化學工程 91 年化學反應工程考古題

一生化反應由酵素E 催化，其機制為： S＋E ⎯→ ⎯K (SE)* （快，平衡） SE* ⎯→ ⎯ 3 k E ＋ P （慢） 已知系統中，酵素之原添加量為[E0]，[E0]為[E]及(SE)*之和，其中(SE)*為活化複合 體。請導出包含K, k3, [S]及[E0]之反應速率式。（20 分）

在汞氣存在下，乙烯氫化成乙烷的可能反應機制為： Hg＋H2 ⎯→ ⎯ 1 k Hg＋2H． H．＋C2H4 ⎯→ ⎯ 2 k C2H5． C2H5．＋H2 ⎯→ ⎯

k C2H6＋H． H．＋H． ⎯→ ⎯

k H2 以上各反應速率常數均根據反應式中的分子而定。 試推導出乙烷生成的速率表示式。請以溫度與反應物濃度表示。（15 分） 推導速率表示式時，必須運用到什麼假說，請解釋。（5 分） 三、液相反應A＋B ⎯→ ⎯ 1 k R，反應速率式rR＝k1 CA CB，k1＝7 liter/mol-s。在一連續攪 拌反應器(CSTR)中，其體積為120 liter，A, B 之進料濃度分別為2.8 mol/liter 及1.6 mol/liter。當B 之轉化率為0.75 時，試求A, B 之進料速率，分別以莫耳流率(mol/s) 及體積流率(liter/s)表示之。（20 分） 四、一級(first order)液相反應A→B 在25℃時的反應速率常數為10 liter/s。在連續反應系 統中，進料為純A，其濃度為0.1 mol/liter，體積總流率為50 liter/s，整個反應系統 保持在溫度25℃。為求轉化率90%，以下系統的個別反應器體積為何？（20 分） 串聯的兩個同體積連續攪拌反應器(CSTR)； 並聯的兩個同體積連續攪拌反應器，相同進料流率流入反應器； 串聯的兩個同體積栓流反應器(PFR)； 並聯的兩個同體積栓流反應器，相同進料流率流入反應器； 求上述 與 中第一個反應器出口處的轉化率。

在填充床(packed bed)反應器中進行一不可逆非均勻(heterogeneous)氣／固相觸媒化學 反應，A(g)＋B(g) ⎯→ ⎯ R(g)＋T(g)，其反應速率式(reaction rate law)為 ' rA − ≒k PA PB/(KA PA+KR PR)，其中 ' rA − 為反應物A 之消耗速率，k 為反應速率常數，KA與KR 為平衡 常數，Pi (i＝A, B, R)為i 在氣相中的分壓。填充床反應器之壓力降關係式為 y＝P/P0＝(1-α W)1/2，其中P0 為起始總壓，P 與W 分別為對應A 之轉化率(conversion, XA)的總壓力與觸媒重量，α 為壓力降參數。反應器進料之莫耳組成為30% A, 45% B, 另外25%為不參加反應之物質。假設理想氣體狀態方程式(ideal gas law)適用於此 反應系統，請推導一XA 與W 之關係式（不必積分）。（20 分） ⎯⎯ ←