化學工程 98 年化學反應工程學考古題（共 5 題）
資料來源：考選部歷屆試題｜法律人 LawPlayer 整理
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第 1 題
有一個一階的基本不可逆化學反應（first-order elementary irreversible reaction），
B
A →
，在一栓流反應器（plug flow reactor, PFR）中進行，過程中體積流率皆保持
定值。
㈠推導一個關聯反應器體積V 與操作條件（包含進、出口A 的濃度、速率常數k 與
體積流率v）的方程式。（5 分）
㈡若體積流率為0.1 m3/min，速率常數為0.23 min-1，試計算將進料濃度降低至原來
的10%所需要的反應器體積。（5 分）
㈢若將該化學反應改在一連續攪拌槽反應器（continuous stirred-tank reactor, CSTR）
中進行，操作條件同㈡小題，試計算所需要的反應器體積。（10 分）

第 2 題
有兩個體積相等的反應器，一為連續攪拌槽反應器（CSTR），另一為栓流反應器
（PFR）。若將這兩個反應器以串聯的方式在定溫下進行一個2 階的不可逆化學反
應，
(
)
2
2
2
1
X
kC
kC
r
−
=
=
−
B
A →
，其速率式可以表示成：
0
A
A
A
，其中CA0為A之進料
濃度，k為速率常數，X為A之轉化率（conversion）。試推導CSTR在前及PFR在前兩
種排列方式之出口轉化率與操作條件（如A之進料莫爾流率FA0，A之進料濃度CA0，
速率常數k，反應器體積V等）的關係式，並比較何種排列方式的出口轉化率較高？
（20 分）

第 3 題
有一氣相可逆反應，
C
A
3
=
，分別在下列兩種反應器中進行，試計算平衡時之轉化
率與各成分之濃度：
㈠純A在溫度400 K與壓力10 atm下流入一壓降可以忽略的流動式反應器，在該溫度
下平衡常數Kc為2.5×10-4 m3/mol2。（10 分）
㈡在一個定容積的批式反應器（batch reactor）中進行，起始條件與㈠小題相同。
（10 分）

第 4 題
有液相的平行化學反應（parallel reactions）及其速率式如下：

T
R
B
A
k
+
⎯→
⎯
+
1

3.0
5.1
1
B
A
R
C
C
k
dt
dC
=

U
S
B
A
k
+
⎯→
⎯
+
2

5.1
5.0
2
B
A
U
C
C
k
dt
dC
=

其中R 為期望的產物，而U 為無用的旁產物。試就下列各種反應器與進料方式進行
分析，並將其按照產率由高到低的順序排列：（每小題4 分共20 分）
㈠單一的栓流反應器（PFR），A 與B 同時於反應器入口進料。
㈡單一的連續攪拌槽反應器（CSTR），體積與㈠同，A 與B 同時進料。
㈢多個相同的小型連續攪拌槽反應器串聯，總體積與㈠同，A 與B 同時於第一個反
應器進料。
㈣單一的栓流反應器，A 於反應器入口進料，B 則分批於不同位置進料。
㈤單一的栓流反應器，B 於反應器入口進料，A 則分批於不同位置進料。
98 年公務人員高等考試三級考試試題
類  科： 化學工程

第 5 題
有一個零階（zero-order）的放熱液相化學反應，
B
A →
，在一個容積為0.2 m3的連
續攪拌槽反應器（CSTR）中進行，操作溫度為85oC。為了控制操作溫度，該反應
器裝配有熱夾套，若冷卻劑的溫度為0oC，熱傳係數為120 W/m2-K，試計算所需的
最小熱傳面積（面積若小於該臨界值會有失控爆炸的危險）。已知40oC時反應速率
為1.127 kmol/m3-min，50oC時反應速率為1.421 kmol/m3-min，反應器內溶液之熱容
（heat capacity）為4 J/g，溶液之密度為900 kg/m3，反應熱為-500 J/g，進料溫度為
40oC，進料速率為90 kg/min，A的分子量為90 g/mol。（20 分）

題目為考試當年公告版本，實務標準請以現行規範為準。