化學工程 96 年高等化學反應工程學研究考古題

在一起始體積為1 公升之批式反應器中進行 C

B A + → 之氣相反應。反應開始時，壓 力為2 大氣壓，溫度為127 °C，反應器內含有60 mol %的A 與40 mol %的惰性氣 體。請計算： 若此批式反應器為一可變體積之反應器，當A 被消耗60%時，反應器體積為多少？ 若此批式反應器為一固定體積之反應器，當A 被消耗60%時，反應器之壓力為多少？ 假設這些氣體皆遵守理想氣體方程式且以上皆為等溫操作。理想氣體常數R 為 82.05 (cm3-atm)/(mol-K)。（20 分） 二、以一恆溫恆壓反應器中進行一階不可逆氣相反應 B A → ，反應速率常數k 為0.01 s-1， 反應器體積為300 公升。進料中僅含有A，其濃度為0.2 mol/L，體積流率為4.0 L/s。 當進行操作時，發現反應之轉化率僅達到栓流式反應器（plug flow reactor, PFR）轉化 率之90%。偏差理想PFR 的可能原因為在反應器中產生部分逆向混合（backmixing） 所致。為了模擬此非理想反應器，假設此非理想反應器之行為與N 個等體積串聯之 連續式攪拌反應器（continuous stirred tank reactor, CSTR）行為相同，此N 個CSTR 體積總合仍為300 公升。基於此假設，請計算N 的數值，由於為一階反應，N 可為 非整數。（20 分）

一均勻氣相反應 C B 2 A + → 於一栓流式反應器（plug flow reactor, PFR）中進行。 此反應為一階不可逆反應，反應速率常數為0.1 s-1。 若PFR 截面積為50 cm2，進 料中僅含有A，其濃度為4.0×10-4 mol/cm3，體積流率為100 cm3/s。此操作可視為 等溫操作，試問當出口處A 之轉化率（conversion）為0.8 時，此PFR 的長度為 多少？（20 分）

在一固定體積之批式反應器中進行一均相反應 B A → ，實驗結果如下表所示： 起始A 濃度 mol/cm3 A 濃度 mol/cm3 時間 秒 0.0050 0.0025 100 0.0050 0.00125 300 0.010 0.005 50 0.010 0.0025 150 請求出反應階數（reaction order）與反應速率常數。（20 分）

在一多孔性觸媒顆粒內進行一可逆液相反應 C B A ← → + 。此觸媒表面反應（surface reaction）遵守Eley-Rideal 理論，亦即吸附在觸媒表面上的A 與未吸附的B 反應。 另此可逆液相反應是由A 的吸附步驟所控制。根據這些資訊，推導出一以液相濃度 所表示之速率方程式（rate equation）。（20 分）