定-转子反应器(Rotor-Stator Reactor,RSR)作为一种新型的超重力设备,是在超重力旋转填料床(Rotating Paced Bed,RPB)基础之上研制的。定-转子反应器的内部结构主要由固定在转子盘上的转子和安装在端盖上的定子所构成。转子盘上旋转的转子起到了剪切与破碎液体的作用,使得定-转子反应器中的液体被切割成微米至纳米级的液滴和液膜,强化了气-液两相之间的传质过程;端盖上静止的定子起到了扰流的作用,使得定-转子反应器中的液体重新分布,克服了旋转填料床中液体分布不均匀的问题。因此,定-转子反应器展示出了良好地传质和微观混合性能。本论文针对传统水脱氧工艺中溶氧在水中传递速率慢,设备尺寸大、能耗高的问题,提出了使用定-转子反应器作为水脱氧设备,以提高溶氧在水中地传递速率。研究了定-转子反应器中的流体动力学特性和传质机理,并对比了定-转子反应器中不同水脱氧体系的传质和水脱氧性能。本论文的主要研究内容包含以下五个部分:(1)采用了基于电导率的激励-响应法研究了定-转子反应器中的流体动力学特征。考察了转子转速、液体体积流量和转子环层数等操作条件对定-转子反应器中液体流动的影响规律。并建立了定-转子反应器中液体平均流速、液体停留时间、持液量和液滴个数的经验关联式。实验结果表明得到的经验关联式能够很好地预测定-转子反应器中液体的平均流速、液体停留时间、持液量和液滴个数,预测值和实际值之间的误差均在±10%以内。(2)以定-转子反应器中水脱氧体系为研究基础。考察了转子转速、液体体积流量、气体体积流量和真空度等操作参数对定-转子反应器中传质系数的影响规律。实验结果显示,液相体积传质系数随着转子转速的加快、气体体积流量的增加、液体体积流量的增加和真空度的增大而增大。在本实验的操作条件下,真空-N2-水脱氧体系的传质性能最好,其次为N2-水脱氧体系,真空-水脱氧体系传质性能较差。(3)以N2-水脱氧为研究对象,建立了定-转子反应器中液相体积传质系数的机理模型。实验结果表明通过本论文建立的液相体积传质系数模型的预测值与液相体积传质系数的实验值之间的误差范围不超过±15%,显示了所建立的机理模型的良好预测性能,为更好的理解定-转子反应器中传质过程奠定了基础。(4)利用使用主元回归模型建立了定-转子反应器内液相体积传质系数的统计模型。实验结果显示,基于主元回归的传质系数模型能够很好的应用于变量之间相关性较强的真空-N2-水脱氧过程中,预测效果明显好于基于线性回归的液相体积传质系数模型。基于主元回归的模型在预测N2-水脱氧和真空-N2-水脱氧过程中的预测值与实验值之间的误差基本都处于±15%以内。此外,主元回归模型相对于机理模型有更宽的适用范围。(5)利用真空-N2-水脱氧体系、N2-水脱氧体系、CO2-水脱氧体系和真空-水脱氧体系来考察定-转子反应器水脱氧的性能。考察了转子转速、液体体积流量、气体体积流量和真空度等操作参数对定-转子反应器中脱氧率的影响规律。结果表明:脱氧率随着转子转速的加快、气体体积流量的增加和真空度的增大而上升;随着液体体积流量的增加而降低。在本实验范围内的操作条件下,真空-N2-水脱氧体系的脱氧效果最好,脱氧率为97.32%。N2-水脱氧体系、CO2-水脱氧体系和真空-水脱氧体系的脱氧率分别为97.01%,89.56%和89.95%。因此,定-转子反应器中真空-N2-水脱氧体系能够较好地脱除水中的溶氧。