化學工程 95 年化學反應工程(亦稱化工動力學)考古題

假設氫與溴反應 HBr Br H

2 2 ⇔ + 遵循下列自由基反應機制（reaction mechanism）， 試推導其反應速率方程式。（20 分） 2 2 2 2 2 5 4

2 1 2 2 Br Br Br H HBr H Br HBr Br H H HBr Br H Br Br k k k k k ⎯→ ⎯ ⋅ ⋅ + ⎯→ ⎯ + ⋅ ⋅ + ⎯→ ⎯ + ⋅ ⋅ + ⎯→ ⎯ ⋅ + ⋅ ⎯→ ⎯ 二、某液相反應在25℃時的反應速率方程式為r = 0.158 CA kmol/(l．min)，式中CA 為 反應物濃度。有待處理的反應物濃度為1.5×10-4 kmol/l，進料速率為0.5 l/min。 現有各種不同體積的混合式反應器（continuously stirred tank reactor，CSTR）或塞 流反應器（plug flow reactor，PFR）可供使用。試問下列各種組合反應器的反應轉 化率（conversion）各為何？（每小題5 分，共20 分） 採用二個2.5 升CSTR 串聯。 採用單一個5 升CSTR。 採用一個2.5 升CSTR 後串聯一個2.5 升PFR。 採用單一個5 升PFR。 三、假設一組平行反應在一混合式反應器（continuously stirred tank reactor，CSTR）中 進行，若欲得到產物中R 與S 莫耳比為2：1，則反應溫度為何？（20 分） S A R A 2 → → A A C k r C k r 2 2 1 1 = = ⎟⎠ ⎞ ⎜⎝ ⎛− × = ⎟⎠ ⎞ ⎜⎝ ⎛− × = T k T k 987 .1 37000 exp 10 7.3 987 .1 40000 exp 10 6 13 2 14 1 （T 單位為K） 95年專門職業及技術人員 高等考試建築師、技師考試暨 普通考試不動產經紀人、地政士考試試題 代號：01530 類 科： 化學工程技師 全一張 （背面）

在球型觸媒顆粒（其半徑為rs）， 某一級反應的有效因子（effectiveness factor）及 Thiele Modulus 可寫成 s φ η 1 = 和 eff p s s D k r ρ φ 1 3 = ，試證明在特定的溫度與轉化率下， 其反應速率（reaction rate）與單位體積觸媒的外表面積（external surface area of per unit volume of catalyst particle）成正比關係。（20 分）

一漿態反應器（slurry reactor）用於棉花子油的氫化，整體反應操作已知為氫氣吸收 質傳控制（mass-transfer controlled）。經由經驗式推估或實驗量測獲得下列參數值 ： kg = 非常大 kl = 0.012 cm/sec kc = 126 cm/sec ag = 1.86 cm2/cm3 of slurry ac = 286 cm2/cm3 of slurry ( l C )eq = 0.0129 gmol/l（氫的平衡溶解度，因使用純氫此值為常數） 假設質傳過程的質傳速率方程式可寫成： ( ) ( ) s c c v i g v C C a k r C C a k r − = − = l l l l , ( ) l l i eq C C = 由於化學反應快速，氫氣在觸媒表面濃度(Cs)很低。試計算本反應器中氫氣消耗速 率（rate of hydrogen consumption）。（20 分）