丙烯腈(AN)是合成纤维、合成树脂、合成橡胶和有机合成工业的重要有机化工原料。近年来国外丙烯腈装置总的发展趋势是向着大型化发展,而我国现有的丙烯腈生产装置普遍中小型化,造成物耗和能耗与国外相比要高,在国际竞争中处于不利的地位,在这种背景下,研究现有生产装置在改造和扩产中存在的化学工程问题,尤其是针对前人报道较少的工业湍动流化床的行为进行研究,不仅具有一定的学术价值,而且具有特别重要的现实意义。丙烯腈流化床反应器是内部带有垂直换热器以及其它内部构件的湍动流化床,所用的催化剂是国产MB-98催化剂。本文首先有针对性地进行了广泛的文献调研,通过查阅文献发现:关于有内构件的工业湍动流化床反应器的模型化和MB-98催化剂上丙烯氨氧化动力学的研究均未见报道,因此,本文涉及的模型开发与研究工作具有一定的创新性,并具有较大的挑战性。在反应动力学模型的建立方面,选用前人关于Mo-Bi/(-Al2O3催化剂上丙烯氨氧化的动力学网络与相关的动力学方程,并利用工厂的实际生产数据,采用化工过程最优化的思路对有关动力学参数进行判识,从而获得新的动力学参数值,并据此建立了新的动力学模型。在流化床数学模型的建立方面,基于秦霁光的晕相模型,把床层<WP=5>分成两段来考虑,即密相段和稀相段;针对床中垂直换热器和旋风分离器料腿等内部构件对于流动和反应的影响,把密相段又分成换热器以上的密相段和换热器以下的密相段;对于换热器以下的密相段提出用等效柱来建立有垂直内构件的湍动床数学模型。最后建立了密相段晕相平推流-乳浊相多级全混釜串联、稀相段拟均相一维平推流的反应器模型。在流体力学参数的计算方面,气泡尺寸的计算是核心问题。本文充分考虑了内构件对流体流动的影响,从气泡生成的机理出发,采用参数寻优的思想,利用来自工厂的50组实际生产数据对气泡直径计算公式中的关键参数进行判识,得到了适用于有垂直内构件的工业湍动流化床的气泡计算公式,并同时求取了气泡平均直径和床层高度等参数值。最后,用实际生产数据对流体力学模型与反应器模型进行了验证,结果标明,本文提出的反应器模型以及流体力学模型能够准确描述具有内部垂直构件的工业湍动流化床反应器的行为;利用该模型对反应器的行为进行了广泛研究,探讨了各种主要操作参数(如空比、氨比等)对丙烯腈单收与选择性以及其它主要产物单收的影响规律,提出了在扩产改造过程中提高丙烯腈单收的一些合理化建议。