气升式环流浆态床广泛用于石油化工、生物化工、能源工程和环境工程等许多领域,由于气升式环流浆态床的流动和传质行为非常复杂,很多问题尚未得到很好解决,因此从实际应用和基础研究两方面均对此类反应器的深入研究提出了迫切要求。考察了气含率和液体速度等流动行为参数随操作参数的变化规律,并将动量平衡与能量平衡相结合,建立了环流浆态床的流动模型,模型的计算值与实验值吻合良好。为了提高气含率、强化传质,本文通过在环流浆态床中加入构件和大颗粒考察其对流动与传质行为的影响,结果表明构件和大颗粒这两种方法均具有较好地提高气含率、强化传质行为的效果,并建立了环流浆态床内大颗粒的起始流化模型。将对流扩散方程应用于环流浆态床的上升管和下降管,建立了环流浆态床的宏观扩散模型。基于线性微分方程定解问题的可解性,并根据环流浆态床的特点,将宏观扩散模型由一偏微分方程组简化成为一变系数的偏微分方程,得到了宏观扩散模型的解析解。将此解析解进一步拓展至带气液分离器和循环比的环流浆态床,得到了带气液分离器和循环比的气升式环流浆态床扩散行为的一般解,与文献中的实验结果趋势一致。考察了扩散系数随操作条件的变化关系,并将Taylor扩散公式与本文建立的流动模型相结合,建立了扩散系数模型,扩散系数的计算值与实验值吻合良好。将以相间传质为源项的对流扩散方程分别应用于环流浆态床上升管中的气相和液相,建立了环流浆态床内的宏观传质模型,根据其数值结果对模型进行简化,利用Euler坐标与Lagrange坐标间的相互变换,得到了简化后的宏观传质模型的解析解。解析解表明虽然环流浆态床中的流动近似为平推流,但由于液体的循环流动,可将反应器的流动看作全混流进行体积传质系数的测量。利用所建立的宏观传质模型,实验考察了表观气速、细颗粒浓度、大颗粒粒径和颗粒装填量、流动阻力、气液分离器内的液面高度对体积传质系数的影响规律。