基于短时接触催化裂化技术,中国石油大学(华东)提出了超短接触旋流反应器技术,利用器内组分间传质性能好、接触时间短、产物实时分离等优势来解决重油加工中存在的问题。为了在更接近工业条件的情况下进行实验研究,探索旋流反应器放大规律,结合工业催化裂化装置的特点和操作要求,设计了一套气固旋流反应器大型冷模实验装置。设计包括装置工艺流程和操作参数的确定,设备工艺计算、压力平衡计算、主要设备选型,详细施工图纸绘制,并对旋流反应器、汽提器和再生器这三个关键设备内的两相流动特性开展数值研究。首先,通过工艺结构计算,确定旋流反应器柱段直径为Φ170×10mm,混合腔直径和高度分别为Φ400×10mm和320mm,切向和轴向入口直径分别为Φ80×5mm和Φ100×5mm,排气芯管直径为Φ100×5mm;汽提器和再生器均采用大小头设计,汽提器大、小头外径分别为500mm、300mm,高度均为3m;再生器大、小头外径分别为500mm、400mm,高度分别为8m、3m。通过压力平衡计算确定两器标高,装置总高为16.5m,再生滑阀和待生滑阀压降分别为12.38kPa和20.49kPa,说明冷模实验装置设计合理。其次,基于工艺结构计算结果,进行装置设计,并绘制详细的施工图纸,包括总图1张,零件图52张。进一步,采用数值模拟方法对不同操作工况下装置关键设备内两相流动特性开展研究。研究结果表明,随着进气量增加,旋流反应器混合腔内固含率分布变均匀,分离腔内气固轴向滑移速度变化不大,切向滑移速度逐渐增大,进气量在280~290 m~3/h区间内,旋流反应器分离效率相对较高;剂油比增大,旋流反应器混合腔内气固混合程度高,分离腔内轴向气固滑移速度减小,切向滑移速度增大,分离效率逐渐降低;汽提器内固含率沿轴向呈下大上小不均匀分布,随着表观气速增大,上部空间固含率逐渐增大,不利于上部催化剂的进入,增大旋风分离器负荷;随着表观气速增大,再生器底部固含率逐渐减小,上部固含率逐渐增大,易增大旋风分离器负荷;依据压力分布模拟结果进行系统压力平衡核算,确定滑阀压降,其值与工艺计算值接近,说明装置设计合理。本文为开展气固旋流反应器冷模实验基础研究及放大规律探索提供理论指导。