有液相反应,在120℃时,正、逆反应的速率常数分别为k1=8[L/(mol.min)],k2.1.7[L/(mol.min)]。若反应在一全混釜式反应器中进行,其中物料容量为100L。二股进料流同时等流量导入反应器,其中一股含A物料3.0[mol/L],另一股含B物料2.0[mol/L],求当B的转化率为80%时,每股料液的进料流量应为多少?(过程按等温、恒容考虑)

考查要点：本题主要考查连续搅拌釜式反应器（CSTR）中可逆反应的物料衡算与速率方程的应用，涉及转化率、浓度变化及流量计算。

解题核心思路：

1. 确定初始浓度：根据两股等流量进料，计算混合后的初始浓度。
2. 转化率与浓度关系：根据B的转化率，推导各组分的平衡浓度。
3. 速率方程：建立正、逆反应速率的差值，计算净反应速率。
4. 停留时间方程：利用CSTR的停留时间公式，结合反应速率和浓度变化，求解总进料流量，最终得到每股流量。

破题关键点：

• 正确写出各组分的平衡浓度，需明确反应式中物质的转化关系。
• 准确代入速率方程，注意正、逆反应速率的叠加。
• 区分总流量与单股流量，避免混淆导致计算错误。

1. 初始浓度计算

两股进料流量相等，混合后初始浓度为：

• A的初始浓度：$C_{A0} = \frac{3.0}{2} = 1.5 \, \text{mol/L}$
• B的初始浓度：$C_{B0} = \frac{2.0}{2} = 1.0 \, \text{mol/L}$

2. 平衡浓度计算

B的转化率为$80\%$，则：

• B的平衡浓度：$C_B = C_{B0}(1 - x_B) = 1.0 \times (1 - 0.8) = 0.2 \, \text{mol/L}$
• A的平衡浓度：$C_A = C_{A0} - C_{B0}x_B = 1.5 - 1.0 \times 0.8 = 0.7 \, \text{mol/L}$
• 产物P、R的浓度：$C_P = C_R = C_{B0}x_B = 1.0 \times 0.8 = 0.8 \, \text{mol/L}$

3. 净反应速率计算

速率方程为：
$(-r_A) = k_1 C_A C_B - k_2 C_P C_R$
代入数据：
$(-r_A) = 8 \times 0.7 \times 0.2 - 1.7 \times 0.8 \times 0.8 = 1.12 - 1.088 = 0.032 \, \text{mol/(L·min)}$

4. 停留时间方程

停留时间$t$满足：
$t = \frac{V_R}{V_0} = \frac{C_{A0} - C_A}{-r_A}$
代入数据：
$t = \frac{1.5 - 0.7}{0.032} = \frac{0.8}{0.032} = 25 \, \text{min}$
总进料流量：
$V_0 = \frac{V_R}{t} = \frac{100}{25} = 4 \, \text{L/min}$
每股流量：
$Q = \frac{V_0}{2} = \frac{4}{2} = 2 \, \text{L/min}$