化學工程 113 年化學反應工程(亦稱化工動力學)考古題

113年專門職業及技術人員高等考試建築師、 32類科技師（含第二次食品技師）、大地工程 技師考試分階段考試（第二階段考試） 暨普通考試不動產經紀人、記帳士考試試題 等 別：高等考試 類 科：化學工程技師 科 目：化學反應工程（亦稱化工動力學） 考試時間：2 小時 座號： 不必抄題，作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上，於本試題上作答者，不予計分。 本科目除專門名詞或數理公式外，應使用本國文字作答。 考慮一100 liters 定容批次反應器（batch reactor），通入80% A 以及20%惰 性氣體並且加壓至10 atm，此氣相反應於恆溫127℃反應。（每小題10 分， 共20 分） 2A → 3B 假設理想氣體定律，請問初始A 的濃度多少mol/liter？ 假設此反應為不可逆反應，而且反應是二級反應，反應速率常數k 為0.5 （liter/mol·min），請問反應進行多少分鐘，轉化率可達85%？ 氣體常數R = 8.314 J/mol·K，R = 0.082 liter·atm/mol·K E 公司評估開發新製程A → B + C，研發實驗室取得此反應數據如下表。 已知公司現有兩只反應器，4 liters 塞流反應器（plug-flow reactor，PFR） 以及4 liters 連續攪拌槽反應器（continuous-stirred tank reactor，CSTR）： （每小題10 分，共30 分） 請預估CSTR 串聯PFR，A 的出口轉化率。 請預估PFR 串聯CSTR，A 的出口轉化率。 請問如何評估那種組合比較好，為什麼？ 轉化率（X） 0.0 0.1 0.2 0.3 0.5 0.7 0.9 -rA（mol/liter·min）0.5 0.45 0.4 0.35 0.25 0.15 0.05 進料莫耳流速為FA0 = 2 mol/min E 公司打算使用填充床反應器，依據下列氣相催化反應生產產品 C：A + B ⇌C，此為放熱反應。身為化學工程師，必須有能力設計反 應器，考量安全，找出適當的操作條件，請列出相關的公式，說明如何 取得反應溫度、壓力及轉化率的方法？（20 分） 考慮催化反應A+ B ⇋C + D，由微分反應器（differential reactor）取得 的數據，物種A 消失速率在不同分壓的實驗整理如下： 吸附在觸媒表面的物種為何？如何判斷此反應是否為可逆反應？ （20 分） 根據上面的實驗關係圖，假設適當的速率決定步驟，導出此反應的速 率定律。（10 分）