环流反应器是一种从鼓泡塔发展而来的多相流反应器,具有结构简单,操作方便,传质效率高,且易于工程放大等优点,在化学化工、环境工程及生物化工等领域有着广泛的应用。与传统单级环流反应器相比,多级环流反应器内部置有多级导流筒,流体在反应器内能形成多级环流,具有更优异的混合与传质性能。本文在单级喷射环流反应器的基础上,提出了一种两级喷射式环流反应器。将单级环流反应器的导流筒分割为两段,上级导流筒底部通入空气,利用通入气体的喷射力,加速液体的环流和气泡的破碎。重点考察了空塔气速、液体喷射速度、下级进气比和体系性质对该反应器流动及传质特性的影响规律。研究结果表明,空塔气速和液体喷射速度的增加,环流反应器的流体力学及传质性能显著提高;下级进气比的改变改善了气体在反应器内的分布,且存在一最佳进气比,此时体积传质系数达到最大值;适当改善体系的聚并性质有利于强化体系的气液传质过程。根据修正的双膜理论,结合两级喷射环流反应器两级进气的结构特点,获得了该反应器体积传质系数的经验关联式:kLa=(1.82×10-2ωug+1.72×10-4uL+10-3)aEl +[1.82×10-2ug+10-3]aE2利用Fluent6.3对两级喷射式环流反应器内的流动情况进行数值模拟,数值模拟结果的变化趋势与实验结果的变化趋势相吻合,误差均在20%以内,并且获得了详细的流场分布图。最后利用数值模拟考察了环流反应器的内部结构对反应器流体力学性能的影响。模拟结果显示,随着两级导流筒直径的变化,两级气含率和环流液速的变化趋势保持一致;而随着两级导流筒间隔的变化,两级气含率和环流液速的变化趋势恰好相反。