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化學反應工程學
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109年 - 109 專技高考_化學工程技師:化學反應工程(亦稱化工動力學)#93180
> 申論題
三、利用一個批式反應器(batch reactor)進行氣體解離反應 A → B + C, 反應起始時反應器內為純 A 氣體溫度 450℃、壓力 2 大氣壓。已知此反 應為一級反應,反應速率常數 k 值為 0.0212 min
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,假設反應器體積溫度固定,請計算反應進行30分鐘後反應器內壓力大小?(12 分)
相關申論題
⑴某化工廠進行 A+ B → C 反應生產 C 產物,反應採用以半批式(semibatch)進行,將 A 由外慢慢加入裝有 B 的批式反應容器中,請說明相較 於批式反應器,採用此種操作策略的可能原因或優點。(至少兩項)(6 分)
#383984
⑵承題(一),說明或繪圖解釋 A 和 C 兩種化合物隨著反應時間增長時,濃度變化情形。(6 分)
#383985
⑶化學工程師進行異相固態觸媒填充床反應器(Heterogeneous packed bed reactor)的設計,假設固態多孔觸媒的總重量固定,請說明使用固 態多孔觸媒不同顆粒大小可能對反應器操作與轉化率造成的影響或 優缺點。(8 分)
#383986
⑴化學動力學中,有一經驗法則說到:「溫度每升高 10℃時,反應速率增 加兩倍」。依照 Arrhenius equation 反應速率常數 k = Ae-Ea/RT,其中 Ea 為反應活化能,已知兩種反應活化能分別為 40 kJ/mol 和 160 kJ/mol 反應;1.請針對兩種不同大小活化能,計算在何種絕對溫度(K)下升高 10℃ 時,反應速率常數(k)值變化剛好增加兩倍。2.依據計算結果說明活化能大小對溫度升高造成反應速率常數(k)變化的差異。(8 分)
#383987
⑵某化學工程師針對氣相反應 A → B + 2C,設計完成定溫操作下達到 80%轉化率的塞流式反應器(PFR),但計算過程中他輕忽考慮反應前後 體積差異影響,請問他實際操作時,能夠得到的轉化率是多少?(8 分)
#383988
⑶承題(二),如果考慮反應前後體積差異影響,想要設計真正能達到 80% 轉化率的塞流式反應器(PFR),請問正確反應器體積應該是原先設計反應器體積的幾倍?(8 分)
#383989
⑷有一液體化學反應 A → B 為二級反應,已知在一個體積為 1,000 m3的連續攪拌槽式反應器(CSTR)操作,轉化率達到 60%;假設 在操作條件(溫度、濃度、進料流速)完全相同情況下,將體積 1,000 m3 連續攪拌槽式反應器改為兩個 500 m3連續攪拌槽式反應器串聯,請問轉化率變成多少?(10 分)
#383990
四、化學工程師在實驗室中利用小型反應器,得到 A + B →產物,反應的基本動力學數據如下: 假設 CA0 = 0.05 M, CB0 = 0.5 M 已知反應速率式為:-dCA/dt = kCB CA2,請利用積分法(integral method) 與上列動力學數據,求出速率常數(k)值。(14 分)
#383992
⑴依據動力學實驗數據請提出並解釋可能的反應速率式。(8 分)
#383993
⑵由提出的反應速率式,依據 Langmuir-Hinshelwood 原理異相觸媒反應分為:吸附、表面反應、脫附三大步驟。請說明及推導可能的異相觸 媒反應機構,及其速率決定步驟。請注意:鋅氧化物固體觸媒的表面 活性部位以「S」表示,其他需要的動力學參數值可自行設定。(12 分)
#383994
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