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106年公務、關務人員升官等考試、106年交通
事業鐵路、公路、港務人員升資考試試題 代號：16640 全一頁
等級： 簡任
類科（別）： 化學工程
科目： 高等化學反應工程學研究
考試時間 ： 2 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。
本科目除專門名詞或數理公式外，應使用本國文字作答。
（請接背面）
一、當流體平行流經某一平板表面時，流體中的成分 A會因平板表面的催化反應，而轉換
成B：2A Æ B。某位工程師觀察到流體的流速很慢時，A的消耗速率與其流體中濃度
CA成正比；而在流速很快時，消耗速率則與其濃度的平方（CA2）成正比。所以該工
程師認為在低流速時，該化學反應是一級反應（first order），而在高流速時，該反應
是二級反應，所以結論是該化學反應的本徵反應級數與流速有關。你同意工程師的看
法嗎？是否有更合理的解釋？反應究竟是一級或二級？需論述理由。（25 分）
二、一液相反應 A → B＋C，其反應速率式為
rB = k1CA/( 1 + k2 CA2)
其中 k1 = 5.0(mole/m3)hour-1
，k2 = 10.0(m3/mole)2
，進口純 A莫爾流量= 40 mole/hour，
進口 A濃度 CA0 = 0.5 mole/m3
。為達到 85%轉化率，請設計一個最佳的連續（continuous）
反應系統，包含一或二個理想反應器，讓總反應器體積最小，則該最小總體積為何？
需述明理由及計算過程。（25 分）
三、一多孔性固態觸媒催化之一次氣相反應 A(g)→B(g)，其本徵反應速率(-rA) = koCA
mole/g catal-hr。該反應器考慮使用球狀觸媒密度ρ = 2.0 g/cm3；反應常數 ko= 2.0×10-3
liter/g catal-hr；反應物在觸媒內部有效擴散係數（effective diffusivity ）D= 2.0 cm2/hr。
決定適合觸媒的直徑大小範圍，以獲得最大的催化反應速率？（25 分）
四、一非理想反應器經由脈衝追蹤劑（pulse tracer）實驗獲得其濃度與時間的關係如下表：
時間 t（分） 0 2.5 5 8.5 11 14 20 30
追蹤劑濃度 C
（計量） 0.0 4.3 8.0 4.8 3.5 2.5 1.0 0.0
計算該反應器的平均駐留時間（mean residence time：τ）。（10 分）
一個液相反應 A→ B，其反應速率式為-rA = 0.2 CA2
（mol/min-L），進料起始濃度為
CA0 = 1 mole/L，在該反應器進行，估算其最終轉化率為何？（15 分）