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98年 - 98 高等考試_三級_化學工程：化學反應工程學#35753

科目：化學反應工程學 | 年份：98年 | 選擇題數：0 | 申論題數：12

試卷資訊

所屬科目：化學反應工程學

選擇題 (0)

申論題 (12)

⑴推導一個關聯反應器體積 V 與操作條件（包含進、出口 A 的濃度、速率常數 k 與 體積流率 v）的方程式。（5 分）
⑵若體積流率為 0.1 m3 /min，速率常數為 0.23 min-1，試計算將進料濃度降低至原來 的 10%所需要的反應器體積。（5 分）
⑶若將該化學反應改在一連續攪拌槽反應器（continuous stirred-tank reactor, CSTR） 中進行，操作條件同⑵小題，試計算所需要的反應器體積。（10 分）
【已刪除】二、有兩個體積相等的反應器，一為連續攪拌槽反應器（CSTR），另一為栓流反應器 （PFR）。若將這兩個反應器以串聯的方式在定溫下進行一個 2 階的不可逆化學反 應，  A → B，其速率式可以表示成：，其中CA0為A之進料 濃度，k為速率常數，X為A之轉化率（conversion）。試推導CSTR在前及PFR在前兩 種排列方式之出口轉化率與操作條件（如A之進料莫爾流率FA0，A之進料濃度CA0， 速率常數k，反應器體積V等）的關係式，並比較何種排列方式的出口轉化率較高？ （20 分）
⑴純A在溫度 400 K與壓力 10 atm下流入一壓降可以忽略的流動式反應器，在該溫度 下平衡常數Kc為 2.5×10-4 m 3 /mol2 。（10 分）
⑵在一個定容積的批式反應器（batch reactor）中進行，起始條件與⑴小題相同。 （10 分）
⑴單一的栓流反應器（PFR），A 與 B 同時於反應器入口進料。
⑵單一的連續攪拌槽反應器（CSTR），體積與⑴同，A 與 B 同時進料。
⑶多個相同的小型連續攪拌槽反應器串聯，總體積與⑴同，A 與 B 同時於第一個反 應器進料。
⑷單一的栓流反應器，A 於反應器入口進料，B 則分批於不同位置進料。
⑸單一的栓流反應器，B 於反應器入口進料，A 則分批於不同位置進料。
五、有一個零階（zero-order）的放熱液相化學反應， A → B，在一個容積為 0.2 m3 的連 續攪拌槽反應器（CSTR）中進行，操作溫度為 85o C。為了控制操作溫度，該反應 器裝配有熱夾套，若冷卻劑的溫度為 0o C，熱傳係數為 120 W/m2 -K，試計算所需的 最小熱傳面積（面積若小於該臨界值會有失控爆炸的危險）。已知 40oC時反應速率 為 1.127 kmol/m3 -min，50o C時反應速率為 1.421 kmol/m3 -min，反應器內溶液之熱容 （heat capacity）為 4 J/g，溶液之密度為 900 kg/m3 ，反應熱為-500 J/g，進料溫度為 40o C，進料速率為 90 kg/min，A的分子量為 90 g/mol。（20 分）