化學工程 106 年化學反應工程學考古題

㈠以純反應物進入栓流反應器（plug flow reactor）內進行可逆放熱反應，反應器外以 冷媒進行冷卻，冷媒溫度恆定為TC。請分別就溫度（T）對反應器體積（V），與 轉化率（X）對體積（V）作略圖。前圖稱為圖一，後圖稱為圖二。在圖一中繪出 反應器內、外溫度隨體積的變化，在圖二中繪出轉化率（X）與相對應的理論平衡 時轉化率（Xe）隨體積的變化。解釋此兩圖（四曲線）的成因，若無解釋不予計 分。（7 分） ㈡同㈠小題，但進行可逆吸熱反應，以熱媒進行加熱，熱媒溫度恆定為TH，作圖並 解釋其原因，若無解釋不予計分。（7 分） ㈢同㈠小題，但採用絕熱栓流反應器，作圖並解釋其原因，若無解釋不予計分。（6 分）

純A 在一密閉反應器中進行恆溫定壓的氣相基本反應（elementary reaction）A→2B， 反應控制在100℃與10 atm，反應器的體積隨反應時間變化如下： 時間, min 0 1

5 7 9 V/V0 1.00 1.19 1.47 1.65 1.77 1.85 ㈠若使用栓流反應器（plug flow reactor）在100℃與10 atm 下進行此反應，以10 gmol/min 的純A 進料，需要多大的反應器才能達到90%的轉化率？（16 分） ㈡如果㈠中的條件改為在120℃與15 atm 進行反應，20 gmol/min 的進料含40% A 與 60%惰性氣體，是否也可估算反應器體積？請列理由。（4 分） 三、一個每邊兩公尺的立方體反應器裡，濕度必須控制在100 ppm 以下。進料前擬以內 直徑2 公分的管子通入乾空氣，以便排除反應器內原有的水氣，氣體也以內直徑2 公分的管子排出。乾空氣流量為10 liter/sec。假設整個操作條件是20℃一大氣壓， 反應器內原有氣體是含50%相對濕度的空氣。 ㈠請估計需時多久才能符合要求？（20℃的飽和蒸汽壓為17.5 mmHg）（14 分） ㈡列出計算時所下的假設。（3 分） ㈢實際需要的時間應比估計多還是少？理由為何？（3 分） 106年特種考試地方政府公務人員考試試題 等 別： 三等考試 類 科： 化學工程 科 目： 化學反應工程學

反應物A 裂解時，可能遵循以下反應機制（mechanism），其中B‧與D‧為自由基： 起始步驟 A →B‧+ C 繁衍步驟 B‧→D‧+ E D‧+ A→F + B‧ 終止步驟 2B‧→G + H 在一個連續攪拌反應器中（continuous stirred-tank reactor）進行反應，得以下數據： A 的濃度（gmol/m3） A 的反應速率（gmol/(m3.ksec)） 0.1 1.10 0.2 1.56 0.5 2.47 0.8 3.11 ㈠根據反應機制，反應速率表達式應為何？（13 分） ㈡做何假設可使反應機制符合實驗數據？請評估此假設的合理性。（3 分） ㈢反應階次（reaction order）與表觀（apparent）反應速率常數各為何？（4 分）

在一個連續攪拌反應器中（continuous stirred-tank reactor）A 與B 反應成C，此為氣 相基本反應（elementary reaction），對A 的反應速率常數kA 為0.04 liter/gmol/min： A + 0.5B →C 進料中包含50 mol% A、40 mol% B 及10 mol%惰性氣體，進口處總流量為 5.0 gmol/min，體積流率是2.0 liter/min。若要反應到50 mol% C，恆溫操作下反應器 體積為何？（20 分）