化學工程 104 年高等化學反應工程學考古題

一氣相反應 R B A ⎯→ ⎯ + k 分別於混流（CSTR）及栓流（PFR）反應器進行反應，流 率為100 mol/min、反應溫度為150ºC 恆溫及壓力為10 atm。反應物B 之進料濃度 為A 的3 倍，反應速率常數如下： ) (min 5. 12 ln 1- + − = T k ) K : ( ° T 若於栓流反應器中的平均滯留時間（Residence Time）為3 分鐘且兩反應器之轉化 率相同，請找出兩個反應器各別的體積以及莫爾流率並比較之。（25 分）

甲醇在銀觸媒表面上進行氧化反應形成甲醛，其一系列不可逆之子反應如下： O2 2Oads CH3OH+Oads CH3Oads+OHads CH3Oads HCHO+Hads Hads+OHads H2O k1 k2 k3 k4 (1) (2) (3) (4) 反應進行時，最大量之中間產物為表面甲基氧化物（CH3Oads），而速率決定步驟為 表面甲基氧化物之單分子分解反應步驟(3)。請利用穩態近似法及上述所列子反應求 出反應速率表示式。（甲醇進行吸附的步驟需要兩個活性基位，一個基位被氫原子 所占據，另一基位則被甲基氧化物所占據）（25 分）

液相反應 B A ⎯→ ⎯ 在85ºC 之混流反應器（CSTR）中反應，反應器體積為0.2 m3，而 反應器使用0ºC 冷卻水，其熱交換係數（Heat Transfer Coefficient）為120 W/(m2·K)。 A 的濃度為2.0 mol/L，並在40ºC 以90 kg/min 流率流入反應器。其它所需數據如下： 溶液比熱：2 J/g·K 溶液密度：0.9 kg/dm3 反應熱：-250 J/g A 克分子量：90 g/mol 反應速率常數：1.1 min-1(40ºC), 3.4 min-1(50ºC) ㈠求出在穩定狀態下A 與B 的濃度及熱交換器面積。（15 分） ㈡計算出熱交換器面積（面積臨界值）低於多少時，會導致反應溫度不受控制而導 致反應器爆炸。（10 分） 104年公務人員高等考試一級暨二級考試試題

今有一混合物由90%莫爾A(45 mol/L)和10%莫爾不純物B(5 mol/L)組成，欲獲得 滿意之品質，此混合物中A 和B 之莫爾比例必須維持於100：1 或更高，D 與A 和 B 反應如下： D B A D A A C C r C C r 147 ,S D B 21 , R D A = − ⎯→ ⎯ + = − ⎯→ ⎯ + 假設反應達到完全反應，試問需加入多少量之D 於一批次混合物中以達到所欲之品 質？（25 分）