本文以高固含量木质纤维素同步糖化与发酵反应器开发及放大为目标,在考察酶水解反应工程特征基础上,按照传递特性适应、服务于反应特征的基本原理,确定反应器类型、结构,提出单、双螺带-斜叶涡轮组合叶轮生物转化反应器。采用热模、冷模实验与数值模拟(计算流体力学,CFD)相结合的方法,系统考察了反应体系的动态变化,研究反应器中高粘、变粘、异粘、多相、非牛顿流变学上复杂物系的流动与混合,主要工作有以下三方面：(1)纤维素酶水解/发酵小型反应器实践系统考察了高固含量玉米秸秆同步糖化与发酵反应过程中反应体系及反应器性能的动态变化特性。随着反应进行,物料先后经历湿固体、膏状物、淤浆及悬浮液四种不同形态,物系流变性变化,主要体现在粘度下降,搅拌功率下降,反应与流变相互作用。在反应中后期,有CO2气体产生,体系变成气液固三相复杂物系。对反应性能的转速效应进行考察,产品浓度(葡萄糖)初期对转速敏感,中后期变得对转速不敏感(乙醇)；转速过低,容易造成颗粒沉降。在此基础上,提出了高固含量同步糖化与发酵反应器的操作策略；获得了反应器设计放大关键参数：单位体积功率及单位体积生产能力。(2)反应器工程特性研究Φ200～800搅拌槽内,用模拟流体进行冷模实验,考察流体流变性及反应器尺寸(直径、高度)对单/双螺带功率及混合时间的影响。功率随流体假塑性增强而降低,给出适用于强剪切稀化单相及液固两相体系的Metnzer常数关联式；无量纲混合时间受流体假塑性影响较小,n：0.14-0.77范围内,Ntm=234,且与搅拌槽直径无关,加大高径比,流体混合时间延长；淤浆体系的混合时间短于单相体系。考察了螺带型搅拌槽内异粘物系混合过程,发现,异物性液体混合速率远慢于相同物性液体混合,混合时间延长2-5倍,体积比、密度差对体系的混合过程影响显著。以CFD方法研究了螺带型搅拌槽内流场及剪切速率,获得整个流场的清晰概念,给出螺带叶轮速度分布的基本特征及其影响因素,结构上最敏感的参数是螺距及桨叶直径。高粘牛顿流体、剪切稀化及强剪切稀化流体导致流场有不同特征,随流体剪切稀化性质增强,搅拌槽内剪切速率增大。针对发酵过程中CO2气体产生所造成的鼓泡混合,考察了低粘与高粘鼓泡混合现象,揭示气体搅拌条件下不同流体力学状态。(3)螺带型生物质转化反应器放大策略建议结合反应器工程特性研究结果及高古含量木质纤维素糖化发酵反应特征,完成反应器开发的基本目标,合理选型,结构优化,关键操作参数可调。分析了反应器放大过程中有可能存在的放大效应,提出反应器放大策略,建议反应器关键尺寸估算方法。