化學工程 104 年高等化學反應工程學研究考古題

液相一階不可逆反應A → B 於一體積600 公升之非理想流動式反應器中進行，進料 含有40 mol%的A 與60 mol%的惰性物質，進料總莫耳流率為100 mol/min，進料濃 度CA0 = 1 mol/L，出口處A 之轉化率（conversion）為0.92。若相同的反應條件發生 在體積600 公升之理想栓流反應器（plug flow reactor, PFR）中，A 之轉化率可達0.98。 假設此非理想反應器之行為與N 個等體積串聯之連續攪拌槽反應器（continuous stirred tank reactor, CSTR）行為相同，且此N 個CSTR 體積總和亦為600 公升。基於 此假設，請計算出N 的數值（N 可為非整數）以及此反應之速率常數（rate constant）。 （25 分）

矽（Si）薄膜在半導體製程中可利用四氯甲矽烷（SiCl4）與氫氣（H2）在平面基板上 以氣相沉積方式鍍膜，設S 為鍍膜表面活性位置（active site），整體反應機制如下： ) ( 2 ) ( 2 ) ( 4 Cl SiCl SiCl g g g + （已達準平衡狀態，平衡常數K1） ) ( ) ( 2 2H H g g （已達準平衡狀態，平衡常數K2） S S g • + 2 ) ( 2 SiCl SiCl （已達準平衡狀態，平衡常數K3） ) ( ) ( ) ( 2 2HCl Si 2H SiCl g s g S S k + + ⎯→ ⎯ + • （速率決定步驟，正向速率常數k） 請推導矽薄膜之生成速率表示式（rSi）。（15 分） 請分別說明矽薄膜之生成速率隨SiCl4、H2 與Cl2 分壓之變化關係。（6 分） 請問此反應機制是遵守Eley-Rideal 還是Langmuir-Hinshelwood 理論。（4 分）

氣相一階放熱反應A → B（速率常數k = 0.4 min-1）於一絕熱（adiabatic）的連續攪 拌槽反應器（CSTR）中進行，壓力維持在4.1 atm，反應器溫度為1000 K。進料僅 含A，其莫耳流率為1 mol/min，溫度為500 K，熱容（heat capacity, CpA）為45 J/mol．K 且設為常數。若出口處A 之轉化率為0.9，請計算CSTR 的體積及放熱反應在1000 K 之反應熱（ΔH）。（25 分） 104年公務人員升官等考試、104年關務人員升官等考試 104年交通事業公路、港務人員升資考試試題 代號：16630 全一張 （背面） 等 級： 簡任 類科（別）： 化學工程 科 目： 高等化學反應工程學研究

氣相二階（second order）反應2A → B 於恆溫之定體積批次反應器中進行，反應 開始時含有A 與惰性氣體I，請問下列實驗數據圖中那些是正確的？原因為何？ （C：濃度；P：壓力；X：轉化率；t：反應時間）（25 分） CA t (a) ln CA t (b) CA (c) 1 t P X (e) PI X (f) CI t (d)