化學工程 93 年化學反應工程(亦稱化工動力學)考古題

有一不可逆反應2A + B  A2B，其反應機構（reaction mechanism）為 2A ' A2* A2* + B  A2B A2*為中間產物。 試找出A2B 的反應速率式（rate equation）。（15 分） 試問B 的濃度對速率式的影響為何？（5 分）

純氣體A 於500 K，1 atm 下通入一批式反應器（batch reactor）中反應，反應速率式 可表示為A  2R，-rA=kCA=109exp(-10, 000/T)CA kmol/m3h。 在恆溫情況下，試問： 反應速率常數（reaction rate constant）為何？（5 分） 反應一個小時，A 的轉化率為何？（15 分）

將純氣體A 通入一塞流式反應器（plug flow reactor，PFR）中反應，反應速率式可表 示為2A  R，-rA= (5 min-1) CA。當反應器的體積為0.1 m3 時，A 的轉化率為80 %。 試問，若原反應器以混流式反應器（mixed flow reactor，MFR）取代，欲保持相同轉 化率時，則所需的反應器體積為多少？（20 分）

某反應物A 的液相反應(AR)，其濃度和反應速率的關係如下： CA，kmol/m3 4 6 8 10 -rA，kmol/m3min 0.33 1 0.5 0.25 在CA0=10 kmol/m3 下，我們欲處理0.1 m3/min 的進料體積流率，使A 的出口轉化率 達到60 %。在不得使用產物分離及回流的情況下，試問： 要採用塞流式反應器（PFR）和混流式反應器（MFR）的何種組合，方能使所需的 反應器總體積變成最小？（10 分） 所需的最小反應器總體積為多少？（10 分）

有一液相平行反應（A  R；A S），R 為想要產物（desired product）， rR = CA， rS = 2。試問： 針對A，R 的瞬間分產率（instantaneous fractional yield）如何表示？（5 分） 使用單一塞流式反應器（PFR）或混流式反應器（MFR），何者可獲得CR 的最大值？ （5 分） 若CA0=10 kmol/m3，則此CR 的最大值為何？（10 分）