催化剂颗粒强度测定不确定度评定

何崇慧，尹玲玲，程红霞

(中国石油兰州化工研究中心，甘肃 兰州 730000)

本文依据标准HGT 2782-2011 《化肥催化剂颗粒抗压碎力的测定》，对裂解汽油加氢催化剂的颗粒强度进行测量，并依据标准中方法通过建立数学模型，对催化剂颗粒强度测量中的不确定度进行评定，分析影响强度测定不确定的因素，以此确保测量的可靠性。

1 实 验

1.1 仪 器

颗粒抗压强度仪，法国VINCI(规格0～100 kgf，精度1级，分辨力0.1 N)；数显游标卡尺，Mitutoyo(型号CD-15DCX,分辨力0.01 mm，量程：0～150 mm)[1]。

1.2 实验样品

催化剂裂解汽油二段加氢催化剂LY-9802，淡蓝色三叶草条形。

1.3 测定方法

取LY-9802催化剂100 g，用四分法[2]取样25 g，再从其中随机取出120颗，分为4份，每份30颗，按照标准HGT 2782-2011 (化肥催化剂颗粒抗压碎力的测定)中的有关方法，对每颗催化剂进行长度的测定，之后用强度仪测量每颗催化剂的抗压碎力。测量结果如表1所示。

表1 抽取120颗催化剂颗粒抗压碎力测量结果

续表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 建立数学模型

式中：F——催化剂颗粒单位长度的径向抗压碎力，N/cm

F′——为颗粒破碎时强度仪显示的数值，即催化剂颗粒的径向抗压碎力，N

L——为试料长度数值，cm

式中：UC(F)——被测催化剂颗粒单位长度上径向抗压碎力的不确定度

UF′——被测催化剂的径向抗压碎力的不确定度[3]

UL——被测催化剂颗粒长度的不确定度

1.5 不确定度来源分析

1.5.1 B类评定

(1)强度仪测量带来的B类不确定度，包括强度仪最小分辨率、强度仪计量校准带来的不确定度。

(2)数显测长仪游标卡尺测量长度带来的B类不确定度，包括测长仪最小分辨率、测长仪计量校准带来的不确定度。

1.5.2 A类评定

(1)强度仪测量带来的A类不确定度，包括强度仪测量强度重复性、取样代表性不够带来的不确定度；

(2)数显测长仪游标卡尺测量长度带来的A类不确定度,测长仪测量催化剂长度重复性、取样代表性不够带来的不确定度；

1.6 B类不确定度评定

1.6.1 颗粒强度仪的不确定度分析

(1)强度仪校准相对标准不确定度

(2)测量标准传感器的相对标准不确定度

(3)强度仪分辨率引入的不确定度uF3

(4)由颗粒强度仪引入的合成B类不确定度为：

1.6.2 测长仪游标卡尺带来的不确定度UL

(1)游标卡尺校准带来的标准不确定度UL1

(2)测量标准器的相对标准不确定度

(3)游标卡尺数显分辨率带来的不确定度

(4)由游标卡尺测量长度引入的合成不确定度为

=0.07%

1.6.3 抗压强度测量过程的B类合成标准不确定度为

1.7 A类不确定度评定

1.7.1 颗粒强度测量带来的A类不确定度

(1)颗粒强度测量重复性引入的不确定度

按照A类方法评定，由实验数据测得的标准偏差为

合并样本标准差，即平均值带来的标准差为

表2 颗粒抗压碎力测量标准差

(2)取样过程带来的不确定度UF4

本次试验由同一个人在相同的操作环境条件下用同一台仪器对同一批样品进行四分法取样测试，由于取样代表性不够引入的不确定度见表3。

表3 取样过程对颗粒抗压碎力带来的标准差

由表3数据，四组实验结果不确定度最大差值为3.16-2.94=0,22 N，该不确定度为取样代表性不够引入的，所以UF′,A2=0.22 N。

1.7.2 催化剂颗粒长度测量带来的A类不确定度

(1)长度测量重复性带来的不确定度

按照A类评定方法进行评定，由实验数据测得的标准偏差为SLi

表4 催化剂长度测量标准差

则长度测量重复性带来的A类不确定度为：

(2)取样代表性带来的不确定度UL4

本研究中，安排专业人员(一人)进行实验，并要求操作环境一致，选取相同的仪器与样品，开展四分法取样测试，由于取样代表性不够引入的不确定度见表5。

表5 取样过程对催化剂长度测量带来的标准差

由表5数据，四组实验结果不确定度最大差值为0.0089-0.0073=0.0016 cm，该不确定度为取样代表性不够引入的，所以uL,A2=0.0016 cm。

催化剂长度测量带来的A类不确定度为

则催化剂颗粒强度测量的合成A类标准不确定度为

1.8 合成不确定度Uc

1.9 扩展不确定度

在置信水准95%下，选取包含因子k=2，则该催化剂颗粒抗压碎力测量的扩展不确定度为U=k×Uc=2×19.02=38.04 N/cm。

该批次催化剂颗粒抗压碎力的检测结果为(168.7±38.04) N/cm，(k=2)。

2 结 论

经过多样本检测，该批催化剂样品的颗粒抗压碎力测量结果的扩展不确定度为38.04 N/cm，P=95%，本次研究样品实际说测数据为168.7 N/cm，其真值可能处于206.74～130.66 N/cm

范围间，可信度大约为95%[6]。通过实验结果表明，在催化剂颗粒抗压碎力测量中，可将不确定度的评定加以运用，能使得相关实验人员对于测量结果和真实值之间的差异有更好的认识和理解，有利于催化剂生产过程中的质量控制以及为催化剂检测标准的制定提供一定的指导性。