随着聚合反应的进行,体系的粘度越来越高。当体系的粘度达到上百帕秒时,反应器内部的流动与混合将会变得极其困难,温度分布也不均一,导致局部过热和暴聚现象,最终影响产品的质量。因此研究和开发出一种面向高粘聚合过程的高效反应器是十分有必要的。卧式双轴自清洁类的反应器混合效率高,能够通过自清洁作用解决高粘物附着在器壁和桨叶上的问题,并且相比于双螺杆挤出机具有更大的有效反应空间。这种反应器能够解决高粘聚合过程存在的诸多难题,应用前景十分广泛。本文提出了一种新型的卧式双轴自清洁反应器,研究了反应器内部的流动、混合、剪切与拉伸特性,考察了体系容积传质系数与搅拌转速、物料粘度、装液量之间的关系,分析了不同粘度下桨叶结构对成膜和传质特性的影响。论文取得了以下研究成果:提出了一种带有沿径向分布双层捏合棒的卧式双轴自清洁反应器。采用MATLAB数学建模和SOLIDWORKS三维运动仿真研究了反应器中桨叶的运动轨迹,并考虑相邻两捏合棒之间发生机械干涉的可能性。当反应器运转时,相邻两捏合棒互相捏合,可以起到较好的自清洁效果;同时由于双层捏合棒的交错排布,可减小轴的体积与质量,增大了反应器内部的有效反应空间,使得该反应器能够适用于工业尺度的聚合过程。利用计算流体力学的方法,系统地研究了反应器内部的流动与混合特性,探讨了新型反应器内部的混合机理。其内部存在两种不同的流动模式,一种为靠近壁面一侧的强流动区域,另一种为靠近转轴附近的弱流动区域,这使得反应器靠近壁面位置处的混合能力要比靠近轴附近位置的混合能力更好。双轴的差速旋转推动介质完成周期性的交替运动,在反应器内部形成了混沌混合。随着混合过程的进行,所有材料介质都会经历更高的拉伸与剪切区域。与沿径向分布单层捏合棒的卧式双轴自清洁反应器相比,新型反应器在搅拌桨叶互相捏合的区域具有更高的局部剪切速率、更好的全局拉伸效果、更高的瞬时混合效率以及时均混合效率。采用CO2传质实验探究了反应器的传质效率。发现随着转速的增加,体系的传质效率增大。与开孔盘圆桨叶相比,新型桨叶的捏合棒能够更加有效地提高气液相传质面积,传质效率更高。在不同粘度条件下,糖浆在桨叶中会形成悬空膜、拉伸膜、破裂膜以及“蚕茧”膜,由于膜厚以及膜面积的差异,造成了不同粘度下传质效率的不同。