連續攪拌槽反應器(,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 。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。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
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{dN_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。\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)
: (G_A=r_AV)
:基元反應、不可逆化学反应(v_a=-1)
: 速率方程(r=kC_A)
*::A\rightarrow product
::N_A=C_AV(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)相同的反應速率。
參見
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*微反應器
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備註
參考資料
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