化學工程 103 年化學反應工程學考古題

㈠ 試推導反應器之莫耳平衡通式（general mole balance equation）。（5 分） ㈡ 試給適當條件或假設，以得到批次反應器（batch reactor）之設計方程式，並以轉 化率（conversion）表示之。（5 分） ㈢ 試給適當條件或假設，以得到連續攪拌反應器（continuously stirred tank reactor, CSTR）之設計方程式，並以轉化率（conversion）表示之。（5 分） ㈣ 試給適當條件或假設，以得到栓流反應器（plug flow reactor, PFR）之設計方程 式，並以轉化率（conversion）表示之。（5 分）

下列非均勻相反應（heterogeneous reaction）發生於一反應系統中，反應機構如下： 吸附（Adsorption） A(g) + S ⇌ A．S 表面反應（Surface reaction） A．S + B(g) ⇌ C．S 脫附（Desorption） C．S C(g) + S 其中S 表示活性基（active site），試推導若脫附反應為速率決定步驟（rate determining step）時之速率式，（10 分）試推導其初始速率（initial rate），並以總 壓（total pressure）表示之。（10 分）

恆溫氣相裂解反應（A B）於填充床反應器（packed bed reactor）中進行，考 慮壓降，此反應為二階反應（second-order），當轉化率為50%時，試計算所需 觸媒量（W），其條件為（k’ = 5.0 dm6/(mol．s．g cat.)；CA0 = 0.2 mol/dm3； v0 = 1 dm3/s），壓力與觸媒量之關係為P = P0(1 - W)1/2，其中為0.10/g cat.。 （20 分）

一階（first-order）異構化反應（isomerization reaction）： A → B 在恆溫之批次反應器（batch reactor）中進行，此反應器中之觸媒衰退（catalyst decay）以二階反應（second-order reaction）的方式進行，可以下式表示： rd = -da/dt = kda2 其中a 為觸媒性活性，kd 為觸媒衰退常數。 試推導其轉化率（conversion）隨時間之關係。（20 分） 103年特種考試地方政府公務人員考試試題

一放熱不可逆氣相反應如下： 2A(g) + B(g) C(g) 反應在一絕熱的流動反應器中進行，並以等莫耳流量之A 及B 進料。FA0/-rA 與轉化 率（X）之關係如下圖所示。 ㈠ 計算完成50% A 轉化率，所需PFR 反應器之體積A？（5 分） ㈡ 計算完成50% A 轉化率，所需CSTR 反應器之體積A？（5 分） ㈢ 若希望以最小總反應體積，以完成80%之轉化率，試說明如何達成此目的？（5 分） 且最小總反應體積為何？（5 分） 500,000 400,000 300,000 200,000 100,000 0 0 0.3 0.6 0.9 X FA0 -rA (m3)