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旋转圆盘反应器(Spinning disk reactor,SDR)通过圆盘旋转产生离心力场,使液体在离心力的作用下在圆盘表面上以快速铺展的液膜形式在圆盘表面流动。圆盘表面对液膜的剪切作用加速了液膜的表面更新,强化了液膜的传质、传热效率,已经用于纳米材料制备、催化反应、聚合反应、生物柴油制备等过程。旋转圆盘是SDR的核心部件,圆盘表面结构特性直接影响SDR内液体的流动及液体分散状态,进而影响SDR的混合及传质性能。本文首先采用静电喷涂技术在不锈钢圆盘表面构筑了具有纳微结构、物理和化学性能稳定的疏水涂层,采用高速摄像技术对SDR内流体流动状态进行观测研究,并建立三维计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)模型对SDR圆盘表面上的液膜流动状态进行分析;采用碘化物-碘酸盐平行竞争反应体系对SDR的微观混合性能进行研究;最后利用S02-NaOH的气体吸收体系,研究SDR的传质性能。主要研究成果如下:1、采用静电喷涂技术构筑了疏水不锈钢圆盘表面,水在表面上的接触角由70.6°提高到115.6°。利用高速摄像技术对SDR内流体流动状态进行研究。系统考察了圆盘转速、液体流量、液体粘度、液体表面张力、浸润性对流体流动状态的影响规律。结果表明:粘度越大的液体在表面处理后的圆盘(Hydrophobic surface-modified spinning disk,OSD)上的面积等效铺展半径(Area-equivalent radius,Rm)受转速影响越敏感,液体表面张力越小越有利于在OSD上铺展。液体在圆盘外边缘空腔区存在四种流型(液滴-液线流、液线流、液线-液膜流、液膜流),提高圆盘转速和液体流量有利于流型向液膜流转变;降低液体表面张力,出现液膜流的临界液体体积流量减小,提高液体粘度,形成液膜流的临界液体体积流量会增大;最后拟合获得了流型转变的临界条件关联式。空腔区内的液滴直径随着圆盘转速、液体粘度的增大而增大,随液体表面张力的减小而减小;液体流量大小影响空腔区内液滴的数量,对液滴直径的影响不大,OSD产生的液滴直径较未改性圆盘(Non-modified spinning disk,NSD)产生的液滴直径稍大;液滴的尺寸分布符合R-R分布,分布指数m随着转速的增大、粘度的增大、表面张力的减小而增大,分布指数的范围为4.78～6.81。液滴的平均合速度u和平均径向速度ur随转速增大而增大,液体流量、粘度和表面张力对u和ur的影响不大。拟合空腔区平均液滴直径和平均速度的关联式,误差均在±15%以内。2、建立了 OSD表面上的液膜流动的三维CFD模型。模拟结果表明:OSD表面上液膜流动分为进口区(Inlet zone)和波动区(Wave zone),液膜在圆盘表面上铺展的Rm变化规律与实验吻合,模拟值与实验值误差±15%以内;并获得了液膜厚度和液膜速度沿圆盘径向的分布规律,进口区与波动区的分布规律差异明显;根据速度分布沿径向的分布规律,获得了液膜流动进口区的半径大小。3、关于SDR的微观混合性能,首先通过CFD对SDR的预混合液体分布器结构进行了对比优选;利用碘化物-碘酸盐体系研究了圆盘转速、液体总流量、液体流量比、氢离子浓度、表面浸润性对微观混合性能的影响规律,使用改性圆盘的旋转圆盘反应器(Hydrophobic surface-modified spinning disk reactor,OSDR)存在最优微观混合操作点,使用未改性圆盘的旋转圆盘反应器(Non-modified spinning disk reactor,NSDR)最优微观混合操作点则不明显。利用团聚模型计算得到了 NSDR和OSDR的微观混合特征时间。针对SDR的传质性能,采用SO2-NaOH的气体吸收体系,SO2的最高脱除率为95.98%。对SDR的传质系数KGa的经验关联式进行了无量纲拟合。