110年 - 110 高等考試_三級_化學工程：化學反應工程學#102780

一、某一液體化學反應 A →B 在恆溫批式反應器中進行，反應物 A 起始濃度 =0.6 mol．，已知此液體反應為二級反應，反應轉化率達到 60%所 需時間為 30 分鐘，請計算當反應時間為 40 分鐘時，反應轉化率達到多 少？（8 分）

二、(一)假設有一個基礎的（elementary）可逆反應（reversible reactions） A + 2 B C + D，且 k ₁ 和 k ₂ 分別為正向與逆向反應速率常數， 請寫出反應速率式。 （4 分）

(二)已知一可逆液體反應為 A B，且其平衡轉化率為 0.667。假設此一化 學反應在批式反應器（batch reactor）中進行，起始濃度，= 0，當反應進行 8 min 後，轉化率為 0.333，請求出正向與逆向反應 速率常數並寫出反應速率式。（10 分）

三、兩個體積大約相同的連續攪拌槽式反應器（CSTR）與塞流式反應器 （PFR）準備串聯進行 A→B + C 反應，已知 X（轉化率）與（反應速率倒數）關係如下列：

 請說明如何排列 CSTR 與 PFR 串聯次序可以得到較高的轉化率？（未說明原因不給分） （6 分）

四、一般鮮奶的低溫殺菌法是所謂巴斯德殺菌法，傳統進行方式是在 63°C 下 維持 30 分鐘。隨著科技進步，目前改為 74°C 下僅需 15 秒即可達到相 同殺菌效果。假設殺菌反應為一級反應，請利用阿蕊尼阿斯方程式 （Arrhenius Eq.），其中 E 為殺菌反應活化能，請計算此殺菌 反應的活化能。（10 分）

(一) 假設利用批式反應器（ batch reactor）進行此一酵素反應，已 知，請問要達到最終需要多少時間？ （10 分）

(二)假設改用兩種連續式反應器 CSTR 和 PFR 操作，進料流速 25 L．, 且初始濃度，如果要達到最終出口濃度， 請問兩種反應器體積各為多少？（17 分，其中 CSTR 占 8 分 PFR 占 9 分）

六、某一化合物分解化學反應 A→B + C 在定溫液相批式反應器中進行，得 到化合物 A 濃度隨時間變化數據如下：

已知此化學反應可能為零級或一級反應，請確認反應級數並計算速率常數值。（15 分）