丁烯ODH工艺是工业上生产橡胶原料-丁二烯的最有效方法,丁烯ODH过程的研究对于我国橡胶工业具有十分重大的意义。固定床反应器中丁烯ODH是一个典型的气固相催化过程,其内部涉及到多个尺度之间的相互作用,会影响固定床反应器的性能。为了能够详细地了鹪这一过程中各个尺度间的作用规律,以便更加有效地指导过程中固定床反应器的优化,本文建立了完整的多尺度固定床反应器模型来预测丁烯ODH固定床内的多尺度效应。此外。本文还建立了规整结构反应器模型,同时在两种模型模拟结果的基础上比较了规整结构反应器和传统固定床反应器的反应器性能。本文首先建立了完整的单颗粒模型,然后通过实验数据来检验此模型的有效性,有效化后的单颗粒模型可以用来考察颓粒内扩散现象。模拟的结果显示粒子内扩散现象较为显著,同时颗粒内反应是一个由扩散控制的过程。此外,粒子内的不稳定状态的时间很短,在工业反应过程中可以忽略不计。催化剂颗粒内外扩散阻力主要影响组分的浓度,对温度和压力影响较小。模型还被用来预测粒子直径、操作压力和操作温度等模型参数对粒子扩散的影响。结果表明：增大催化剂的直径会使内扩散阻力增大,但不会影响催化剂的外扩散阻力,当催化剂直径dp<0.5mm时可以忽略内扩散现象。操作压力的大小不会影响内外扩散阻力。操作温度的增加会使内扩散阻力和粒子表面温度变大,但不会影响粒子表面组分浓度和表面压力。基于单颗粒模型模拟的结果,本章最后对单颗粒模型进行了简化。通过各个尺度间参数传递的方法,本文随后将简化的单颗粒模型与多孔介质模型耦合起来,建立了丁烯ODH的固定床多尺度模型。通过将模拟的结果与Ergun方程和实验数据对比来检验此模型的有效性,然后模型可被用来考察反应器内扩散效应和参数对内部流场的影响。模拟的结果显示粒子扩散效应对组分的浓度分布和温度场有着很大而影响。由于固定床的自稳定性,反应器可被分为三个区域：底部的扩散控制区域、中部的过渡区域和顶部的反应控制区域,在反应控制区域粒子扩散现象可以忽略不计。粒子直径、空速和壁温都会影响反应器内流场的分布,但粒径对温度场影响不大。另外,粒子直径、空速和壁温三个参数还会影响丁二烯的转化率。最后,本文建立了丁烯ODH体系的规整结构反应器模型。基于此模型和多尺度模型,通过模拟计算来对比规整反应器和传统催化剂颗粒散堆的固定床反应器的反应器性能。对比结果显示规整结构反应器能够提高反应器效率和丁二烯选择性,但是由于传热性能较差难以控制内部温度。