化學工程 105 年化學反應工程學考古題

假設一液相反應 A→ B + C 在一2.5 公升的連續攪拌反應器（CSTR）內進行，得到 以下數據： 實驗編號 體積流量（cc/sec） 溫度（℃） A 出口濃度（M） 1 0.5 25 0.025

體積為10 cm3（實驗室用）之連續攪拌槽反應器（continuous stirred tank reactor, CSTR） 用於研究A → B 反應。A 的進料濃度皆維持在0.05 mol/cm3，當進料體積流率為2.0、 1.0 及0.5 cm3/s 時，CSTR 出口處A 的轉化率（conversion）分別為0.333、0.5 及0.667。 現在進行放大設計，若A 的進料濃度為0.05 mol/cm3，進料的體積流率為50 cm3/s， 反應器的體積為2000 cm3，出口處的轉化率為多少？（20 分）

6.0 25 0.1

一均勻液相反應A + B → C 於一理想栓流式反應器（plug flow reactor, PFR）中進行。 此反應為二階不可逆反應，反應速率式為 -rA = kCACB，反應常數k 為0.1 cm3/(s)(mol)。 若此PFR 反應器體積為200 cm3，進料中只含有A 及B，其濃度均為0.02 mol/cm3， 體積流率為0.5 cm3/s。此操作可視為等溫操作，試問PFR 出口處A 之轉化率為多少？ （20 分）

1.5 35 0.025 實驗中，A 進料濃度，CAo，均為0.25M。假設其反應速率式符合：-rA = k CA n。請決 定該反應之反應級數與活化能。（20 分） 二、乙醛（CH3CHO）高溫均相分解形成甲烷與一氧化碳，產物中有少許的乙烷，其反應 推測經由以下基本反應步驟（elementary reactions）完成，請推導乙醛分解之速率式。 （20 分） 起始反應（initiation） CH3CHO → CH3 + CO + 2 H 2 1 反應常數： ki 傳播反應（propagation） CH3 + CH3CHO → CH4 + CH3CO k1 CH3CO → CH3 + CO k2 終結反應（termination） CH3 + CH3 → C2H6 kt 三、一個液相放熱可逆反應 A ↔ B 在連續攪拌反應器（CSTR）中進行，其進料莫爾流 量（FAo）為400 mol min-1，進口濃度：CAo= 8 mol L-1，CBo = 0，最終欲達反應轉化 率為85%，請計算： 欲使用最小反應器體積之最佳反應器溫度（攝氏，℃）。（10 分） 在該條件下之反應器體積（公升）。（10 分） 其他資料：(-rA) = rB=kf CA–kr CB mol L-1 min-1; kf = exp(17.2 – 5,000/T)min-1; kr = exp(42.0–15,000/T)min-1 105年特種考試地方政府公務人員考試試題 全一張 （背面） 等 別： 三等考試 類 科： 化學工程 科 目： 化學反應工程學

某一勻相氣相反應A → 3B 在恆溫批式反應器（batch reactor）中進行，反應物A 起 始壓力為2 大氣壓，反應體積固定，經8 分鐘後壓力增加50%。若反應初始壓力為2 大氣壓，反應壓力固定，已知此氣體反應為一級反應，計算體積增加100%需花多少 時間？（20 分）

考慮以下四種不同可能之反應速率r 與CAo–CA 之關係圖，其中CA 為反應物A 的濃 度，CAo 為反應器入口濃度。請分別決定應利用那一種理想反應器或其組合，使能夠 以最小之總反應器體積達到預定之最終出口濃度（虛線標示）。（請將圖分別繪製於 試卷上）（20 分）

有一反應A → products 在等體積的批次反應器（batch reactor）中進行，操作2 個實 驗獲得的數據如下： 實驗1：t1/2 = 0.125 h, CA0 = 2 mol/L 實驗2：t1/2 = 0.500 h, CA0 = 1 mol/L t1/2 是每一實驗的半生期，請利用這些數據推算此反應級數為多少？（20 分）

以下兩個氣相反應： 2A → B + C ⑴ A + B → D + C ⑵ 其反應速率式分別為： r1 = 6 PA 2 mole A reacted/hour-liter r2 = 3 PAPB mole D formed/hour-liter 其中P 的單位為大氣壓（atm） 以上反應在恆溫連續攪拌反應器（CSTR）進行，進料為一大氣壓（1 atm）純A 氣體。 請計算擬達成70%總轉化率其出口的產物分壓（PB, PC, PD）。（20 分）

可逆反應n-C4H10 i-C4H10 在液相、絕熱的反應條件下，進料正丁烷流速FA0 為 50 kmol/h，反應機制為下圖所示，利用表格中數據計算各反應器體積。（-rA 是反應速 率，X 是轉化率。其中X1 = 0.2, X2 = 0.6, X3 = 0.65。）（20 分） -rA（kmol/m3・h），反應速率 39 53 59 38 25 X，轉化率 0 0.2 0.4 0.6 0.65 FA0 FA1 FA2 FA3 X3 X2 X1