随着重油重质化、劣质化程度的不断加深,催化裂化提升管反应器内存在的环—核流动、气固传质传热效果差、催化剂滑落与返混、目的产品选择性较低以及收率不够理想等问题,严重制约其获得好的产品分布和高的产品质量,因此新工艺和配套设备的开发具有重要意义。本文结合剂油短时接触催化裂化技术和旋流技术,提出了超短接触旋流反应催化裂化技术,并对这一新型催化裂化反应器——短接触旋流反应器内的气固流动梯度场特性、组分输运特性以及反应深度等内容开展基础研究,为新工艺和新设备的研究开发奠定坚实的理论基础。首先基于颗粒动力学理论,针对短接触旋流反应器内的梯度场分布特征,研究气固、固固间作用力,建立了气固流动梯度模型。主要对短接触旋流反应器内的三维流动梯度场及次级旋流特性进行研究,通过冷态实验验证,考察了不同模型参数对计算结果的影响,重点对混合腔和分离腔内的速度、固含率分布特性进行分析。研究结果表明反应器混合腔内气固分布均匀性较好,分离腔内速度、浓度、压力等各参数呈现明显的不均匀分布,即梯度场,有利于两相间的分离。考察了入口结构对气固混合过程的影响。研究结果表明当切向进气管位于混合腔顶部时反应器内的固相浓度分布最均匀,气固混合效果最好,有利于裂化反应的进行。原料油气与催化剂在混合腔内的接触时间约为!"#左右。通过研究不同粒径、入口位置以及气、固相速度对气固分离效果的影响发现,$%以下粒径颗粒在反应器内出现“短路流”,在气固相速度发生变化时,气相速度对颗粒运动轨迹、分离效率的影响更大。在此基础上进一步研究了不同参数(气相处理量、剂油比、催化剂粒径和密度)对气固间滑移特性的影响规律,建立了滑移速度模型。然后对短接触旋流反应器内裂化反应过程中的组分输运特性、停留时间分布进行研究,建立了停留时间模型。计算结果表明停留时间分布曲线呈单峰分布,气相各产物在反应器内返混程度大于催化剂;原料油气与催化剂的接触时间大于其他气相产物,且到达分离空间后催化剂与产物完成了较为彻底的分离,有利于裂化反应的进行。最后基于催化裂化集总反应动力学模型,对短接触旋流反应器内的产率和产品分布进行研究,建立了转化率模型。重点对反应器内梯度反应特点进行考察,并将裂化反应产品收率与提升管反应器进行比较。计算结果表明:在离心力作用下,由于各产物密度差产生的反应器内梯度场分布增加了原料油气与催化剂的接触时间并能够实现产物与催化剂快速分离;短接触旋流反应器内汽油选择性高于提升管,产品结构组成更优。