化學工程 112 年化學反應工程學考古題

㈠以絕熱栓狀流反應器（plug flow reactor）進行可逆氣相放熱反應時， 轉化率可能會很低，請解釋原因。舉兩種可提高轉化率的方法，並說 明理由。需要的話可以用簡圖說明，無文字說明的圖不給分。（10 分） ㈡有一反應系統中，含有A、B、C 三種物質。A 與B 之間可達平衡， 平衡常數為1；B 反應成C 為不可逆反應，其反應速率常數等於A 反 應成B 的反應速率常數。根據以下起始條件，請繪製三種物質的濃度 隨反應時間而變化的曲線。（10 分） 只有A，沒有B 或C。 只有B，沒有A 或C。 只有C，沒有A 或B。

反應物A 反應時，反應速率（-rA）與濃度（CA）關係如下： CA（kgmole/m3） 0.01 0.02 0.04 0.08 0.10 0.20 -rA（kgmole/m3∙s） 0.024 0.095 0.37 1.33 2.00 6.66 若反應速率可以下式表示： α 1 A A 2 A k C r k C 求式中的各常數 1k ， 2 k 與α。（20 分）

一階反應A B 的反應速率常數為70 min-1，進料中不含B，A 的濃度 為0.2 gmole/liter，流量為300 liter/min。若要得到91%的最終轉化率， 請決定在以下條件所需個別反應器體積。（每小題5 分，共20 分） ㈠相同大小的兩個連續攪拌槽反應器，串聯操作。 ㈡相同大小的兩個連續攪拌槽反應器，並聯操作。 ㈢相同大小的兩個栓狀流反應器，串聯操作。 ㈣相同大小的兩個栓狀流反應器，並聯操作。

溶在液相中的某一染料A 在連續攪拌槽反應器（continuous stirred tank reactor）裡進行分解反應，分解速率與濃度的關係為： 1 A A 2 2 A k C r 1 k C 其中 1 1k 4.0 min ， 2 2 2 k 9.0 liter /gmole 。 ㈠若分解速率為50 gmole/min 時，試求所需的最小反應器體積。（10 分） ㈡承㈠小題，若進料濃度 A0 C 1gmole/liter ，轉化率為何？（5 分） ㈢承㈡小題，若改用栓狀流反應器（Plug flow reactor），反應器體積為 何？（5 分）

催化反應A B C ，反應機構為： 1 1 k A+S AS k ⑴ 2 2 k B+AS C+S k ⑵ 其中S 為酵素，請根據以下條件導出反應速率式，並簡化至含最少未知 常數： ㈠步驟⑴為反應速率決定步驟（Rate determining step, rds）。（6 分） ㈡步驟⑵為反應速率決定步驟。（6 分） ㈢詳述推導過程中所採假設的理由。（4 分） ㈣何步驟為反應決定步驟時，C 的濃度會影響反應速率？如果要達高轉 化率，應如何操作？（4 分）