103年 - 103 地方政府特種考試_三等_化學工程：化學反應工程學#24984

科目：化學反應工程學 | 年份：103年 | 選擇題數：0 | 申論題數：10

試卷資訊

所屬科目：化學反應工程學

選擇題 (0)

申論題 (10)

一、 (1)試推導反應器之莫耳平衡通式（general mole balance equation）。（5 分）

(2)試給適當條件或假設，以得到批次反應器（batch reactor）之設計方程式，並以轉化率（conversion）表示之。（5 分）

(3)試給適當條件或假設，以得到連續攪拌反應器（continuously stirred tank reactor, CSTR）之設計方程式，並以轉化率（conversion）表示之。（5 分）

(4)試給適當條件或假設，以得到栓流反應器（plug flow reactor, PFR）之設計方程式，並以轉化率（conversion）表示之。（5 分）

二、下列非均勻相反應（heterogeneous reaction）發生於一反應系統中，反應機構如下：

吸附（Adsorption）

A(g) + S ⇌ A．S

表面反應（Surface reaction）

A．S + B(g) ⇌ C．S

脫附（Desorption）

C．S →C(g)+S

其中 S 表示活性基（active site），試推導若脫附反應為速率決定步驟（rate determining step）時之速率式，（10 分）試推導其初始速率（initial rate），並以總壓（total pressure）表示之。（10 分）

三、恆溫氣相裂解反應（A→ B）於填充床反應器（packed bed reactor）中進行，考慮壓降，此反應為二階反應（second-order），當轉化率為 50%時，試計算所需觸媒量（W），其條件為（k ’ = 5.0 dm6 /(mol．s．g cat.)；C_A0 = 0.2 mol/dm³； v₀ = 1 dm³/s），壓力與觸媒量之關係為 P = P₀(1 - αW) ^1/2，其中α為 0.10/g cat.。（20 分）

四、一階（first-order）異構化反應（isomerization reaction）： A → B

在恆溫之批次反應器（batch reactor）中進行，此反應器中之觸媒衰退（catalyst decay）以二階反應（second-order reaction）的方式進行，可以下式表示： r_d = -da/dt = k_da ² 其中 a 為觸媒性活性，k_d為觸媒衰退常數。試推導其轉化率（conversion）隨時間之關係。（20 分）

(1)計算完成 50% A 轉化率，所需 PFR 反應器之體積 A？（5 分）

(2)計算完成 50% A 轉化率，所需 CSTR 反應器之體積 A？（5 分）

(3)若希望以最小總反應體積，以完成 80%之轉化率，試說明如何達成此目的？（5 分）且最小總反應體積為何？（5 分）