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化學反應工程學
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95年 - 95 高等考試_二級_化學工程：高等化學反應工程學#38277
科目：
化學反應工程學 |
年份：
95年 |
選擇題數：
0 |
申論題數：
8
試卷資訊
所屬科目：
化學反應工程學
選擇題 (0)
申論題 (8)
【已刪除】一、稀薄醋酸水溶液在氧化鐵觸媒下之氧化反應為： CH
3
COOH(aq) + 2O
2
(aq) → 2CO
2
(aq) + 2H
2
O
上述反應機構之基本步驟(elementary steps)可表示如下：
其中 K
1
與 K
2
為平衡常數，k 為速率常數，X 為未被吸附之活化位置（vacant site）， CH
3
COOH．X 與 O．X 為吸附 CH
3
COOH 與 O 之活化位置，[HCHO]、[CO]與 [HCOOH]為反應中間產物（intermediate products）。假設3.式之表面反應（surface reaction）為速率決定步驟，請依上述反應機構推導出 CO
2
之生成速率，R(CO
2
)為 R(CO
2
)＝［(2k
3
C
x
2
K
1
K
2
) C
HA
C
O2
1/2
］／［1＋(4(k
3
/k
2
)C
x
K
1
K
2
)C
HA
］ C
x
：觸媒上未被吸附之活化位置濃度，C
HA
與 C
O2
分別為 CH
3
COOH 與 O
2
在觸媒上 表面濃度（surface concentration）。（20 分）
二、恆溫一階不可逆反應：A→B 在管狀爐內填充直徑 4 毫米觸媒粒子下進行。其反應 是觸媒內部擴散控制（internal-diffusion-limited）。假設反應器進料為百分之百的 A 反應物，其表面速度（superficial velocity）為 3 米/秒，溫度 250o C，5 大氣壓，其 反應速率常數為 2×10
-3
立方米/(秒)(公斤)，若要完成 80%轉化率，請計算所需之反 應器長度。其他數據如下：觸媒內有效擴散係數（effectiveness diffusivity）： 2.66×10
-8
平方米/秒，粒子密度（particle density）：2×10
3
公斤/立方米。（20 分）
⑴求出反應速率方程式，（10 分）
⑵求得轉化率為 40%之不含氣泡下甲苯溶液體積 （volume of bubble-free liquid）。（10 分） 其他數據： 氫氣進料速率：3.4 立方米/分鐘（15
o
C，1 大氣壓） 亨利常數（Henry's constant）：9.4 每單位不含氣泡下甲苯溶液體積之氣泡至氣液表面積，a
g
：100 平方米/立方米 氣液界面至液相之質傳係數，k
L
︰0.4 毫米/秒
⑴請問此反應速率控制步驟為何？說明之。（8 分）
【已刪除】⑵若上述反應使用於某一裝置時，反應時間為 5 分鐘，而所用粒子大小及其分布如下：
則其平均轉化率為何？（12 分）
⑴列出滯留時間分佈曲線 （residence time distribution function），E(t)為何？（8 分）
⑵求其轉化率。（12 分）
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則其平均轉化率為何？（12 分）