化學工程 108 年高等化學反應工程學研究考古題

一不可逆（irreversible）之液相基本反應（elementary reaction）A+B C 於一 絕熱之連續式攪拌槽反應器（Continuously Stirred Tank Reactor, CSTR）中進 行。此反應之反應熱為－6 kcal/mol，於300 K 之反應常數為0.01 liter/mole．s， 反應活化能為10 kcal/mol。A 與B 的比熱均為15 cal/mol．K，C 的比熱為 30 cal/mol．K。若以相同莫耳濃度之A 與B 以2 公升/秒與CA0=0.1 M 的 條件注入反應器中。試計算達到85%轉化率所需之反應器體積。（25 分）

一層流反應器（Laminar Flow Reactor, LFR）之長度為L，軸向流速分 布可表示為： − = 2 2 0 R r 1 R π 2v U ，其中v0 為體積流率，R 為反應器 之半徑，r 為反應器之徑向距離。試推導滯留時間分布（Resident time distribution function, E(t)）。（25 分）

氣體A 在500℃與某壓力條件下進行分解反應，依實驗觀察為一次反 應。某學者提出下列的反應機制： * * A A A A A R S → + + ← → + 請回答下列問題： ㈠試說明上述反應機制如何解釋實驗的觀察。（15 分） ㈡試提出為更進一步驗證此機制可進行的實驗，及預期的實驗結果。 （10 分） A A A A A R S

在非勻相觸媒二階（2nd order）反應AB 中，於觸媒內部無質傳阻力， 因此反應速率僅需考慮反應與外部質傳。外部質傳係數為kg，反應速率 常數為kr，在遠離觸媒表面之A 濃度為CAb，回答下列問題： ㈠試推導出以kg、kr 與CAb 表示之反應速率式。（15 分） ㈡當系統處在外部質傳阻力極大(即反應速率相對快)的狀態時，試簡化 小題㈠之反應速率式，並由此簡化式說明此時觀察到的反應速率是由 反應或是由質傳控制。（10 分）