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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）