催化剂的形状和尺寸会影响流体流动和反应过程。本文采用CFD方法研究了典型硫酸生产用钒催化剂的形状和尺寸对反应气体流动的影响,并给出了优化的催化剂尺寸区间,以期为工业催化剂设计提供指导。主要研究内容为：(1)钒催化剂CFD模拟方法。建立环状和梅花状钒催化剂的单颗粒模型和多颗粒堆积模型。对模型进行网格独立性研究,证明建立的模型在其适用网格范围内具有网格独立性,确定了网格参数。在Fluent中选择适当的计算参数和模型：湍流模型为RNGκ-ε模型；求解离散格式为二阶；获得了适用于本研究的亚松弛因子,保证计算能够在适当的时间内达到收敛。将CFD和经验公式的计算结果进行对比,验证了本研究选用的物理模型和数学模型的有效性和准确性。(2)环状钒催化剂颗粒形状优化。获得了反应气体流经不同角度环状钒催化剂单颗粒模型以及多颗粒堆积模型的压力场、速度场和压降数据。结果表明随着环状颗粒轴向与流体流动方向的夹角增大,通过环状颗粒内部圆孔的流体的流速逐渐降低,催化剂的表面利用率相对降低,因而不利于反应进行。对比不同内径的环状单颗粒模型和颗粒堆积模型的压降数据可知,随着颗粒内径增大,流体通过颗粒堆积模型的压降明显减小。当催化剂内径在0-8mm间变化时,压降的下降呈现慢-快-慢的趋势。具体来说,当催化剂内径在0-2mm时,压降下降较慢；3-6mm时,压降下降较快,且与内径近似呈线性关系；7-8mm时,压降下降趋缓。考虑到工业生产所需的颗粒强度,环状钒催化剂颗粒的优化内径可根据床层高度在3-6 mm之间选择。(3)梅花状钒催化剂颗粒形状优化。研究了内径尺寸、花瓣数量、花瓣直径对流体流动的影响。当催化剂内径在0-7 mm间变化时,压降的下降呈现慢-快-慢的趋势。具体来说,当催化剂内径在0-2mm时,压降下降较慢；3-5mm时,压降下降较快,且与内径近似呈线性关系；6-7mm时,压降下降趋缓。考虑到工业生产所需的颗粒强度,环状钒催化剂颗粒的优化内径可根据床层高度在3-5 mm之间选择。选用较少的花瓣数目和较小的花瓣直径有利于降低阻力和压降,最优的花瓣数为4,花瓣直径为2 mm。(4)对比柱状、环状和梅花状颗粒堆积模型压降数据可知,环状钒催化剂颗粒堆积模型的压降为柱状的46.8%；梅花状钒催化剂颗粒堆积模型的压降为环状的45.4%,柱状的21.2%。在相同的流动状况下,改变颗粒内径对环状颗粒的影响大于对梅花状颗粒的影响；相同内径的梅花状颗粒压降总是低于环状颗粒。