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100 年特種考試地方政府公務人員考試試題 代號：
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。
全一張
（
正面
）
34380
一、對於 A→R反應，利用一含有多孔性固態觸媒的快速連續攪拌槽（CSTR）反應器進
行實驗，獲得以下穩態（steady-state）數據：
τ (駐留時間:sec) CAo (進口濃度: mmole/liter) CA(出口濃度: mmole/liter)
60 100 40
35 200 80
11 200 120
20 400 160
11 400 200
其中駐留時間（residence time; τ）定義為反應器空間體積（不含觸媒體積）除以體
積流量。
根據以上數據，決定本反應之視反應方程式：-rA =ko CAn，ko = ？ n =？（15 分）
放大製程擬採用圓管式堆積床（packed bed）反應器，其中觸媒堆積密度
（packing density）為 65%。處理量：1000 liter/hr , CAo =200 mmole/liter，轉化率：
90%。試以栓流反應器（PFR）設計預估處理所需要反應器的體積。（10 分）
實際製程放大測試後發現，實際獲得的轉化率低於 90％，推測說明可能的原因
為何（同時考慮反應器與觸媒的因素）？（5分）
二、考慮液態分解反應：
A → B rB = 1 ( mol/m3-hr)
A → C rC = 6 C A (mol/m3-hr)
A → D rD = 9 CA2 (mol/m3-hr)
在一理想連續攪拌反應器內進行，反應器進料成分為純A，進料濃度CAo=0.8 mol/m3
。在出口欲獲得產物C的最高產率（yield），計算該反應器的A轉化率、反應器體
積（以駐留時間τ表示）、C產率。（20 分）
[反應產率（yield）的定義＝產物生成量/反應物之反應量]
（請接背面）
100 年特種考試地方政府公務人員考試試題 代號：
等 別： 三等考試
類 科： 化學工程
科 目： 化學反應工程學
全一張
（
背面
）
34380
三、可逆的一級氣相反應 A↔ B ，其反應方程式為
–rA= k1CA – k2CB 其中k1 = 2×105 exp [-28 Kcal/RT] (min-1) and k2= 3.3×106 exp [-33
Kcal/RT] (min-1)，在一理想栓流反應器（PFR）進行。反應器最高操作溫度為 450 ℃，
反應器進料成分為純A。
考慮在可隨意調控反應器內溫度分布的條件下，欲獲得最小反應器體積及最高反
應轉化率的考量下，應該設計入口的溫度較低於出口的溫度，或相反？說明其理
由。（10 分）
承
，試演導出反應器內最佳的反應溫度分布與轉化率之間的關係方程式，以計
算為達 90%出口轉化率，反應器進口及出口轉化率的溫度分別為何？（20 分）
四、考慮一固態觸媒催化之氣相反應A→B(g)
A o A
(g) B，其本徵反應速率在一大氣壓，427℃為
(-r ) = k C mole/g catal-hr。該觸媒有以下的性質：
-密度 ρ：2.5 g/cm3；球狀直徑d：0.3 cm；
-反應常數ko= 1.0×10-3 liter/ g catal-hr；
-觸媒內有效擴散係數（effective diffusivity）D：1.8 cm2/hr；
-粒子表面質量擴散係數 h：2.0×104 cm/hr；
試評估觸媒催化反應是否受限於任何擴散輸送程序？觸媒實際表現之視反應速率
為何？（20 分）