丁二烯是重要的石油化工原料,它支撑着合成橡胶等产业的发展。随着乙烯裂解原料的轻质化,抽提法制取的丁二烯无法满足市场需求,丁烯氧化脱氢工艺重新引起了关注。传统的工艺多采用轴向固定床反应器制丁二烯,由于轴向床压降大,和丁烯氧化脱氢常压反应的特性相悖,限制了生产规模。径向床反应器压降小、流通面积大,更易实现丁二烯的大规模生产,但由于径向床内的流体流动规律远较轴向床复杂,因此,建立工业规模的径向床反应器模型,研究其流体流动规律以及反应特性,可为相关的工业开发提供理论依据。首先以10万吨/年的丁二烯产量为基础,结合相关的催化剂等参数,设计出适当尺寸的反应器,采用Fluent软件来模拟实际的流体流动情况,并对该方法的合理性进行了验证。考察了流量和密度的影响,证实采用一定流量的惰性介质来代替实际的流体进行模拟并不会造成显著的影响。对四种分类的径向床反应器依次做速度场和压力场分析,通过他们之间的差异,为后续的优化工作提供十分重要的角度和方向。其次,分别对π型和z型反应器进行结构优化。影响π型反应器的主要因素是流道截面积比和高径比,最佳的流道截面积比取值在1/3-1/2之间;高径比越小越有利于均布;反应器的尺寸可以适当增大;内流道直径取1.5m为最佳;开孔率对π型反应器的流场影响甚微,针对该反应体系建议选择20%的开孔率。π型反应器的优化方案并不适用于z型反应器,但采用合理的方法设计导流锥,能对z型反应器内流体均布起到非常明显的改善效果。也可以借助变开孔率分布的设计方法来改善流场不均匀程度。最后,将丁烯氧化脱氢动力学模型和冷态模拟耦合起来,在均匀度不同的反应器内分别模拟其浓度场分布,通过对比分析,并结合丁烯氧化脱氢反应体系的特性,不均匀度对反应转化率和目标产物选择性的影响十分有限。