四、連續攪拌槽式反應器(CSTR)進行不可逆之液相放熱反應 X + Y → P,此為基本反應(elementary reaction),預熱至 150℃之反應物 X 和 Y 以等莫耳流率進入反應器,總體積流率為 5 dm3/s,反應物 X 濃度為 1.5 M,連續攪拌槽式反應器大小設計為 1 m3。反應器中裝設降溫之熱交換器,熱交換面積為 0.5 m2,而熱交換係數(heat transfer coefficient)為 100 cal/s·m2·K,冷卻劑(coolant fluid)維持在 30℃。依照此反應器設計, 請評估此反應器是否可達到 80%轉化率(conversion)。(25 分)
* X + Y → P 反應之基本資料如下:
(1)各物質焓(enthalpy):HX(298K)= – 20.2 kcal/mol、 HY(298K)= – 17.4 kcal/mol、HP(298K)= – 45.6 kcal/mol。
(2)熱容值(heat capacity)分別為 CP,X = 20 cal/mol∙K、CP,Y = 18 cal/mol∙K、CP,P = 38 cal/mol∙K。 (3)300 K 下之反應速率常數(rate constant)k = 0.002 dm3/mol∙s,
活化能(activation energy)EA = 5 kcal/mol。
氣體常數(gas constant)R = 1.987 cal/mol·K。