化學工程 101 年化學反應工程(亦稱化工動力學)考古題

考慮液相非等溫反應，A 為反應物，T 為溫度，X 為A 的轉化率=[（開始反應時A 的濃度-反應後A 的濃度）/開始反應時A 的濃度]。如以T 為橫軸，X 為縱軸，分別 畫出以下三種反應中X 隨T 的變化：(i)不可逆反應、(ii)吸熱可逆反應、(iii)放熱可 逆反應。前述三種反應中，如何選擇反應溫度可使反應器的體積最小？須敘明理由， 否則不予計分。（20 分）

一催化反應 在批次（batch）反應器內進行。實驗結果顯示，所用觸媒的活性 隨時間遞減，且遞減速率正比於其活性，但與X 及Y 皆無關。若該反應為二階 （second order），求X 的濃度隨時間變化的關係。（20 分） Y X →

反應物X 可能經由兩種途徑反應：(i) Z Y X ⇔ ⇔ 、(ii) 與 Y X ⇔ Z X ⇔ ；所有反應 都是可逆反應，且反應速率常數皆相同。如何由實驗數據判斷X 是由那種途徑反應？ 如考慮液相化學反應： Z Y X → W Y Z → + ， + ，應如何混合反應物X 與Y 以得到 最多的產物Z？須敘明理由，否則不予計分。（20 分）

氣相反應2A 在一體積為1 升的連續攪拌反應器（continuous stirred tank reactor， CSTR）內進行，A 的入口濃度固定為1（莫耳/升）。在穩態條件下，吾人得到以 下四組實驗數據：(4.46, 0.9)、(0.37, 0.5)、(0.05, 0.2)、(0.01, 0.1)，其中每個括號內 的第一個數字為體積流率（升/時），第二個數字為A 的出口濃度（莫耳/升）， 求該反應的反應速率。（20 分） B →

某一反應的反應速率倒數(-1/r)與其轉化率X 的關係如下圖所示： -1/r X 應如何串聯一個連續攪拌反應器（continuous stirred tank reactor，CSTR）與一栓流反 應器（plug flow reactor，PFR），並分別選擇兩者體積使其總體積為最小？（20 分）