气升式环流反应器作为一种具有良好传质、传热性能和不需机械搅拌就可实现良好混合的反应器受到关注,已在生化、环境等领域得到广泛应用,由于其流动速度大、返混效果好、固体颗粒不易沉积等优点而在悬浮床加氢工艺有良好的应用前景。然而由于气升式环流反应器流场的复杂性,气升式环流反应器工业放大还有很多不确定性。本文借助计算流体力学(CFD)为研究手段,利用欧拉-欧拉双流体模型建立了能够描述气升式环流反应器内部复杂流动的CFD模型,对反应器内部流动做了详尽的研究来为反应器工业放大提供理论依据。首先以50万吨/年重质原料油处理量的气升式环流反应器为研究对象,考察了液面高度和研究体系对流动的影响规律,然后以24吨/年、10万吨/年、50万吨/年和100万吨/年重质原料油处理量为基准考察了液面高度与导流筒长度比和研究体系对气含率和环流液速影响的放大规律;其次,考察了50万吨/年重质原料油处理量的反应器内导流筒内径、导流筒长度、导流筒位置、反应器底部锥度、喷嘴直径、喷嘴位置和喷嘴层数对流动的影响规律;最后以24吨/年、10万吨/年、50万吨/年和100万吨/年重质原料油处理量为基准考察了放大过程中导流筒内径与外筒直径比值、导流筒长度与外筒长度比值、导流筒距底部距离与导流筒直径比值、反应器底部锥度、喷嘴直径与内筒直径比、喷嘴位置、喷嘴夹角和喷嘴层数对流动的影响。液面高度和研究体系对流动的影响规律以及液面高度与导流筒长度比和研究体系对气含率和环流液速影响的放大规律的研究结果表明:液面高度对气含率影响很小,下降区环流液速呈现略微增大的趋势;相对于空气-水体系,氢气-重油体系下气含率更高,环流液速更小。随着液面高度和导流筒长度的比值的增大,整体气含率有所减小,环流液速有所提高,但变化幅度较小。随着反应器体积的放大,氢气-重油体系整体气含率明显大于空气-水体系,环流液速明显小于空气-水体系。导流筒内径、导流筒长度、导流筒位置、反应器底部锥度、喷嘴直径、喷嘴位置和喷嘴结构对流动影响规律的研究结果表明:在一定范围内上升区、下降区和整体的气含率和环流液速随着导流筒直径增加而增加,导流筒直径过大时反而不利于环流。在一定范围内增加导流筒长度会改善流动行为,当导流筒长度超过11~12m时,流动改善不大;随着导流筒位置的提高,气含率和环流液速都呈现先增后减的趋势,当导流筒安装高度为0.82m时,气含率和环流液速达到最佳;增大底部锥度使各个区域的气含率有所增加,环流液速略微减小;随着喷嘴直径增加,上升区和下降区气含率逐渐增加而环流液速逐渐减小,环流液速变化幅度更大。喷嘴高置时气含率明显高于平置和喷嘴低置时两种情况,喷嘴平置和喷嘴低置时气含率相差不大;三种喷嘴位置下的环流液速大小依次为:低置、平置和高置。在一定范围内增加喷嘴夹角会改善气含率和环流液速的径向分布,喷嘴夹角过大会影响环流效果。随着喷嘴层数增加气含率和环流液速沿径向分布更加均匀。放大过程中导流筒内径与外筒直径比值、导流筒长度与外筒长度比值、导流筒距底部距离与导流筒直径比值、反应器底部锥度、喷嘴直径与内筒直径比、喷嘴位置、喷嘴夹角和喷嘴层数对流动影响的研究结果表明:较小的反应器尺寸下几何结构对反应器内流动特性影响很小。随着反应器体积的放大,较优流动下的导流筒内径与外筒直径比值有所减小,导流筒距底部距离与导流筒直径比值有所增加,导流筒长度和外筒长度比值有所增加,导流筒内径与外筒直径比值由0.75减小至0.70,导流筒距底部距离与导流筒直径比值由0.27~0.42增加至0.42~0.45,导流筒长度和外筒长度比值由0.37增加至0.45。放大过程中较优流动下喷嘴位置有所下降,喷嘴位置由高置下降至低置。随着反应器体积的放大,较大的反应器底部锥度、较小的喷嘴直径与内筒直径比、喷嘴夹角为45~60度和三层喷嘴结构下流动较为理想。