高普考題庫
97 年 097年公務人員高等考試三級考試暨普通考試

化學反應工程學

本卷皆為申論題,點「看答案與解析」查看擬答。

申論 1在一起始體積為2 公升之批式反應器中進行CH →CH + H之氣相反應。反應開始時,壓力為1 大氣壓,溫度為157 C,反應器內含有80 mol %的CH與20 mol %的惰性氣體氦氣。若此批式反應器為一固定體積之反應器,當反應器內之壓力增加至1.6 大氣壓時,CH 之轉化率(conversion)為多少?假設為等溫操作且氣體皆遵守理想氣體狀態方程式。理想氣體常數R 為82.05 (cm3·atm)/(mol·K)。(20 分)
申論 2在一固定體積之批式反應器中進行一均相反應A →B,實驗結果如下表所示:起始A 濃度時間A 濃度mol/cm3秒mol/cm3請求出反應階數(reaction order)與反應速率常數。(20 分)
申論 3當一液相反應A →B 於一體積為30 cm3之連續攪拌槽反應器(continuous stirred tankreactor, CSTR)中進行時,實驗數據顯示當進料中僅含有A,進料流率為15 cm3/min時,A 之轉化率為0.6。對A 而言,此反應可視為一階(first order)反應。現欲大量生產B,因而採用栓流式反應器(plug flow reactor, PFR)進行此反應。當進料中仍僅含有A,進料流率為200 L/min 時,得知出口處A 之轉化率為0.8。試問此反應器體積為多少公升?假設溫度及壓力在CSTR 及PFR 中均相同。(20 分)
申論 4在一連續攪拌槽反應器(CSTR)進行一階不可逆氣相反應A →B + C,反應速率常數為0.5 min-1。此CSTR 之體積為200 L,若進料中除A 外,尚含50 %的惰性物質,當A 之轉化率為0.85 時,進料之體積流率為多少?(20 分)
申論 5兩非均勻(heterogeneous)觸媒反應A →D 及A →U 於多孔性觸媒顆粒(porouscatalyst particle)內進行。假若觸媒顆粒內之擴散阻力(intraparticle diffusion resistance)可以忽略,但界面質傳阻力(external mass transfer resistances)不可以忽略,在此情況下,A 在觸媒顆粒表面濃度為外界A 濃度之80%。倘若外界A 濃度不變,試問所欲生成物D 之選擇率,亦即D 與U 之反應速率比值(r/r),以及產率(r)與不DUD存在界面質傳阻力情況下會有多大的差異?(20 分)假若兩反應之動力式為:a) A →D 為一階反應,A →U 為二階反應r = kC,k = 0.2 cm3/(s·g),D1A1r = kC2,k = 0.03 cm6/(s·g·mol)U2A2b)A →D 及A →U 均為一階反應r = kC,k = 0.2 cm3/(s·g),D1A1r = kC,k = 0.03 cm3/(s·g)U2A2