化學工程 112 年化學反應工程(亦稱化工動力學)考古題

某一製藥反應工程師進行一實驗，確定其反應式AR，CA0為10 mol/m3， 但不知其為幾級反應，僅知道該反應可能為零級、一級或二級反應，且 其原料A 濃度半衰期為5 小時。另進行實驗，知反應時間需大於25 小 時，為其反應之轉化率可達90%。 求解該反應為幾級反應。需有演算過程，若無演算過程，不予計分。 （10 分） 求解該反應之反應速率常數？（10 分） 說明當反應級數增加時，要達反應之轉化率為90%所需時間變化狀況。 需有說明推論之理由。（5 分）

在某石油精煉工廠中，某一工程師生產化學材料P，其原料為A，CA0 為 50 mol/m3。該反應反應式已知為AP，經文獻查知該反應速率常數為 0.5 (mol/m3)-1 h-1，其溫度為150oC，在150oC 至450oC 時此反應活化能 為20000 J/mol。 請導出CA 與CA0、k、t 的關係式。（5 分） 該反應需反應多少時間，原料A 轉化率可達70%。（10 分） 當該反應溫度升高至450oC 時，需反應多少時間，原料A 轉化率可達 70%。（10 分）

在某一穩態混合流動反應器（steady state mixed flow reactor）中，其反應 式為A+3S ⇄P，正向反應反應速率常數k1 為30(mol/liter)-3min-1，逆向 反應反應速率常數k2 為20 min-1，正向反應為四級反應（A 為一級反應， S 為三級反應），逆向反應為一級反應。反應器體積為10 公升，A 原料在 原料桶中濃度為6 mol/liter，S 原料在原料桶中濃度為12 mol/liter。A 與 S 在管路中混合均勻後同時加入反應器，A 與S 在管路中體積流速比為 1：2。某化工工廠設定原料A 之轉化率要達到90%。在反應開始時，反 應器中P 濃度為0。 A 之反應速度為多少？單位請以mol/(min*liter)作答。（10 分） A 之體積流速需達多少？單位請以liter/min 作答。（10 分） S 之體積流速需達多少？單位請以liter/min 作答。（10 分）

在一等溫定壓氣相反應中，以一穩流反應器進行反應。該反應為A+4B8R。 注入反應器之A 氣體與B 氣體濃度分別為100 mol/liter 及450 mol/liter，注 入反應器之氣體中另含有惰性氣體（不參與反應），其濃度為100 mol/liter。 R 亦為氣體，並同時注入反應器中，其濃度為150 mol/liter。當反應進行 一段時間後，於出口處A 之轉化率為70%： 於出口A 之濃度為多少？單位請以mol/liter 作答。（10 分） 於出口B 之濃度為多少？單位請以mol/liter 作答。（10 分）