多相搅拌反应器被广泛应用于生物化工、石油化工、矿物化工、精细化工及环境工程等行业,为生物发酵、石油冶炼、选矿工程、制药、污水处理等多种过程工业中涉及到的催化加氢、卤化和氧化等反应提供一个较为均一的浓度场和能量分布场。在这些反应中,物料应充分接触和混合以避免反应过程中局部反应物浓度过高或过低而引起的反应过快或中止。在快速反应中,传质速率常常成为控制步骤,传质性能直接影响产品质量和产量,是评价、设计和优化搅拌反应器的一个重要参数。目前反应器内传质特性的研究还主要集中在常温下,导致在进行反应器放大和设计时只能借鉴常温研究结果和规律。本实验室己开展的热态操作条件下流体力学性能的研究表明热态和常温的规律有较大差别,这就不可避免地导致使用常温下研究规律做指导的设计和放大与实际的热态生产过程产生偏差。为了更好地指导实际生产中反应器的设计和放大,本文研究了热态操作条件下不同体系的传质性能。首先在以亚硫酸钠溶液为液相的非凝并体系中,使用由六直叶半椭圆管叶涡轮桨(HEDT)和两层上提操作方式的四宽叶翼形桨(WHU)组成的三层组合桨,通过亚硫酸钠氧化法研究了热态操作条件下(50-80℃)非凝并体系中的容积传质系数(KLa)。结果表明,KLa随着单位功耗、表观气速和温度的增大而增大。定量得出表示KLa与单位功耗、表观气速和温度关系的关联式,关联式中温度、单位功耗和气速的指数依次变小,这说明在非凝并体系中升高温度可以明显增大KLa,增大单位功耗比增大表观气速更利于提高KLa。在以水为液相的凝并体系中,研究了热态操作条件下气-液两相体系中的气液分散和传质性能及加入玻璃珠的气-液-固三相体系中的通气搅拌功率及传质性能。结果表明,气-液两相体系中,气含率(sG)随温度升高而明显降低,KLa受温度的影响很小。依实验数据关联得不同温度下的气含率和KLa与温度、功率和表观气速的经验关联式。对比关联式中的指数可以看出,温度、表观气速和功耗对气含率的影响依次减小,对KLa的影响依次增大。功耗对KLa的影响指数分别是表观气速和温度对KLa影响指数的2倍和4倍。在气-液-固三相体系中,固体颗粒的加入改变了温度对KLa的影响规律,KLa随着温度的升高而增大。同时温度的变化也影响固相浓度对KLa的影响,在常温(25℃)下,KLa随着CV的增加而减小,但随着温度的升高,这种减小的幅度减慢；在54℃,CV对KLa几乎没影响；在80℃,KLa随着Cv的增大甚至有些增加；但整体而言,在40-80℃间,KLa随着Cv的变化幅度基本在10%以内。为了满足工业用桨的多样性,本文还研究了多种三层组合桨在不同操作条件下的传质性能。使用桨型为HEDT,抛物线形叶片涡轮桨(PDT),WH和三叶翼形桨(CBY)。研究表明,通气量较低时各种组合桨的kLa差别不大,但通气量较大时差别明显。表观气速较高时(uG=0.016-0.039 m·s-1), PDT+2WHD传质效果最好,而HEDT+2WHU传质效果最差。在相同功耗下,高转速和大桨叶投影横截面积的桨型组合利于传质。得到了不同桨型的功率准数和传质系数的关联式。通过多变量分析方法得到了适用于高温操作条件下凝并体系和非凝并体系的kLa模型kL模型。建立在小涡模型的基础之上的kL模型,可以用来描述高温下kL变化规律。高温凝并体系下,kL模型中DL的指数与小涡模型中的指数0.5相近,但单位能量耗散率的指数却由1/4减小为1/6,这是因为温度的升高削弱了功耗对kL的影响。非凝并体系下的kL模型中扩散系数的指数明显高于凝并体系。通过理论模型计算和分析了影响容积传质系数的气含率、气泡尺寸、溶氧扩散系数、液相传质系数和相界面积在不同温度的变化关系,通过模型的理论计算值与实验值的对比,验证了模型的准确性。