化學工程 102 年高等化學反應工程學考古題

藉由一氧化碳（CO）與氫氣（H2）之合成氣反應可生成氨氣、甲醇及含氧化物。 當使用天然氣（假設是100% CH4）的反應步驟，接著其他反應步驟如下： 重整反應： CH4 + H2O CO + 3H2 水轉移反應： CO + H2O CO2 + H2 通常積碳亦會在重整反應觸媒表面產生：2CO C + CO2 如果蒸氣對天然氣的進料比為5：1，而重整反應之操作條件為790℃ 及3 atm。在此 溫度下，重整反應、水轉移反應及積碳反應之Kp 值分別為128、1 及0.17。 ㈠假使符合理想氣體理論及忽略積碳反應，請計算離開重整反應器之平衡氣體成分。 （20 分） ㈡請說明在此狀況下，積碳反應會不會發生？（5 分）

己烷可在常壓下進行脫氫反應生成苯：C6H14 C6H6 + 4H2 在不考慮其它反應發生，請由下列所提供之參數，估算出己烷生成苯轉化率達到 95%之最低反應溫度。（25 分） 苯及己烷在不同溫度之標準自由能（kcal/mole） 100oC 400℃ 800℃ 苯 33.5 45.5 62.7 己烷 9.7 53.1 114

銀觸媒進行CO 氧化成CO2 的氧化反應，其反應物CO、O2 與產物CO2 均吸附在觸 媒表面且O2 會解離。 ㈠請利用表面吸附動力模式寫出此反應之反應速率式。（10 分） ㈡請說明反應速率與O2 分壓之變化關係。（5 分） ㈢請說明反應速率與CO2 分壓之變化關係。（5 分）

正丁烷在高壓絕熱之催化反應生成異丁烷之基本反應式如下： n-C4H10 i-C4H10 如果在反應溫度360K 及進料溫度為330K，其反應速率為31 h-1。 反應熱（△Hr0）：-6900 J/mole of n-C4H10 活化能（E）：65.7 kJ/mole 平衡常數K：3.03 (60℃) 起始濃度 10 4H C n C − ：9.3 kmol/m3 ㈠在70% 轉化率及163 kmol/h 之產率下，請計算所需柱塞流式反應器（PFR）之 體積。（10 分） ㈡如果轉化率降低至40%，請問使用PFR 或攪拌式反應器（CSTR），那一種反應 器比較好？（10 分） ㈢請說明此同分異構反應之轉化率可否超過75%？（10 分） → ← → ← → ← → ← → ← -

9 10 S 濃度 （millimoles/l） 1.0 0.84 0.68 0.53 0.38 0.27 0.16 0.09 0.04 0.018 0.006