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106年公務人員高等考試三級考試試題 代號：26380 全一張
（正面）
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，須詳列解答過程。
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、液相化學反應 A → 2B，在恆溫連續流動反應器（Continuous-flow reactor）下進行反應，
試計算以連續攪拌反應器（Continuously stirred tank reactor, CSTR）及栓流反應器
（Plug flow reactor, PFR）。反應速率式為：-rA = k CA，其中 k為0.001 s-1，以純 A進
料，A之進口莫耳流率為 3 mol/h，進口體積流率為 3.6 dm3/h。假設反應過程中，體
積流率維持不變。
試建立此連續流動反應器之計量表（Stoichiometric table），並找出 A濃度與其轉化
率之關係。（10 分）
以連續攪拌反應器（CSTR），試計算 A轉化率達 98%時，所需要之反應器體積。
（5分）
以栓流反應器（PFR），試計算 A轉化率達 98%時，所需要之反應器體積。（5分）
二、流動反應器進行一非均勻相反應（Heterogeneous reaction），進口莫耳流率為 200 mol/min，
所得的反應數據如下圖：
若A轉化率達 30%，試計算所需 CSTR 及PFR 之觸媒量為何？（10 分）
所需之 CSTR 及PFR 觸媒量相等時，轉化率為多少？。（10 分）
三、有一液相不可逆反應：2A → B + C，以連續攪拌反應器（CSTR）進行反應，改變進
口體積流率（v0），已知純成分 A之進口濃度為 4 mol/dm3，在穩定（steady state）條
件下，獲得空間時間（Space time, τ = V/v0）與出口濃度之關係如下：
Run 1 2 3 4 5
τ（min） 15 38 100 300 1200
CA（mol/dm3） 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0
試求出此反應之反應速率式（15 分）及速率常數。（5分）
60
50
40
30
20
10
.2 .4 .6 .8 1.0
Conversion, X
(kg catalyst)
FAB
-rA
106年公務人員高等考試三級考試試題 代號：26380 全一張
（背面）
類 科：化學工程
科 目：化學反應工程學
四、下列液相反應，以連續攪拌反應器（CSTR），於 375 K 進行反應，
3A → 2B + C -r1A = k1ACA k
1A = 10.0 min-1
2C + A → 3D r2D = k2DCACC2 k
2D = 5.0 dm6/(mol2
．min)
D + C → 3E r3E = k3ECCCD k
3E = 2.0 dm3/(mol．min)
反應器出口各參與反應物種之濃度分別為：CA =1.0 mol/dm3；CB = 0.5 mol/dm3；
CC = 1.0 mol/dm3；CD = 0.5 mol/dm3；CE = 0.2 mol/dm3。
試求 r1C、r2C、r3C 之值。（10 分）
試求 A及D之浄形成速率（net formation rate）。（10 分）
五、一基本不可逆液相反應（elementary irreversible liquid phase reaction）：
A → B
在一絕熱 CSTR 流動反應器下進行反應，進料之溫度為 27℃，以純 A進料，A進口
濃度為 1.0 mol/dm3，進口體積流率為 2 dm3/s。
試推導絕熱反應條件下，轉化率與反應溫度之關係。（10 分）
試計算完成 A轉化率為 80%，所需 CSTR 之反應器體積。（10 分）
補充資料：
反應熱ΔHRxn = -100 cal/(g．mol A)（假設不隨溫度變化）
A及B之比熱：CPA = CPB = 1 cal/(g．mol．℃ )
在300 K 之速率常數 k = 0.01 s-1；活化能為 EA = 10 kcal/mol