化學工程 97 年高等化學反應工程學考古題

液相反應 於一恆溫批次反應器中進行，其反應速率為： C B A → + 1 1 3 s mol L 10 92 .9 , − − − × = = − k C kC r B A A 槽內反應物A及B之起始濃度CA0 = CB0 = 0.15 mol L-1。 每批次反應物之轉化率為0.9，請問每批次所需反應時間為多少？（15 分） 續，假設每批次反應間之準備時間為0.75 小時，若產物C 之生產速率要達到 平均每小時175 mol，請問所需批次反應器體積為多少？（10 分）

液相酵素催化反應 ，在某一反應條件測得反應物濃度C P S → S隨時間變化如下： t (min) 0 10 20 50 100 CS (mol/L) 0.02 0.0178 0.0158 0.0106 0.005 假設此反應無抑制反應，請由濃度變化求得此反應之Michaelis-Menten參數Vmax及 KM。（15 分） 提示：Michaelis-Menten equation: S M S s C K C V r + = − max 同之反應，但將酵素濃度增加為兩倍，請問當反應時間為50 分鐘時，反應物 濃度CS為多少？（10 分）

有一發酵反應其細胞生成速率可由Monod equation 描述如下： S S C S g C K C C r + = max µ 其中CS為基質濃度，CC為細胞濃度，µmax = 0.8 h-1，KS = 4 g/L。若此反應於一CSTR 發酵槽中進行，進料流量為1000 L/h，其中基質進料濃度為10 g/L。若細胞生成之 產率（yield）YC/S為0.5 g/g，產物生成之產率YP/C為0.2 g/g。假設細胞死亡速率可 忽略。 請寫出細胞及基質之質量平衡方程式。（10 分） 請問需要多大之發酵槽體積，以使基質轉化率達0.9？此時出料細胞濃度及產物 濃度各為多少？（15 分） 97年公務人員高等考試一級暨二級考試試題 類 科： 化學工程 全一張 （背面）

非恆溫二階液相反應 C B A → + ，-rA = kCACB，於一絕熱（adiabatic）連續式反應 器中進行，反應物A與B之進料溫度為300K，進料體積流率為2 L/s且進料濃度CA0 = CB0 = 0.1 mol/L。 請推導出反應溫度與反應物轉化率間之關係式。（10 分） 當此反應於CSTR 中進行，要達轉化率為0.85，所需之反應器體積為多少？此時 出料溫度為多少？（10 分） 若此反應於PFR 中進行，要達到相同轉化率，請問所需之反應器體積較者為大 或小或相等？請說明理由。（5 分） 相關物性資料： A、B及C之生成熱分別為：HA o (273) = -20 kcal/mol，HB o (273) = -15 kcal/mol，HC o (273) = -41 kcal/mol。 A、B及C之比熱分別為：CpA = 15 cal/mol-K，CpB = 15 cal/mol-K，CpC = 30 cal/mol-K。 反應係數k 與溫度T 之關係可由下式計算： ⎥⎦ ⎤ ⎢⎣ ⎡ ⎟⎠ ⎞ ⎜⎝ ⎛ − = T k 1 300 1 2 10000 exp 01 .0 ，k 之單位為L/mol-s，T 之單位為K。