随着世界原油劣质化的不断加剧和燃油标准的不断升级,加氢工艺在近些年取得了迅速发展。加氢反应器是加氢工艺的关键设备,但因其工作条件苛刻,反应器内多相流动复杂,常规实验手段很难经济、高效地开展研究工作。本文采用数值模拟手段对该设备内的多相流动和反应进行了研究。首先,完成了工业尺寸加氢反应器的建模并完成了全结构化网格划分,通过数值模拟获得了反应器内部的速度和压力场的详细分布信息。研究结果表明,反应器内压降主要集中在催化剂床层区域,且近似呈线性变化;在入口扩散器外侧环形板、孔板和塔盘位置存在严重的积液现象,不利于床层反应的高效进行;物料进入催化剂床层后会缓慢地进行径向再分布,约在3~4倍反应器直径距离后实现径向均布;当采用不同结构的入口扩散器时,物料在床层的初始分配状态差异很小,改善物料分布状态的优化设计应针对气液分配器的结构和布置方式进行。其次,对工业上应用广泛的标准UOC型气液分配器进行了分配性能研究,研究结果表面该分配器存在着严重的中心汇流现象;在此基础上,设计了新型文丘里抽吸型气液分配器,并完成了新结构的尺寸优化和结构优化,引入相对不均匀度概念对分配器的分配性能进行定量评估,在不同物料处理量和不同性质物料条件下,文丘里抽吸型分配器均表现出了良好的分配性能。最后,在一段催化剂上建立了集总反应模型,并在不同的空隙率、物料速度和氢油比条件下进行了床层流动和反应的数值模拟,获得了该集总模型的最优操作参数。