化學工程 111 年高等化學反應工程學考古題

有一反應A B 在不同溫度、流速和觸媒粒徑的填充床反應器中進行。 結果如下圖所示。什麼情況（即條件dp、T、FTO）受外部傳質限制？ 什麼情況是反應速率受限的？什麼情況是粒徑內部擴散受限的？ 在T = 400 K 和dp = 0.8 cm 時的內部效率因子（internal effectiveness factor）是多少？（25 分） T：反應溫度；-r'A：反應速率；dp：觸媒粒徑；FTO：反應物莫爾進料流量

考慮一個催化可逆反應A + B R + S，假設R 的脫附（desorption）是速 率控制步驟（rate controlling step），請導出Langmuir-Hinshelwood 動力 學速率表達式。（25 分）

已經開發了一種將石油原料中的甲苯加氫脫烷基化以生產苯和甲烷的 方法。加氫脫烷基化是發生在高溫氣相中並涉及自由基（free radical）， 研究發現是按下面的反應基本步驟順序進行。請推導出苯（C6H6）生成 速率的反應速率式。（25 分） 1 2 2 k H H  i 2 6 5 3 6 5

k H C H CH C H CH    i i 3 6

2

6 k C H H C H H    i i 4 2 2 k H H  i 四、一個非理想反應器（non-ideal reactor）用於進行下面的串聯反應，兩個 步驟都是一級反應（1st order）。如果反應器可以用3 個相同體積的串聯 反應器模式（tank-in-series model）來模擬計算，請算出最後反應器出口 處的濃度（CA、CB、CC）。（25 分） 使用以下數據和公式，CA0 = 1.5 mol/L；k1=2×10-4 s-1；k2=4×10-4 s-1， 反應器體積= 100 L；流量= 2 L/min。 串聯反應： 1 2 k k A B C   串聯反應器模式：轉化率 1 ) 1 ( 1 n i X k   ， k：反應速率常數（rate constant）i：第i 個反應器置留時間（residence time）