106年 地方特考 三等 化學工程 化學反應工程學 試卷

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106年特種考試地方政府公務人員考試試題 代號:33780 全一張
(正面)
等別: 三等考試
類科: 化學工程
科目: 化學反應工程學
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、以純反應物進入栓流反應器(plug flow reactor)內進行可逆放熱反應,反應器外以
冷媒進行冷卻,冷媒溫度恆定為 TC。請分別就溫度(T)對反應器體積(V),與
轉化率(X)對體積(V)作略圖。前圖稱為圖一,後圖稱為圖二。在圖一中繪出
反應器內、外溫度隨體積的變化,在圖二中繪出轉化率(X)與相對應的理論平衡
時轉化率(Xe)隨體積的變化。解釋此兩圖(四曲線)的成因,若無解釋不予計
分。(7分)
同小題,但進行可逆吸熱反應,以熱媒進行加熱,熱媒溫度恆定為 TH,作圖並
解釋其原因,若無解釋不予計分。(7分)
同小題,但採用絕熱栓流反應器,作圖並解釋其原因,若無解釋不予計分。(6分)
二、純 A在一密閉反應器中進行恆溫定壓的氣相基本反應(elementary reaction)A→2B,
反應控制在 100℃與10 atm,反應器的體積隨反應時間變化如下:
時間, min 0 1 3 5 7 9
V/V0 1.00 1.19 1.47 1.65 1.77 1.85
若使用栓流反應器(plug flow reactor)在100℃與10 atm 下進行此反應,以10 gmol/min
的純 A進料,需要多大的反應器才能達到 90%的轉化率?(16 分)
如果中的條件改為在 120℃與15 atm 進行反應,20 gmol/min 的進料含 40% A 與
60%惰性氣體,是否也可估算反應器體積?請列理由。(4分)
三、一個每邊兩公尺的立方體反應器裡,濕度必須控制在 100 ppm 以下。進料前擬以內
直徑 2公分的管子通入乾空氣,以便排除反應器內原有的水氣,氣體也以內直徑 2
公分的管子排出。乾空氣流量為 10 liter/sec。假設整個操作條件是 20℃一大氣壓,
反應器內原有氣體是含 50%相對濕度的空氣。
請估計需時多久才能符合要求?(20℃的飽和蒸汽壓為 17.5 mmHg)(14 分)
列出計算時所下的假設。(3分)
實際需要的時間應比估計多還是少?理由為何?(3分)
106年特種考試地方政府公務人員考試試題 代號:33780 全一張
(背面)
等別: 三等考試
類科: 化學工程
科目: 化學反應工程學
四、反應物 A裂解時,可能遵循以下反應機制(mechanism),其中 B‧與 D‧為自由基:
起始步驟 A→B‧+C
繁衍步驟 B‧→D‧+E
D‧+A→F+B‧
終止步驟 2B‧→G+H
在一個連續攪拌反應器中(continuous stirred-tank reactor)進行反應,得以下數據:
A的濃度(gmol/m3) A的反應速率(gmol/(m3.ksec))
0.1 1.10
0.2 1.56
0.5 2.47
0.8 3.11
根據反應機制,反應速率表達式應為何?(13 分)
做何假設可使反應機制符合實驗數據?請評估此假設的合理性。(3分)
反應階次(reaction order)與表觀(apparent)反應速率常數各為何?(4分)
五、在一個連續攪拌反應器中(continuous stirred-tank reactor)A與B反應成 C,此為氣
相基本反應(elementary reaction),對 A的反應速率常數 kA為0.04 liter/gmol/min:
A + 0.5B →C
進料中包含 50 mol% A 、40 mol% B 及10 mol%惰性氣體,進口處總流量為
5.0 gmol/min,體積流率是 2.0 liter/min。若要反應到 50 mol% C,恆溫操作下反應器
體積為何?(20 分)
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