目前工业生产中制备高纯度氟化稀土最重要的设备之一就是立式稀土氟化炉,它是一种典型的高温气固反应器。目前使用的立式稀土氟化炉炉内存在气体流速不均匀、炉内温度分布差异较大的现象,因此导致炉内整体氟化效率低。本文采用CFD计算流体动力学方法并结合ANSYS FLUENT软件对现有立式氟化炉炉内的流场和温度场进行研究分析并找出其存在的结构缺陷,之后对现有立式氟化炉结构参数进行改进后得到两种改进结构炉型,通过分析得出两种改进炉型相对于现有炉型的优越性。具体工作如下:(1)建立现有立式氟化炉数学物理模型并用FLUENT软件对其流场与温度场进行求解,研究结果表明:现有立式氟化炉内存在较多的气体涡流死区,气体流动停滞现象比较严重,氟化氢气体不能快速流向上部反应区域参加氟化反应,同时炉内的温度波动比较大,仅有上半部分区域能达到氟化反应的理想温度范围,而炉底部存在比较大的低温区域,所以炉内整体氟化效率较低。(2)通过分析得出造成炉内流场与温度场分布出现上述问题的原因是现有立式氟化炉的进气口位置、炉内胆结构、盛料盘结构以及集气罩结构存在缺陷,对上述各结构进行改进后得到两种改进结构炉型,通过对两种改进结构炉型炉内的流场与温度场进行求解并与现有炉型结果进行对比分析得出:改进后两种炉型内的气体涡流现象大幅减少,气体流动分布更加均匀,同时两种改进炉型内温度分布也更加均匀。相同条件下,两改进炉型炉内第二层料盘以上区域的温度均高于现有炉型对应区域温度。(3)由于通入气体初始温度过低,两改进结构炉型底部仍存在低温区域。对通入气体在五种初始温度下的炉内温度分布进行对比分析得出:随着气体初始温度的升高,炉内的最低温度逐渐升高,炉内平均温度不断升高,炉内最大温差逐渐减小,温度分布变的更加均匀。并且分析得出了能使炉内所有反应区域的温度达到氟化反应所需的理想温度范围的气体初始温度应不低于705K。(4)在实际生产中测得两改进炉型内氟化效率并绘制氟化效率曲线与现有炉型的氟化效率曲线对比分析得出:在未对通入气体进行预热时,两改进炉型炉内平均氟化效率分别提高了20.4%和14.9%;将通入气体预热到705K后两改进炉型炉内平均氟化效率分别提高了39.4%和36.1%。改进结构一炉型炉内的氟化效率提升幅度最大,该炉型能达到最佳优化效果。