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本文针对课题组提出的用于处理低品位铝土矿和赤泥的“钙化-碳化法”中核心环节-碳化过程进行研究，加压碳化是涉及气-液-固三相的浆态反应过程，因此气-液-固反应器成为该新方法的核心设备，本课题组创新性的设计并制作了新型碳化反应器，通过基于相似原理建立的水模型实验，在空气-水-玻璃珠和CO2-NaOH水溶液体系中，采用高速摄像机拍照，采用图像分析的方法，研究表观气速、表观液速、反应器高径比和不同高度下气液两相混合规律;并考察了不同操作条件下碳化反应器中的均混时间、气含率和CO2吸收速率，反映出碳化反应器中气体的搅拌和气泡微细化效果，得到以下结论: (1)由水模型的图像分析可知，碳化反应器中气泡较小，气液混合效果非常好，随着表观气速、表观液速和高径比增大，其气泡微细化效果越来越好。在同一个反应器中，其中部气泡微细化效果最好。 (2)表观气速小于17.70 m·s-1时，均混时间随着表观气速的增大而减小，表观气速大于17.70 m·s-1时，继续增大表观气速对均混时间的影响不大;表观液速低于1.106m·s-1时，改变表观液速对均混时间影响不大，表观液速在1.106～1.548 m·s-1时，均混时间随着表观液速的增大略有减小，表观液速大于1.548 m·s-1时，改变表观液速对均混时间影响不大;均混时间随着碳化反应器高径比的增大而减小，随着表观气速的增大，均混时间减小趋势逐渐减弱。 (3)反应器内气含率随表观气速的增大而增大，随表观液速的增大而略有降低，随液固比的增大而增大，随高径比的增大而增大，通过量纲分析的方法，得到在本实验条件下气含率的准数方程关联式为:εG=3.97×e-7n0.550m0.8674（Ugρgd1/μg）0.996（ULρ(1)d2/μ1）-0.164 (4)容积传质系数随表观气速增大而增大，CO2利用率随表观气速增大而逐渐减小，但是不成线性关系下降;低气体流量(10.62 m·s-1)下，容积传质系数随表观液速增大而减小，CO2利用率随表观液速增大而减小;高气体流量(21.23 m·s-1)下，容积传质系数和CO2利用率随表观液速增大变化不大;容积传质系数随高径比增大而减小，CO2利用率随高径比增大而减小。在本实验条件下，容积传质系数准数方程可以表示为: i.在低气体流量(10.62 m·s-1)下，容积传质系数准数方程为: 反应前期:AK/V=8.596×m-1.348×(UGd1/VCO2)0.716×(ULd2/VH2O)-0.787 反应中期:AK/V=0.039×m-1.966×（UGd1/VCO2）0.906×（ULd2/VH2O）-0.606 反应后期:AK/V=30283.43×m-1.674×(UGd1/VCO2)1.152×(ULd2/VH2O)-1.961 ii.在大气体流量(21.23 m·s-1)下，容积传质系数准数方程为: 反应前期:AK/V=0.000222×m-1.348×（UGd1/VCO2）0.716 反应中期:AK/V=1.62×e-5×m-1.966×（UGd1/VCO2)0.906 反应后期:AK/V=2.77×e-6×m-1.674×（UGd1/VCO2）1.152 (5)通过以上研究可以得到在碳化过程物理模拟中，表观气速为21.23 m·s-1、高径比为5、表观液速为1.769 m·s-1、液固比为为20∶1时，碳化反应器中气泡微细化效果、均混时间、气含率和CO2吸收效果最佳。