1、丁烯ODH工藝是工業(yè)上生產(chǎn)橡膠原料-丁二烯的最有效方法，丁烯ODH過(guò)程的研究對(duì)于我國(guó)橡膠工業(yè)具有十分重大的意義。固定床反應(yīng)器中丁烯ODH是一個(gè)典型的氣固相催化過(guò)程，其內(nèi)部涉及到多個(gè)尺度之間的相互作用，會(huì)影響固定床反應(yīng)器的性能。為了能夠詳細(xì)地了解這一過(guò)程中各個(gè)尺度間的作用規(guī)律，以便更加有效地指導(dǎo)過(guò)程中固定床反應(yīng)器的優(yōu)化，本文建立了完整的多尺度固定床反應(yīng)器模型來(lái)預(yù)測(cè)丁烯ODH固定床內(nèi)的多尺度效應(yīng)。此外，本文還建立了規(guī)整結(jié)構(gòu)反應(yīng)器模型，同時(shí)在

2、兩種模型模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上比較了規(guī)整結(jié)構(gòu)反應(yīng)器和傳統(tǒng)固定床反應(yīng)器的反應(yīng)器性能。
　　本文首先建立了完整的單顆粒模型，然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)檢驗(yàn)此模型的有效性，有效化后的單顆粒模型可以用來(lái)考察頹粒內(nèi)擴(kuò)散現(xiàn)象。模擬的結(jié)果顯示粒子內(nèi)擴(kuò)散現(xiàn)象較為顯著，同時(shí)顆粒內(nèi)反應(yīng)是一個(gè)由擴(kuò)散控制的過(guò)程。此外，粒子內(nèi)的不穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間很短，在工業(yè)反應(yīng)過(guò)程中可以忽略不計(jì)。催化劑顆粒內(nèi)外擴(kuò)散阻力主要影響組分的濃度，對(duì)溫度和壓力影響較小。模型還被用來(lái)預(yù)測(cè)粒子直徑、操

3、作壓力和操作溫度等模型參數(shù)對(duì)粒子擴(kuò)散的影響。結(jié)果表明:增大催化劑的直徑會(huì)使內(nèi)擴(kuò)散阻力增大，但不會(huì)影響催化劑的外擴(kuò)散阻力，當(dāng)催化劑直徑dp＜0.5mm時(shí)可以忽略內(nèi)擴(kuò)散現(xiàn)象。操作壓力的大小不會(huì)影響內(nèi)外擴(kuò)散阻力。操作溫度的增加會(huì)使內(nèi)擴(kuò)散阻力和粒子表面溫度變大，但不會(huì)影響粒子表面組分濃度和表面壓力。基于單顆粒模型模擬的結(jié)果，本章最后對(duì)單顆粒模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化。
　　通過(guò)各個(gè)尺度間參數(shù)傳遞的方法，本文隨后將簡(jiǎn)化的單顆粒模型與多孔介質(zhì)模型耦合起來(lái)

4、，建立了丁烯ODH的固定床多尺度模型。通過(guò)將模擬的結(jié)果與Ergun方程和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比來(lái)檢驗(yàn)此模型的有效性，然后模型可被用來(lái)考察反應(yīng)器內(nèi)擴(kuò)散效應(yīng)和參數(shù)對(duì)內(nèi)部流場(chǎng)的影響。模擬的結(jié)果顯示粒子擴(kuò)散效應(yīng)對(duì)組分的濃度分布和溫度場(chǎng)有著很大而影響。由于固定床的自穩(wěn)定性，反應(yīng)器可被分為三個(gè)區(qū)域:底部的擴(kuò)散控制區(qū)域、中部的過(guò)渡區(qū)域和頂部的反應(yīng)控制區(qū)域，在反應(yīng)控制區(qū)域粒子擴(kuò)散現(xiàn)象可以忽略不計(jì)。粒子直徑、空速和壁溫都會(huì)影響反應(yīng)器內(nèi)流場(chǎng)的分布，但粒徑對(duì)溫度場(chǎng)影響