固定床反应器(填充床反应器)是在化工过程中常见的反应器,是指在反应器中填充固体催化剂来实现化学反应的一种形式。在该类反应器的条件中釜内流经流体与催化剂间可进行有效的相面接触,具有较高的效率。反应时间是表征化学反应的重要参数之一,完全反应所需的时间对此反应的效率以及进行程度均有影响；而对不同结构的反应器而言有不同的停留时间及分布。对于具有一定反应速率的化学反应来说,反应时间与反应物在反应器内的停留时间的匹配程度十分重要。若二者尺度相近,物料自进入反应器到流出反应器的时间内刚好反应完全,即为最优状态,此时化学反应的转化率达到峰值。本文采用数值模拟的手段对八种不同结构反应器的流场性能表现,分别对不同进料管长度、出口位置、内构件形式的流场进行稳态及瞬态计算。通过稳态计算分析得出反应器内流场分布情况,并在此基础上加入定量示踪剂进行瞬态计算,从而得出停留时间分布曲线以及停留时间分布密度曲线。结果表明,进料管长度为2.6 m的反应器效果优于长度为3.6 m的反应器,反应器简单依靠增加反应器内构件(如气相分布器)对流场有一定影响但不明显,但若将反应器结构形式改为管式反应器,则反应物的停留时间分布明显优于其他几种,而物料出口设置在釜底更具有相对较好的性能。在反应器流场性能研究的基础之上,还对三种类型的在不同反应器结构及进料条件的条件下的表现进行了研究。研究中选用的三种化学反应反应速率相差较大,活化能不同：甲烷氧化反应(高活化能慢反应)、乙醇燃烧反应(高活化能快反应)、脱硝反应(低活化能快反应)。通过研究发现,不同结构反应器之间的停留时间差距较大。相同时间内,列管式固定床反应器的停留时间最短,示踪剂流出比例占总量的53.2%,而停留时间最长的改进出口结构的反应器示踪剂流出比例占总量的33.2%。选用的两种结构反应器中甲烷氧化反应的完成程度都十分低。对于乙醇燃烧反应来说,带分布器的反应器中乙醇转化率可达60%,效果更好。而对SCR脱硝反应,列管式反应器中一氧化氮转化率接近90%,表现更优。