化學工程 95 年化學反應工程學考古題

今在1485 kPa 及500 K 的條件下，於柱流反應器（plug flow reactor）中將二氧化硫 氧化，2SO2+O2→2SO3。若進料中含28 mol%的二氧化硫，餘則為空氣，反應速率 式為–rA＝kCACB，其中k＝0.25 dm3/mol⋅min，試計算二氧化硫轉化率為60%時的反 應速率。（20 分）

某種稱為基質（substrate）之反應物A，在一蛋白質的酶（enzyme）之催化下轉變 成生成物R，如下： R A ⎯ ⎯ ⎯ → ⎯enzyme 此反應有下列之速率特性： 速率與所加之酶濃度[Eo]成正比。 於反應物濃度低時，速率與反應物濃度成正比。 於反應物濃度高時，速率與反應物濃度無關。 Michaelis 和Menten 於1913 年首先提出一反應機構來解釋此行為： *) (

反應 C B A 2 1 k k ⎯→ ⎯ ⎯→ ⎯ 於CSTR 中進行，已知進料為純A，其體積流率為0.3 dm3/s， 若k1＝0.03 s-1、k2 = 0.12 s-1，試決定B 的出料濃度為最大時的反應器體積。（20 分）

1 E A E A k k ‧ ⎯⎯ ←⎯→ ⎯ + E R E A k + ⎯→ ⎯

下列液相反應， A＋B ⎯→ ⎯ 1k R R＋B ⎯→ ⎯ 2k S 於柱流反應器中進行，已知k1＝k2＝0.2 dm3/mol⋅s，進料濃度為CA0＝CB0＝1 mol/dm3 及CR0＝CS0＝0，若A 的出料濃度為0.5 mol/dm3，試問B 的出料濃度為何？（20 分） ［公式：微分方程 ) ( ) ( x r y x f dx dy = + 的解為 ∫ + = − ) ( K rdx e e y h h ，其中 ∫ = dx x f h ) ( ， K 為積分常數］

*) ( ‧ 此機構之特性為假設可估計中間產物之濃度，且酶之總濃度為： ] ) [( ] [ ] [ * E A E Eo ‧ + = 試導出以[Eo]及[A]表示之反應速率式，且證明其符合所觀察之行為。（20 分） 二、液體A 於一批式（batch）反應器內進行分解反應，若反應5 分鐘後有50%之A 轉 換，且反應為一階反應（first order reaction），當轉換率達到75%時需要多少時 間？（10 分）若為二階反應（second order reaction）時則需多少時間？（10 分） 三、於600 K 之氣相反應如下： C E A k k ⎯⎯ ←⎯→ ⎯ + 2 1 其速率式可表示為 C B A A C k C C k r 2 1 − = − ，且k1 = 500 l/mol·hr，k2 = 0.032 l/hr。若氣 體進料速率為600 m3/hr，其中60%為B，30%為A 及10%為惰性物質（體積比）， 於600 K 和1.5 大氣壓下於一栓流（plug flow）反應器中進行反應，試計算： A 變成C 之最大可能轉換率為何？（10 分） 欲得到60%之轉換率所需反應器之體積為何？（10 分）

裂解反應，A(g)→2B(g)＋C(g)，於定容批式反應器中進行，初時反應器中僅有A 存 在，假設反應為一級（first order），試以下列在不同時間下量測的反應總壓，決定 此反應的反應速率常數。（20 分）

水溶液A 於二串聯之混流反應器（CSTR）中進行分解反應。第二反應器之體積為 第一反應器兩倍大，進料濃度為1 mole A/liter 且於穩流狀態下操作，第一反應器中 之平均停留時間為96 秒，且A 於第一及第二反應器中之濃度分別為0.5 mol/liter 與 0.25 mol/liter，試求此反應之動力方程式為何？（20 分）

今以異相觸媒進行成分A 之脫氫，A→B＋H2，假設其反應機構如下： A＋S＝A⋅S A⋅S＋2S＝B⋅S＋2H⋅S B⋅S＝B＋S 2H⋅S = H2 +2S 速率決定步 其中S 代表觸媒表面的空活性位（site），A⋅S、B⋅S 及H⋅S 則分別代表吸附於活性位的 A、B 及H，試以上述反應機構推導此反應之Langmuir-Hinshelwood 速率式。（20 分） t(min) 0 2 4

一基本不可逆（elementary irreversible）液相反應 S R B A + → + 在恆溫下進行。二 相等體積流量之液體流入一4 升之混流反應器內，其濃度分別為0.02 mol A/liter 及 1.4 mol B/liter，然後再流過一16 升之栓流反應器。吾人發現於混流反應器內生成 一些R，其濃度為0.002 mol R/liter，試求出栓流反應器出口處R 之濃度及此系統 中A 之轉換率。（20 分） B

8 PT(mmHg) 174 187 199 211 223 PT = total pressure