CSTR 反应器

CSTR 反应器：质量平衡表达式

CSTR 反应器（连续搅拌釜反应器）是化学或生物化学工业中非常普遍的一类反应器。反应器有一个入口和一个出口，并被完美地搅拌。本页重点介绍将一般质量平衡方程应用于 CSTR 反应器。

1、CSTR反应器

连续搅拌釜反应器配备有反应物入口和反应器内容物出口，它们在反应器操作期间连续进行。

反应器装有搅拌器，假定它可以有效地搅拌反应介质。

一般的质量平衡方程可以用以下方式表示：

入口 = 出口 + 消耗 + 累积

表达式的每个组成部分的单位是材料流量：例如 mol/s。

在下面的应用中，我们考虑考虑的 CSTR 反应器的情况是：

• 完美搅拌：反应器反应介质中任何一点的浓度相同

• 等温线

2. CSTR反应器完全搅拌并处于稳定状态：物料平衡

让我们假设反应物 A 和 B 被引入反应器。反应

A + B = C +D

生成 C 和 D。入口处只有 A 和 B，但在出口流中我们可以发现 A 和 B 未反应，而 C 和 D。

与在反应发生时浓度始终变化的间歇式和半间歇式反应器相反，CSTR 反应器具有在

稳态下运行的特性，这意味着在入口和出口之间找到平衡，可以防止积累（正或负）在反应器中。

稳态意味着：dnA/dt = dnB/dt = dnC/dt = dnD / dt = 0

除了反应器处于稳定状态外，反应体积不会随时间变化，这意味着我们可以直接使用材料平衡方程中的体积 V。

将反应器完全搅拌的事实也有助于表达反应物和产物的消耗/产生，因为它可以表示为反应速度与体积 (r'V) 和浓度的乘积。

完全搅拌意味着：

[A]reactor = [A]out

[B]reactor = [B]out

[C]reactor = [C]out

[D]reactor = [D]out

每个组分的质量平衡将如下（r'是消耗速度，r是形成速度）：

反应性A

Q输入*[A]输入= Q输出*[A]输出 + r' A .V + 0

反应 B

Q in *[B] in = Q out *[B] out + r' B .V + 0

产品C

0 = Q输出*[C]输出+ r C .V + 0

产品 D

0 = Q输出*[D]输出+ r D .V + 0

3. CSTR反应器搅拌完美且处于稳定状态：反应速度

反应速度系统可以由上述方程表示如下：

r' A = (Q in .[A] in - Q out *[A] out )/V

r' B = (Q in .[B] in - Q out *[B] out )/V

r C =Q输出*[C]输出/V

r D = Q输出*[D]输出/V

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1. 压缩机功率计算 2. 泵功率计算 3. 管道压降计算 4. 管道中的流体速度 5. 丘吉尔相关性（摩擦系数） 这些是稳态 CSTR 的特征方程。

4. 停留时间

可以计算 CSTR 的停留时间。它对应于使等量的反应器体积进入反应器所需的时间。重要的是要了解计算的时间是给出所有颗粒将在反应器中停留多长时间，因为一些颗粒将进入反应器并立即离开（几乎 0 停留时间）而其他颗粒将停留很长时间，更精确的分析将是计算停留时间的分布。

在 CSTR 中的停留时间可以通过以下方式计算：

τ = V/Qin

其中：

τ = CSTR 反应器中的停留时间（s）

V = CSTR 反应器的体积（m3）

Qin = 反应器条件下的入口体积流量（m3/s）

Qin = Qout 的特定情况

在这种情况下，可以简化上述关系：

r' A = (Q in .[A] in - Q out *[A] out )/V = ([A] in - [A] out )/ τ

r' B = (Q in .[B] in - Q out *[B] out )/V = ([B] in - [B] out )/ τ

r C =Q out *[C] out /V = [C] out / τ

r D = Q输出*[D]输出/V = [D]输出/ τ