射流鼓泡反应器是甲醇羰基合成法制醋酸工艺的关键设备。其利用液体射流代替搅拌实现液相混合,具有结构简单、制造及维护费用低等诸多优点,逐渐在工业生产中得到广泛应用。射流鼓泡反应器这一新型气液反应器的研究起步较晚,且涉及射流和鼓泡两种不同的影响机制,目前对其特性的认识尚不深入。尤其是对反应器混合特性、传质规律以及流动行为等的认识有限,严重地束缚了反应器的设计、操作优化以及工程放大。本文采用冷模实验和计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)模拟相结合的研究方法,对射流鼓泡反应器的流动行为与混合、传质特性展开研究。主要研究内容和成果包括：(1)利用电解质示踪法和能量输入分析,系统考察了射流鼓泡反应器中液相宏观混合时间随表观气速、射流Reynolds数等参数的变化规律。结果表明,恒定表观气速下,液相宏观混合时间随射流Reynolds数的增大先减小后基本保持不变。恒定射流Reynolds数下,液相宏观混合时间随着表观气速的增大先减小后增大。研究发现,射流和气泡之间既相互影响又相互制约,存在协同作用。当总输入功率一定时,混合时间随气体输入功率的增加先减小后增大,临界转折点在气体输入功率为总功率的60%处,转折点处气体鼓泡和液体射流协同作用最强。根据实验数据回归得到混合时间与液体和气体输入功率之间的定量关系tM=85.87xPL-0.12PG-0.1。研究发现旋扭三角形喷嘴和缩径式圆形喷嘴的宏观混合时间随着表观气速或射流Reynolds数的增大具有相同的变化规律,且液相混合性能优于缩径式圆形喷嘴。(2)利用动态溶氧法和能量输入分析,系统考察了射流鼓泡反应器内的液相体积传质系数随表观气速、射流Reynolds数等参数的变化规律。研究发现,恒定射流Reynolds数下,液相体积传质系数随表观气速的增大先增大后基本保持不变；恒定表观气速下,液相体积传质系数随射流Reynolds数的增大而增大。引入气体输入功率和液体输入功率,回归得到液相体积传质系数的经验关联式kLα= 0.0041PL0.26 PG0.33。分析结果表明,当气体输入功率占总功率的56%时,反应器内的传质系数最大,气体鼓泡和液体射流的协同作用最强。研究还发现旋扭三角形喷嘴的气液传质效果优于缩径式圆形喷嘴。(3)基于轴向液速的冷模实验结果,发现射流鼓泡反应器中存在液体射流作用区、气体鼓泡作用区、壁面作用区三类具有不同液体流动方向和控制机制的区域,归纳提出射流控制、鼓泡控制和射流鼓泡耦合控制的三种典型流动结构。以此为基础,建立了射流鼓泡反应器的串联釜模型,通过对比混合时间和液体速度径向分布,验证了模型的准确性。模型能区分射流作用区、鼓泡作用区、壁面作用区并计算各个区域的体积、液体流动方向及相邻区域间的质量交换速率等参数,进而分辨流动结构。研究发现,在射流和鼓泡的协同作用下,射流作用区呈现“纺锤形”结构,射流作用区的范围随表观气速的增大而缩小。径向流动系数λ(径向流入和流出区域i的流量和与轴、径向流入和流出该区域的流量和之比)越大,反应器内液体无规则湍动越剧烈,混合效果越好。λ随气体输入功率占总输入功率比例的增大先增大后减小,临界转变点在气体输入功率为总功率的64%-67%处,此时气体鼓泡和液体射流协同作用最强,能量利用率最高。(4)利用CFD模拟对射流鼓泡反应器的流动行为进行研究,通过比较平均气含率的模拟结果与冷模实验结果,验证CFD模拟的准确性；通过分析反应器内的相分布、液速分布及液体流线等数据,证实了反应器内“纺锤形”射流作用区的存在,发现了射流速度的骤降现象和靠近气体分布环处的气泡引起的较快的液体向上流动现象。反应器内存在多处促进液体流动、混合及传质的的涡状湍流。(5)提出了射流鼓泡反应器的放大准则,在满足几何尺寸相似的前提下,按照重要性排序依次为单位体积液体输入功相等、循环比相等和表观气速相等。