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搅拌槽是一种在石油、化工、医药、食品、能源、造纸、废水处理等过程工业中应用比较广泛的设备。在搅拌槽内，旋转的搅拌桨运动与固定的挡板相互作用，产生复杂的三维湍流流动。而搅拌槽的流动状态影响着物料在其内混合、反应过程。在反应器的放大和设计中，研究者多采用一些经验或半经验关联式，缺少对过程整体的定量和机理的研究。针对这种情况，本文从计算和实验两个方面对搅拌槽反应器内的流动、混合和沉淀过程进行了研究。
本文采用改进的内外迭代法和标准k-ε模型对Rushton涡轮桨产生的三维流场进行了数值模拟，并考察了不同桨的安装位置、导流筒以及其安装位置和尺寸对桨的循环准数和流量准数的影响，模拟结果与文献实验结果吻合较好。通过求解示踪剂浓度的对流扩散方程，用数值方法研究了搅拌槽的设计和操作参数对宏观混合过程的影响，数值模拟得到的混合时间与文献实验结果一致。此外，还对描述连续反应器流动情况的停留时间分布进行了实验和模拟研究。还考察了导流筒对宏观混合行为的影响。
在直径为150mm的平底圆形玻璃槽内，以酸碱中和与氯乙酸乙酯水解的平行竞争反应作为工作体系，对Rushton涡轮桨下搅拌槽内的微观混合过程进行了实验研究，考察了进料位置和搅拌转速等因素对分隔指数的影响。并将有限节点的PDF模型耦合到CFD技术中去，对连续搅拌槽内的反应过程进行了数值模拟，综合考察宏观混合和微观混合对平行竞争反应体系的影响，模拟结果和文献实验结果吻合较好。
针对搅拌槽内沉淀过程的宏观模拟还存在的问题，本文采用混合沉淀模型，数值模拟了连续搅拌槽中硫酸钡的沉淀过程，全面系统地研究了沉淀动力学、晶体体积形状因子的选择对模拟结果的影响。同时还系统考察了不同操作参数，如搅拌桨的安装位置、进料浓度、搅拌转速、停留时间以及导流筒等对硫酸钡沉淀过程的影响。模拟结果表明，当选择的操作参数能促进反应器内宏观混合过程时，得到整个反应器的局部过饱和度分布更为均匀，最终产物的晶体平均粒径有所增加，这与文献实验结果相一致。
由于沉淀过程中的液相反应，晶体成核和晶体生长过程，都涉及到分子尺度上的反应过程，因此在描述沉淀过程中需要考虑反应器中分子尺度上的混合过程即微观混合过程的影响。本文首次将有限节点FM-PDF沉淀模型引入到连续搅拌槽中沉淀过程的模拟中，系统研究了模型参数、晶体体积形状因子的选择对模拟结果的影响。同时还系统考察了不同操作条件下的硫酸钡沉淀过程，结果表明在本文研究的条件下，微观混合过程对连续搅拌反应器内硫酸钡沉淀过程影响不大。
本文还从宏观混合和微观混合相结合的思路出发，用CFD方法描述大尺度混合过程，采用经典的微观混合机理模型(E模型)来描述小尺度混合过程，将两者结合起来，建立了描述宏观混合和微观混合状态对沉淀过程影响的更富机理性的数学模型。用此数学模型模拟搅拌槽中的硫酸钡沉淀过程，能更好地反映操作条件对硫酸钡沉淀粒度和分布的影响，揭示了微观混合对反应沉淀的影响的特征。