在两种或多种反应物之间发生化学反应前,它们必须首先在分子尺度上进行混合接触。微观混合(即分子尺度上的混合)是流体混合的最后阶段,通常包括流体微元的粘性变形以及随之而来的分子扩散过程。在一些化学反应时间尺度和混合时间尺度相当或小于混合时间尺度的反应过程中,微观混合发挥着重要的作用。一些工业过程如结晶、沉淀、聚合等都显著的受到微观混合均匀程度的影响。在这些过程中,由于大都涉及到快速反应过程,在反应物达到分子尺度的均匀化之前反应已经发生或完成了。因此,反应物的转化率、产物的选择性、产物粒度分布和分子量分布等都受到微观混合的显著影响。所以,为了改善产品特性以获取最大的经济效益,需要从实验和理论上来研究一些化学反应器的微观混合性能。本论文借助于一种碘化物—碘酸盐平行竞争反应体系实验考察了三种不同类型的化学反应器—管式(填充)反应器,旋转填充床(RPB)反应器和微通道反应器—的微观混合效率(以离集指数Xs表征)及各操作条件对微观混合效率的影响规律。基于实验结果和前人的研究,本论文还从理论模型上对微观混合进行了研究,首次计算得到了RPB的微观混合特征时间尺度。这些工作为上述反应器的工业应用提供了一定的理论指导。最后,基于微观混合的实验和理论研究结果,开展了用超重力法(RPB为核心反应设备)制备油溶性纳米铜润滑油添加剂的放大研究。本论文主要工作如下：1、设计了一台可实现沿填料径向取样的旋转填充床(RPB)进行实验研究,首次从实验上证实了RPB填料端效应区的存在及其对强化微观混合过程的重要性。这为我们以后在RPB的工业应用中优化填料厚度(提高经济效益)提供了重要的依据。2、管式(填充)反应器的实验结果表明：管式(填充)反应器中反应物料的离集主要出现在物料的初始接触区域且随流量的增加离集程度减轻(Xs减小)；丝网填料的加入能明显强化管式(填充)反应器的微观混合性能,使Xx降低。RPB的微观混合实验结果表明：提高转速可明显改善微观混合,使离集指数(Xx)降低；反应物流量的增加也造成Xs的降低,但降低幅度很小；在恒定的反应物摩尔比下,Xs随反应物浓度的减小而降低。微通道反应器的实验结果表明：微通道反应器具有非常好的微观混合效率(较小的Xs)；Xs随反应物流量的增加而减小,即应用中可以通过增大反应物流量而同步得到较高的微观混合效率和处理量。3、基于前人对RPB内流体流动的可视化观察结果和对流体流动进行合理假设,首次计算得出RPB内的能量耗散率可达103W/kg,远远大于搅拌槽反应器的能量耗散率。结合能量耗散率的计算,采用经典的卷吸模型(E-model)对RPB的微观混合进行研究。卷吸模型的计算结果和实验结果基本吻合,能够正确反映操作参数对微观混合效率的影响。此外,在前人对混合流体微元采用高速频闪摄影技术可视化研究的基础上,提出一种片状收缩(Slab-shrinking)微观混合模型来模拟微通道内反应物流量对Xs的影响规律。模型结果和实验结果吻合良好,表明该片状收缩模型能正确预测微通道反应器内反应物流量对微观混合效率的影响规律。研究结果对于上述反应器用于纳米颗粒的制备等相关领域应用具有一定的理论指导价值。4、为了进一步认识和利用RPB内的混合机理以及为RPB用于特定反应过程的新工艺开发提供理论依据,本文建立了RPB微观混合特征时间尺度的估算模型。在实验研究的基础上,通过两种途径对RPB的微观混合特征时间尺度进行了估算。一种是结合能量耗散率计算的Kolmogorov微观混合理论,一种是团聚模型。两种方法给出了类似的结果,即RPB内的微观混合特征时间约为10r4s。与其他常规混合设备相比,RPB是一种具有优异微观混合性能的混合/反应器。5,超重力法制备油溶性纳米铜润滑油添加剂的放大研究结果表明：采用超重力法可以制备出合格的纳米铜润滑油添加剂,产品批次重现性好,无放大效应。这充分证明RPB具有优异的微观混合性能,保障了快速反应结晶的过程可控性,使工业放大容易。