強度儀測量強度重復性、取樣代表性不夠帶來的不確定度；

(2)數(shù)顯測長儀游標卡尺測量長度帶來的A類不確定度,測長儀測量催化劑長度重復性、取樣代表性不夠帶來的不確定度；

1.6 B類不確定度評定

1.6.1 顆粒強度儀的不確定度分析

(1)強度儀校準相對標準不確定度

(2)測量標準傳感器的相對標準不確定度

(3)強度儀分辨率引入的不確定度uF3

(4)由顆粒強度儀引入的合成B類不確定度為：

1.6.2 測長儀游標卡尺帶來的不確定度UL

(1)游標卡尺校準帶來的標準不確定度UL1

(2)測量標準器的相對標準不確定度

(3)游標卡尺數(shù)顯分辨率帶來的不確定度

(4)由游標卡尺測量長度引入的合成不確定度為

=0.07%

1.6.3 抗壓強度測量過程的B類合成標準不確定度為

1.7 A類不確定度評定

1.7.1 顆粒強度測量帶來的A類不確定度

(1)顆粒強度測量重復性引入的不確定度

按照A類方法評定，由實驗數(shù)據(jù)測得的標準偏差為

合并樣本標準差，即平均值帶來的標準差為

表2 顆粒抗壓碎力測量標準差

(2)取樣過程帶來的不確定度UF4

本次試驗由同一個人在相同的操作環(huán)境條件下用同一臺儀器對同一批樣品進行四分法取樣測試，由于取樣代表性不夠引入的不確定度見表3。

表3 取樣過程對顆粒抗壓碎力帶來的標準差

由表3數(shù)據(jù)，四組實驗結果不確定度最大差值為3.16-2.94=0,22 N，該不確定度為取樣代表性不夠引入的，所以UF′,A2=0.22 N。

1.7.2 催化劑顆粒長度測量帶來的A類不確定度

(1)長度測量重復性帶來的不確定度

按照A類評定方法進行評定，由實驗數(shù)據(jù)測得的標準偏差為SLi

表4 催化劑長度測量標準差

則長度測量重復性帶來的A類不確定度為：

(2)取樣代表性帶來的不確定度UL4

本研究中，安排專業(yè)人員(一人)進行實驗，并要求操作環(huán)境一致，選取相同的儀器與樣品，開展四分法取樣測試，由于取樣代表性不夠引入的不確定度見表5。

表5 取樣過程對催化劑長度測量帶來的標準差

由表5數(shù)據(jù)，四組實驗結果不確定度最大差值為0.0089-0.0073=0.0016 cm，該不確定度為取樣代表性不夠引入的，所以uL,A2=0.0016 cm。

催化劑長度測量帶來的A類不確定度為

則催化劑顆粒強度測量的合成A類標準不確定度為

1.8 合成不確定度Uc

1.9 擴展不確定度

在置信水準95%下，選取包含因子k=2，則該催化劑顆粒抗壓碎力測量的擴展不確定度為U=k×Uc=2×19.02=38.04 N/cm。

該批次催化劑顆粒抗壓碎力的檢測結果為(168.7±38.04) N/cm，(k=2)。

2 結 論

經(jīng)過多樣本檢測，該批催化劑樣品的顆粒抗壓碎力測量結果的擴展不確定度為38.04 N/cm，P=95%，本次研究樣品實際說測數(shù)據(jù)為168.7 N/cm，其真值可能處于206.74～130.66 N/cm

范圍間，可信度大約為95%[6]。通過實驗結果表明，在催化劑顆粒抗壓碎力測量中，可將不確定度的評定加以運用，能使得相關實驗人員對于測量結果和真實值之間的差異有更好的認識和理解，有利于催化劑生產(chǎn)過程中的質量控制以及為催化劑檢測標準的制定提供一定的指導性。