化學工程 94 年化學反應工程學考古題

有一反應物A 在一批式反應器（batch reactor）中進行化學反應，生成產物R 與S。 經由實驗的量測，各物質的濃度與時間的關係如下圖所示。請分別討論(a)-(d)各種 情形下各曲線所反映的意義及可能的反應式。（20 分）

一階（first-order）的可逆液相化學反應，A=R，在一批式反應器中進行，進料之濃 度分別為CA0=0.5 mol/L，CR0=0。在反應8 分鐘之後，A 之轉化率（conversion）為 33.3%，而到達平衡時之轉化率為66.7%，試求此反應速率式。（20 分）

一物質A 之液相反應速率式為二階（second-order），當此反應在一流動式反應器中 進行，可以達到轉化率95%。若再添購一完全相同的反應器，並將此二反應器串聯 或並聯起來，在轉化率不變的形況下可以增加多少處理容量？（20 分） ㈠此二反應器皆為栓流反應器（plug flow reactor, PFR）。 ㈡此二反應器皆為連續攪拌槽反應器（continuous stirred-tank reactor, CSTR）。

有一氣相可逆反應，A+B=R+S，當相等摩爾之反應物進入一栓流反應器，於2 atm 及25oC 時A 之轉化率為40%。則此反應器應操作在何溫度以使轉化率為最大？此 最大之轉化率為何？已知於25oC 時，反應熱△Hr=1800 cal，自由能△Go=0，而在 可能的操作溫度範圍內物質A, B, R, S 之平均熱容（average heat capacity）分別為8, 10, 7 與5 cal/mol．K，假設反應速率與溫度的關係遵循Arrhenius 式。（20 分）

有一化學反應， S R A k k ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ → ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ → ⎯ = = min / 1.0 min / 1.0 2 1 ，欲自1000 L/hr 之進料生產R，進料 之濃度分別為CA0=1 mol/L，CR0=CS0=0。若欲獲得最大的R 之產量，則該用多大之 ㈠栓流反應器？ ㈡連續攪拌槽反應器？ 此時流出之物料中R 之濃度分別為何？（20 分） 1 C 0 S R A 0 S R A C C C A A R R S S 1 1 0 0 t t t t