固定床反应器内气流分布均匀性CFD模拟与结构改进

更新时间：2025-11-12 点击次数：10

　　固定床反应器广泛应用于催化加氢、氧化、重整等过程，其性能高度依赖于反应气体在催化剂床层中的均匀分布。若气流偏流或形成沟流，将导致局部热点、催化剂失活加速及转化率下降。为此，本文基于计算流体动力学(CFD)对某实验室级固定床反应器进行气流分布模拟，并提出结构优化方案。

　　原始模型为圆柱形反应管(内径25 mm，高300 mm)，底部采用多孔板进气。CFD模拟(使用ANSYS Fluent)显示：在入口流速1 L/min条件下，靠近管壁区域流速仅为中心区的40%，形成明显“壁效应”；当流速提升至5 L/min时，中心射流加剧，床层上部出现死区。这种不均匀性直接导致后续实验中催化剂利用率不足60%。

　　针对此问题，提出三项结构改进：

　　增设导流锥：在进气口上方安装30°锥角不锈钢导流体，引导气流向四周扩散；

　　优化分布板开孔率：将原均匀开孔改为“中心稀疏、边缘密集”的梯度布局；

　　引入静态混合元件：在床层底部嵌入螺旋扰流片，增强径向混合。

　　改进后CFD结果显示，床层截面速度标准差由原始的0.38降至0.12，均匀性指数(UI)提升至92%。实测CO氧化反应转化率波动从±8%缩小至±2%，验证了模拟有效性。该研究证明，CFD驱动的结构优化可显著提升固定床反应器的工程可靠性，为小试到中试放大提供设计依据。

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