化學工程 99 年化學反應工程學考古題

有一化學反應A → P，其為一級氣相不可逆反應（first order irreversible gas reaction）， 在反應溫度326.85℃時，其反應速率（reaction rate）比反應溫度26.85℃時增快 500%，在同樣條件下，若反應溫度為146.85℃時，可使反應速率較26.85℃時增快 多少（%）？（20 分）

有一串聯反應 A R S，反應速率常數分別為k ⎯→ ⎯1 ⎯→ ⎯2 1及k2，活化能分別為E1及E2 ，反應級數分別為n1及n2，若R為目標產物，且n1 > n2，E1 < E2，試規劃一最佳反應 器，並說明最適化操作條件，如反應濃度、溫度及進料方式等，以獲得最大R產物 。（20 分）

有一恆溫等壓反應器（300K, 1 atm），進行一液態均相且一級反應A → 2B，其反 應速率方程式為–rA = 2.0 CA [mol/m3·hr]，如果進料為10 [mol/m3]，其中含80%反 應物A及20%墮性物質（Inert），進料體積流率為50 m3/hr進到一體積100 m3的連 續攪拌反應器（continuously stirred tank reactor, CSTR）中反應，請問反應物A的轉化 率（conversion）為多少？若將CSTR改為栓流式反應器（plug flow reactor, PFR），且 反應物A轉化率維持不變，則PFR反應器體積需為多少m3？（20 分）

有一液相反應A → P，在N個串聯（in series）等容量（equal volume）之連續攪拌反 應器（CSTR）進行，其反應速率為–rA = k CA，設轉化率為80%，若k = 0.5 min-1，初 始反應物濃度CA0 = 2 莫耳/升（mol/L），體積進料流率v = 4 升/分鐘（L/min），試問 N = 2 及N = 3 時，其總滯留時間t（min）及總反應器體積分別為多少（L）？（20 分）

有一觸媒反應A → B，其可能反應機構（mechanism）如下： AS S A A K⎯ ⎯→ ← + BS AS k⎯→ ⎯s （反應速率決定步驟，rate determining step） S B BS B K + ⎯ ⎯→ ← 假設A、B在觸媒表面活性點S（active site），皆為Langmuir等溫吸附特性，且KA及 KB分別為其之吸附（adsorption）與脫附（desorption）平衡常數，ks為觸媒表面反應 速率常數，請導出其反應速率方程式（rate equation）。（20 分）