高普考題庫
112 年 112年公務人員高等考試三級考試暨普通考試

化學反應工程學

本卷皆為申論題,點「看答案與解析」查看擬答。

申論 1在一個批次反應器中,進行二級均相反應:AkP。其中,A為反應物,P為產物。如果反應過程中,反應物、產物、溶劑均為液相,且總體積的變化可以忽略,轉化40%反應物的時間為2小時。請估計達到反應物轉化率為70%所需要的反應時間。(20分)
申論 2一級可逆反應的基本反應式表示如下:kA1Pk2在反應系統中,反應物A初始濃度為[A],產物P初始濃度為[P]。請估計反應開始後的反應物A瞬時濃度,以及反應達到平衡後的產物P的平衡濃度。(20分)
申論 3在塞流反應器(plug flow reactor)中進行一級氣相反應,基本反應式為Ak2P。在穩定操作下,進料為60 mol%的反應物A和40 mol%惰性氣(g)(g)體I,進料量為1000 kg/h,反應器溫度T = 400 K、壓力P = 5 bar,反應速率常數k = 500 h-1,A和I的分子量分別為44 g/mol和40 g/mol。當A的轉化率為40%,請估計反應器的體積。(20分)k
申論 4在連續攪拌槽反應器(CSTR)中,進行一級可逆放熱反應(A1B),k2這一個CSTR以體積流量為U的高純度A為進料;兩項一級反應速率常數k、k均遵循阿瑞尼斯方程式(Arrhenius equation),活化能分別為E和E,且頻率因數(pre-exponential factor)分別為A和A。請估計在CSTR所需要體積最小時,為了達成反應物A轉化率f的最佳操作溫度?(20分)A
申論 5甲醇可以藉由一氧化碳氫化反應得到,基本反應為CO+2HCHOH。(g)2(g)3(g)如果進料維持H/CO莫耳比為2,反應系統維持在壓力P = 1.2 bar、溫度T = 300 K,請估計甲醇於反應平衡時的莫耳分率?(20分)雖然此反應的反應熱容易受溫度影響,但反應熱在T = 298.15 K~303.15 K間,仍可視為常數。產物和反應物在298.15 K的標準莫耳生成焓(standardmolar enthalpy of formation,H0)和標準莫耳生成吉布斯自由能f298(standard molar Gibbs free energy of formation,G0),列表如下:f298狀態H0(J/mol)G0(J/mol)f298f298COGas-110,525-137,169CHOHGas-200,660-161,960CHOHLiquid-238,660-166,270