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104年公務人員高等考試一級暨二級考試試題
代號：10420
等 別： 高考一級
類 科： 化學工程
科 目： 高等化學反應工程學
考試時間： 3小時 座號：
※注意：
可以使用電子計算器。
不必抄題，作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上，於本試題上作答者，不予計分。
請以黑色鋼筆或原子筆在申論試卷上作答。
（請接背面）
全一張
（
正面
）
一、一氣相反應 RBA
⎯
→
⎯
+k分別於混流（CSTR）及栓流（PFR）反應器進行反應，流
率為 100 mol/min、反應溫度為 150ºC 恆溫及壓力為 10 atm。反應物 B之進料濃度
為A的3倍，反應速率常數如下：
)(min 5.12
5400
ln 1-
+−=
T
k )
K
:( °
T
若於栓流反應器中的平均滯留時間（Residence Time）為 3分鐘且兩反應器之轉化
率相同，請找出兩個反應器各別的體積以及莫爾流率並比較之。（25 分）
二、甲醇在銀觸媒表面上進行氧化反應形成甲醛，其一系列不可逆之子反應如下：
O22Oads
CH3OH+Oads CH3Oads+OHads
CH3Oads HCHO+Hads
Hads+OHads H2O
k1
k2
k3
k4
(1)
(2)
(3)
(4)
反應進行時，最大量之中間產物為表面甲基氧化物（CH3Oads），而速率決定步驟為
表面甲基氧化物之單分子分解反應步驟(3)。請利用穩態近似法及上述所列子反應求
出反應速率表示式。（甲醇進行吸附的步驟需要兩個活性基位，一個基位被氫原子
所占據，另一基位則被甲基氧化物所占據）（25 分）
三、液相反應 BA
⎯
→
⎯
在85ºC 之混流反應器（CSTR）中反應，反應器體積為 0.2 m3，而
反應器使用 0ºC 冷卻水，其熱交換係數（Heat Transfer Coefficient）為 120 W/(m2·K)。
A的濃度為 2.0 mol/L，並在 40ºC 以90 kg/min 流率流入反應器。其它所需數據如下：
溶液比熱：2J/g·K
溶液密度：0.9 kg/dm3
反應熱：-250 J/g
A克分子量：90 g/mol
反應速率常數：1.1 min-1(40ºC), 3.4 min-1(50ºC)
求出在穩定狀態下 A與B的濃度及熱交換器面積。（15 分）
計算出熱交換器面積（面積臨界值）低於多少時，會導致反應溫度不受控制而導
致反應器爆炸。（10 分）
104年公務人員高等考試一級暨二級考試試題
代號：10420
等 別： 高考一級
類 科： 化學工程
科 目： 高等化學反應工程學
全一張
（
背面
）
四、今有一混合物由 90%莫爾 A(45 mol/L)和10%莫爾不純物 B(5 mol/L)組成，欲獲得
滿意之品質，此混合物中 A和B之莫爾比例必須維持於 100：1或更高，D與A和
B反應如下：
DBA
DAA
CCr
CCr
147 ,SDB
21 ,RDA
=−⎯→⎯+
=−⎯→⎯+
假設反應達到完全反應，試問需加入多少量之 D於一批次混合物中以達到所欲之品
質？（25 分）