連續攪拌槽反應器

CSTR符號

連續攪拌槽反應器（Template:Lang-en，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Template:Refn 。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Template:Tsl。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

模型截面圖

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

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

• $\frac{d{N}_i}{dt}=F_{io}-F_i+V{\nu }_i{r}_i$

  其中，$F_{io}$是物料$i$的進料莫爾流率，$F_i$是出料莫爾流率，${\nu }_i$為化学计量数。反應速率$r$，通常與反應物濃度以及速率常数（$k$）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。Template:Translink$\tau$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（$k$為常數）
  • Template:Tsl（$G_A=r_{A}V$）
  • 基元反應、不可逆化学反应（$v_a=-1$）
  • 速率方程（$r=k{C}_A$)

  $A\to product$

  $N_A=C_{A}V$（$C_A$為物料$A$的濃度，$V$為反應器體積，$N_A$為物料$A$的莫爾數）

• $C_A=\frac{C_{Ao}}{1+k\tau }$

  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Template:Tsl）相同的反應速率。

參見

• Template:Tsl
• Template:Tsl
• Template:Tsl
• Template:Tsl