5.5案例 5.5.1案例1：合成气制二甲瞇淤浆床反应器冷模试验 对于大型工业化的三相淤浆床反应器，由于生产的需要，使得反应器的高度高(20~40米) 直径大(1~8米)、反应压力大(2.0~4.0MP)、固体催化剂含量高(30~40%质量分率)，同时当 反应为放热反应时，还需要添加内置换热器，这样的三相淤浆床反应器存在复杂的流体力学行 为，直接影响反应结果，使得在设计和放大三相淤浆床反应器时必须考虑放大效应，因此必须 对三相淤浆床反应器的流体力学行为进行深入而细致的研究。 (1)冷模试验方案 研究三相淤浆床反应器的流体力学，一般采用冷态模拟装置。研究结果可供同体系同类型 反应器参考。冷模试验装置的结构与实际反应器相同或接近：内部构件相同或相似：试验研究 的物系与实际物系相同或接近。冷态模拟试验方法较为简单，投资少，而且在发现问题时，改 进方便，因此应用十分广泛。 气含率是三相淤浆床反应器流体力学行为中最重要也是可以定量的指标，是评价气液传质 状态，确定三相反应器体积及液一固两相用量时必不可少的参数。影响气含率的因素很多，主 要包括操作条件、液体性质、固体颗粒性质、床层特性、反应器结构等。 表观气速是影响气含率的关键因素，气速增大，气含率增加，一般认为气含率与气速的 0.5~1.0次方成正比。三相反应器的直径对气含率的影响仅限于直径小于0.15米的小塔，对 大直径反应器来说影响不大。多数研究者认为气体的性质对气含率的影响很小，可以忽略。因 此很多关于气含率的经验关联式均没有考虑气体性质的影响。 气含率的测定方法有床膨胀法、压强脉冲法及电导探针法。床膨胀法比较直观、方便、 简单，所以应用十分广泛。平均气含率的计算方法如下： EG=(H-H。)/H 以前的学者在研究三相淤浆床反应器的流体力学行为时，往往单纯从工程角度出发，仅仅 使用空气一水一石英沙体系，用该体系的试验数据回归气含率的计算公式，再用于实际工业反 应器的模拟。但在具体的工艺流程中，这种公式并不适用，三相淤浆床反应器流体力学行为与 具体的惰性介质的性质、催化剂特性都有密切而复杂的关系，目前还不能将不同结构、不同惰 性介质、不同催化剂体系的反应器的流体力学行为用统一的表达式进行描述。因此，开发适用 于特定生产工艺的三相淤浆床反应器之前进行流体力学研究，是十分必要的。 研究对象的选择十分重要，惰性液相介质的物化性质包括密度、粘度、表面张力。气相的 物性对三相淤浆床反应器流体力学性质的影响较小，因此，一般情况下，常选择空气、C02、N2 等常见气体作为替代气体。对固体的选择与液体的选择类似，最好采用实际固体。 综上所述，本次冷模试验主要采用空气一液体石蜡一催化剂体系，同时用空气一水和空气 一液体石蜡作对比试验：测定气含率与表观气速、固体催化剂浓度、液体性质等的关系，并得 到气含率与上述变量之间的经验关联式。 (2)冷模试验装置及流程 合成气制二甲醚三相淤浆床反应器流体力学试验装置是由华东理工大学与上海吴泾化工总 厂设计院设计，华东理工大学与上海吴泾化工总厂共同建造的。三相淤浆床反应器流体力学试 验在上海吴泾化工总厂进行，试验装置安装在该厂甲醇车间内，空气压缩机由该厂提供，设备 安装与配管工作均由该厂负责。 冷模流体力学试验的装置结构与规模主要考虑将来与三相淤浆床中合成气直接制二甲醚工 业热模试验配套。冷模反应器的尺寸与热模反应器相同，冷模试验的表观气速、固含率、换热 元件等均与热模试验的条件相同。 冷模试验反应器（见图5.1）主体由有机玻璃制造，外径中200mm,内径中190mm,高4200 mm,在离底3000mm处设有加料口。反应器主体内装有换热器模型，高1900mm,其两端为5.5 案例 5.5.1 案例 1：合成气制二甲醚淤浆床反应器冷模试验 对于大型工业化的三相淤浆床反应器，由于生产的需要，使得反应器的高度高(20～40 米)、 直径大(1～8 米)、反应压力大(2.0～4.0MPa)、固体催化剂含量高(30～40％质量分率)，同时当 反应为放热反应时，还需要添加内置换热器，这样的三相淤浆床反应器存在复杂的流体力学行 为，直接影响反应结果，使得在设计和放大三相淤浆床反应器时必须考虑放大效应，因此必须 对三相淤浆床反应器的流体力学行为进行深入而细致的研究。 （1）冷模试验方案 研究三相淤浆床反应器的流体力学，一般采用冷态模拟装置。研究结果可供同体系同类型 反应器参考。冷模试验装置的结构与实际反应器相同或接近；内部构件相同或相似；试验研究 的物系与实际物系相同或接近。冷态模拟试验方法较为简单，投资少，而且在发现问题时，改 进方便，因此应用十分广泛。 气含率是三相淤浆床反应器流体力学行为中最重要也是可以定量的指标，是评价气液传质 状态，确定三相反应器体积及液－固两相用量时必不可少的参数。影响气含率的因素很多，主 要包括操作条件、液体性质、固体颗粒性质、床层特性、反应器结构等。 表观气速是影响气含率的关键因素，气速增大，气含率增加，一般认为气含率与气速的 0.5～1.0 次方成正比。三相反应器的直径对气含率的影响仅限于直径小于 0.15 米的小塔，对 大直径反应器来说影响不大。多数研究者认为气体的性质对气含率的影响很小，可以忽略。因 此很多关于气含率的经验关联式均没有考虑气体性质的影响。 气含率的测定方法有床膨胀法、压强脉冲法及电导探针法。床膨胀法比较直观、方便、 简单，所以应用十分广泛。平均气含率的计算方法如下：  G  (H  H0 )/ H 以前的学者在研究三相淤浆床反应器的流体力学行为时，往往单纯从工程角度出发，仅仅 使用空气－水－石英沙体系，用该体系的试验数据回归气含率的计算公式，再用于实际工业反 应器的模拟。但在具体的工艺流程中，这种公式并不适用，三相淤浆床反应器流体力学行为与 具体的惰性介质的性质、催化剂特性都有密切而复杂的关系，目前还不能将不同结构、不同惰 性介质、不同催化剂体系的反应器的流体力学行为用统一的表达式进行描述。因此，开发适用 于特定生产工艺的三相淤浆床反应器之前进行流体力学研究，是十分必要的。 研究对象的选择十分重要，惰性液相介质的物化性质包括密度、粘度、表面张力。气相的 物性对三相淤浆床反应器流体力学性质的影响较小，因此，一般情况下，常选择空气、CO2、N2 等常见气体作为替代气体。对固体的选择与液体的选择类似，最好采用实际固体。 综上所述，本次冷模试验主要采用空气－液体石蜡－催化剂体系，同时用空气－水和空气 －液体石蜡作对比试验；测定气含率与表观气速、固体催化剂浓度、液体性质等的关系，并得 到气含率与上述变量之间的经验关联式。 （2） 冷模试验装置及流程 合成气制二甲醚三相淤浆床反应器流体力学试验装置是由华东理工大学与上海吴泾化工总 厂设计院设计，华东理工大学与上海吴泾化工总厂共同建造的。三相淤浆床反应器流体力学试 验在上海吴泾化工总厂进行，试验装置安装在该厂甲醇车间内，空气压缩机由该厂提供，设备 安装与配管工作均由该厂负责。 冷模流体力学试验的装置结构与规模主要考虑将来与三相淤浆床中合成气直接制二甲醚工 业热模试验配套。冷模反应器的尺寸与热模反应器相同，冷模试验的表观气速、固含率、换热 元件等均与热模试验的条件相同。 冷模试验反应器(见图 5.1)主体由有机玻璃制造，外径φ200 mm，内径φ190 mm，高 4200 mm，在离底 3000 mm 处设有加料口。反应器主体内装有换热器模型，高 1900 mm，其两端为