化學工程 115 年反應工程及單元操作考古題

描述某一可逆反應2A + B ⇌ A₂B，若已知反應速率式為

2[ [ 1 [ ] ] ] A B A B r A 式中[ ]代表該物質濃度。 ㈠請寫出可能反應機構並說明。（10 分） ㈡若可能反應機構為 * 2 2A A * 2 2 B A A B 寫出可能反應速率式 2 A B r 。（10 分） 二、依圖一描述： ㈠寫出反應器名稱。（5 分） ㈡寫出該反應器體積V 與反應物A 轉化率XA 的積分關係式。（5 分） ㈢若該反應器內有填充重量W 的觸媒，假設管內無壓降（no pressure drop）條件下，寫出求得W 與XA 的積分關係式。（5 分） 圖一 A->R Separator FA0 CA0=0.1 mol/L FR=100 mol/hr FAi

依圖二描述，FA0 與FAi 分別表示回流混合前與回流混合後的入料莫爾流 量，假設分離器可以完全分離未反應物A 並回流至入料端，已知反應器 內反應AR 且 0.2 R A r C 及反應物A 轉化率XA= 0.2。 ㈠求入料莫爾流量FA0 與FAi 值。（10 分） ㈡若反應物A 成本$ $ A 0.5/mol A，反應器成本$ $ m0.01/L 及未反應物 A 回流成本$ $ r 0.01/mol A，求此製程生產每莫爾R 成本？（10 分）

某密度ߩ與黏度ߤ的流體以速度ݒ଴通過直徑ܦ௣沉浸球體，已知阻力（Drag force） 0 3 D p F D υ 。 ㈠若屬層流（Laminar flow），寫出該球體阻力（或風阻）係數（Drag coefficient）CD 與雷諾數（Reynolds number, NRe）之關係式。（5 分） ㈡當流體 3 1.6kg / m 與黏度 0.02 cP （厘泊），且速度高達 0υ =10 m/s 時，當球體之 0.05m p D 時，參考圖三推估該球體CD 值與求ܨ஽值？ （10 分） 圖二 100 10 1.0 0.1 0.001 0.01 0.1 1.0 10 102 103 104 105 106 spheres disks cylinders 0 Re Reynolds number, p D N 圖三

圖四描述某速度υ的外部流體在平板上形成邊界層，已知動黏度v，定 義/ 0.99 υ υ 時為層流區邊界層厚度。 ㈠由下表估算值，求與 / x Re υ x v 之關係式。（5 分） ㈡若 0.5 / '' 4 x υ υ y f vx ( )，求平板上摩擦係數Cf 與 x Re 之關係式。 （5 分） 圖四 表

設計板塔以純水吸收空氣中濃度為20 mol%SO2，已知進入塔內純水與 空氣流量分別為6000 2 kg / hr m 與150 2 kg / hr m ，以逆流方式在板效率 為60%的塔板（tray）上進行氣液接觸，要求離開板塔時空氣中SO2 濃 度降為2 mol%。假設板塔操作溫度與壓力定為293 K 與1 atm。 ㈠求離開板塔時水中SO2 濃度為多少mol%？（5 分） ㈡圖五中操作線為何？（5 分） ㈢參考圖五估算理論板數與實際板數。（10 分） 圖五