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{{refimprove|time=2019-08-17T03:19:47+00:00}}
{{Translating|[[:en: Continuous Stirred-Tank Reactor]]||time=2018-04-29T03:32:20+00:00}}
[[File:Continuous bach reactor CSTR.svg|80px|thumb|CSTR符號]]
'''連續攪拌槽反應器'''（{{lang-en|'''Continuous Stirred-Tank Reactor'''}}，簡稱'''CSTR'''），也可以稱作'''全混流反应器'''，'''vat-reactor'''或是'''backmix reactor'''，是[[化學工程]]中一個常見的[[化學反應器]]模型。CSTR通常是指在使用continuous agitated-tank reactor要達到指定出料條件時用來估計關鍵操作變數的模型{{refn|group=notes|Chemical reactors often have significant heat effects, so it is important to be able to add or remove heat from them. In a CSTR (continuous stirred tank reactor) the heat is added or removed by virtue of the temperature difference between a jacket fluid and the reactor fluid. Often, the heat transfer fluid is pumped through agitation nozzle that circulates the fluid through the jacket at a high velocity. The reactant conversion in a chemical reactor is a function of a residence time or its inverse, the space velocity. For a CSTR, the product concentration can be controlled by manipulating the feed flow rate, which changes the residence time for a constant chemical reactor. Occasionally the term "continuous" is misinterpreted as a modifier for "stirred", as in 'continuously stirred'. This misinterpretation is especially prevalent in the civil engineering literature.  As explained in the article,"continuous" means 'continuous-flow' — and hence these devices are sometimes called, in full, ''continuous-flow stirred-tank reactors'' (''CFSTR's'').}} 。該數學模型適用於所有[[流体]]：液體、氣體和漿體。

CSTR的行為通常會以連續理想攪拌槽反應器（Continuous Ideally Stirred-Tank Reactor，CISTR）建模，所有由CISTR進行的計算皆已假設其為{{tsl|en|perfect mixing|完美攪拌}}。在一個完美攪拌的反應器中，出料的組成會與反應器內的組成一致，而組成與滯留時間及反應速率有關。以工程方面來說，一般會假設滯留時間是攪拌時間的5－10倍。CISTR模型通常用於簡化工程計算並可用於描述及研究反應器。然而實際上，反應只能接近而無法達到完美狀態，特別是在具工業規模的反應器中。

== 反應模型 ==
[[File:Agitated vessel.svg|thumb|right|350px|模型截面圖]]

假設反應為理想情況（完美攪拌），則在體積為<math>V</math>的反應器內物料<math>i</math>（莫耳數為<math>N_i</math>）的總質量平衡可表示成：

<math>[\text{accumulation}] = [\text{in}] - [\text{out}] + [\text{generation}]</math>（累積量＝進料－出料＋生成）

*<math> \frac{dN_i}{dt} = F_{io} - F_i + V \nu_i r_i </math>  <ref name=Schmidt>{{cite book | last = Schmidt | first = Lanny D. | title = The Engineering of Chemical Reactions | publisher = Oxford University Press  | year = 1998 | location = New York | isbn = 0-19-510588-5 }}</ref>
*:其中，<math>F_{io}</math>是物料<math>i</math>的進料莫爾流率，<math>F_i</math>是出料莫爾流率，<math>\nu_i</math>為[[化学计量数]]。反應速率<math>r</math>，通常與反應物濃度以及[[速率常数]]（<math>k</math>）有關。速率常數一般可以由[[阿伦尼乌斯方程]]求得。一般來說，溫度升高時，反應速率也會隨之提升。{{Translink|en|Residence time|滯留時間}}<math>\tau</math>是指試劑在槽內所耗費的平均時間。
*:假設：
*:* 固定[[密度]]（適用於大部分[[液體]]、莫耳數不會產生淨變化或是沒有劇烈溫度變化的氣體）
*:* [[等温过程]]（<math>k</math>為常數）
*:* {{tsl|en|steady-state (chemical engineering)|穩態 (化學工程)|穩態}}（<math>G_A=r_AV</math>）
*:*[[基元反应|基元反應]]、不可逆[[化学反应]]（<math>v_a=-1</math>）
*:* [[速率方程]]（<math>r=kC_A</math>)
*::<math>A\rightarrow product</math>
*::<math>N_A=C_AV</math>（<math>C_A</math>為物料<math>A</math>的濃度，<math>V</math>為反應器體積，<math>N_A</math>為物料''<math>A</math>''的莫爾數）
*<math> C_A = \frac {C_{Ao}}{1 + k \tau } </math> <ref name=Schmidt/>
*:上式中的變數、出口濃度和停留時間的值是主要的設計準則。

如果要建立一個非等溫或是單一反應的系統時，則必須要考慮額外的[[自变量和因变量|控制變數]]。如果系統被認為處於不穩定狀態，那麼就必須求解[[微分方程]]或是耦合微分方程組。 

CSTR是一類具有[[多重穩態]]、[[極限循環]]和[[化學混沌|混沌]]等複雜行為的系統。

== 應用 ==

CSTR通常應用於廢水處理過程中。CSTR可以促進稀釋速率，使它們能抵抗鹼性或酸性的揮發性脂肪酸廢棄物。與其他類型的反應器相比，CSTR的效率較低，因為它們需要更大的反應器體積以達到與其他反應器模型（如{{tsl|en|Plug_flow_reactor_model|塞流反應器}}）相同的反應速率。

== 參見 ==
{{div col}}
*{{tsl|en|Laminar flow reactor|層流反應器}}
*{{tsl|en|Microreactor|微反應器}}
*{{tsl|en|Oscillatory baffled reactor|連續振動阻隔反應器}}
*{{tsl|en|Plug flow reactor model|塞流反應器}}
{{div col end}}

== 備註 ==
{{reflist|group=notes}}

== 參考資料 ==
{{Reflist}}

{{DEFAULTSORT:Continuous flow Stirred-Tank Reactor}}
[[Category:化学反应器]]