103年 地方特考 三等 化學工程 化學反應工程學 試卷

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103年特種考試地方政府公務人員考試試題
代號:
34580
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
※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。
(請接背面)
一、 試推導反應器之莫耳平衡通式(general mole balance equation)。(5分)
試給適當條件或假設,以得到批次反應器(batch reactor)之設計方程式,並以轉
化率(conversion)表示之。(5分)
試給適當條件或假設,以得到連續攪拌反應器(continuously stirred tank reactor,
CSTR)之設計方程式,並以轉化率(conversion)表示之。(5分)
試給適當條件或假設,以得到栓流反應器(plug flow reactor, PFR)之設計方程
式,並以轉化率(conversion)表示之。(5分)
二、下列非均勻相反應(heterogeneous reaction)發生於一反應系統中,反應機構如下:
吸附(Adsorption)
A(g) + S ⇌ A.S
表面反應(Surface reaction)
A.S + B(g) ⇌ C.S
脫附(Desorption)
C.S C(g) + S
其中 S表示活性基(active site),試推導若脫附反應為速率決定步驟(rate
determining step)時之速率式,(10 分)試推導其初始速率(initial rate),並以總
壓(total pressure)表示之。(10 分)
三、恆溫氣相裂解反應(A B)於填充床反應器(packed bed reactor)中進行,考
慮壓降,此反應為二階反應(second-order),當轉化率為 50%時,試計算所需
觸媒量(W),其條件為(k’ = 5.0 dm6/(mol.s.g cat.);CA0 = 0.2 mol/dm3;
v0 = 1 dm3/s),壓力與觸媒量之關係為 P = P0(1 - W)1/2,其中為0.10/g cat.。
(20 分)
四、一階(first-order)異構化反應(isomerization reaction):
A → B
在恆溫之批次反應器(batch reactor)中進行,此反應器中之觸媒衰退(catalyst
decay)以二階反應(second-order reaction)的方式進行,可以下式表示:
rd = -da/dt = kda2 其中 a為觸媒性活性,kd為觸媒衰退常數。
試推導其轉化率(conversion)隨時間之關係。(20 分)
103年特種考試地方政府公務人員考試試題
代號:
34580
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
五、一放熱不可逆氣相反應如下:
2A(g) + B(g) C(g)
反應在一絕熱的流動反應器中進行,並以等莫耳流量之 A及B進料。FA0/-rA與轉化
率(X)之關係如下圖所示。
計算完成 50% A 轉化率,所需 PFR 反應器之體積 A?(5分)
計算完成 50% A 轉化率,所需 CSTR 反應器之體積 A?(5分)
若希望以最小總反應體積,以完成 80%之轉化率,試說明如何達成此目的?(5分)
且最小總反應體積為何?(5分)
500,000
400,000
300,000
200,000
100,000
0
0
0.3
0.6
0.9
X
FA0
-rA
(m3)
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