乙炔加氢反应器是乙烯厂回收系统的一个重要装置，其运行状况直接影响着乙烯产品的纯度和产量。但是，乙炔加氢反应器具有非线性、慢时变和工作点迁移范围大的特点，当前运用的预测控制对于反应器长期运行的控制效果难以达到最佳，因此有必要建立精确的模型，作为乙炔加氢反应器的实验室虚拟装置，并且研究更加有效的控制和操作优化方法来改善乙炔加氢反应器操作成效和提高节能降耗水平。 通过机理分析的方法建立了乙炔加氢反应器严格的二维非均相动态数学模型，并且考虑了催化剂失活的问题。基于动态流程模拟软件gPROMS分析了重要模型参数对反应器稳态模拟的影响，为不同的装置选择参数提供了依据。模拟分析了催化剂失活对于系统长期运行的影响。对所建立的动态数学模型进行了动态模拟，结果基本反映了实际生产情况。动态模拟和稳定性分析的结果表明，在反应温度控制开环的条件下，所研究的反应器在大范围的操作点是稳定的。 基于变量为绝对量的状态空间模型的线性预测控制算法，推导了非线性机理模型预测控制算法，将其转化为带有约束的非线性规划问题，利用gPROMS软件中的优化功能进行求解。以反应器的二维非均相动态模型为基础，构建了基于gPROMS软件的乙炔加氢反应器的实验室预测控制仿真平台。在此平台下分别对传统线性模型预测控制、基于绝对量的线性预测控制和非线性机理模型预测控制进行了仿真，仿真结果表明，反应器运行在大范围工作点内，非线性机理模型预测控制优于线性模型预测控制。 基于乙炔加氢反应器的实验室虚拟装置，对反应器系统的操作优化研究进行了初步探讨。分析了优化变量的选择对系统优化结果的影响，分别对系统运行初期、催化剂失活和进料组成改变等工况提出相应的最佳操作条件，研究既可用于离线指导生产操作，也可为在线优化控制打下基础。