多相催化反应占过程工业中化学反应的80%以上。作为重要的催化反应器之一,滴流床反应器广泛应用于气液固三相催化加氢反应,反应器内液膜厚度、更新速率等流体力学参数是影响界面传递与反应的关键。在常规重力场下,滴流床反应器自身难以实现对液膜流体力学行为的有效调变,从而难以调控多相催化反应的性能。超重力旋转填充床是一种典型的过程强化装备,已有研究表明,在其中装填催化功能填料,能对多相催化反应进行有效强化,本文称这种催化填料旋转床为旋转滴流床。然而,旋转滴流床中流体流动和相间传质行为的研究相对空缺,阻碍了旋转滴流床反应器的设计优化及工业化应用。本文对旋转滴流床的流体力学特性及催化加氢反应展开研究。首先采用X射线计算机断层扫描技术研究旋转滴流床中各部分持液量的科学变化规律;建立定量测量旋转滴流床润湿分率的方法,结合染料吸附实验,得到润湿分率及平均液膜厚度的计算式;基于较为真实的物理模型以及流体流动基本规律,建立旋转滴流床中液固传质数学模型;在上述研究的基础上构建旋转滴流床多相催化反应器模型,并用催化加氢反应对其进行实验验证。主要研究结果如下:1.旋转滴流床的外部静持液量随着转速的提高而减小,其数值小于5%,低于传统滴流床。旋转滴流床还存在内部静持液量,其数值约为理论最大内部静持液量的80%,且在总持液量中所占的比例最高。内部静持液量随转速的提高而下降,在实验范围内降幅为11%;旋转滴流床的外部总持液量随液量和液相粘度的增大而增大,随转速和表面张力的增大而减小。通过量纲分析得到了外部总持液量的关联式,如下:(?)其计算值与实验值的误差在±15%以内;根据外部总持液量得到了平均停留时间的变化规律,实验范围内平均停留时间约为0.3-1.1 s,且随转速的升高而下降,随粘度的升高而提高。2.建立了准确的润湿分率定量统计方法,将二维图像计算润湿分率的误差控制在2%以内;转子的旋转对旋转滴流床中液相的分布起决定性作用,预润湿对其平均润湿分率的提高小于1%;旋转滴流床的平均润湿分率随转速和液量的提高而提高,随粘度和表面张力的提高而下降。通过无量纲分析得到了预测平均润湿分率的计算式,如下:(?)其计算值与实验值的误差在±10%以内;通过对球形颗粒上流动痕迹的分析,可推测出液相在旋转滴流床中可能的流型:液膜流、液线流和干区;结合上一章持液量的研究,计算得到旋转滴流床中球形填料上液膜厚度,可通过转速对其进行灵活调变。3.基于催化剂颗粒立方堆积的物理模型,用润湿分率对液固传质比表面积进行修正,建立了旋转滴流床中液固传质的数学模型,并用外部静持液量给出合理的模型求解初值。求解结果表明,催化剂颗粒表面的浓度边界层厚度随转速和液量的增大而减小;用铜和重铬酸钾反应体系对上述模型进行验证,模型值与实验值的误差在±22%以内,说明模型合理;旋转滴流床的液固传质系数范围是2.83-16.45×10-5 m/s,随转速、液量和液固传质比表面积的增加而增大,随表面张力、粘度和接触角的增加而减小。相同的液相表观质量流率情况下,旋转滴流床的液固体积传质系数约为滴流床液固体积传质系数的4-6倍。4.基于上述流动力学特性,构建了旋转滴流床多相催化反应器模型,预测结果与实验结果吻合良好。在实验范围内,转速的提升对α-甲基苯乙烯加氢体系的反应速率可提升40%,对3-甲基-1-戊炔-3-醇加氢反应体系中间产物的收率可提高7倍。反应器模型的计算结果反映了各操作条件及物性参数对反应器性能的影响,发现并阐明了强化液固传质是进一步提高旋转滴流床反应器性能的重要途径。本文深化了对超重力环境下催化剂表面液膜流体力学行为的认识,为旋转滴流床反应器的开发奠定了科学基础。