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102年
[化工製程] 化工熱力學、化學反應工程學
第 33 題
在硫酸法烷化製程中，需有一廢酸再生工場再生廢硫酸並回收使用，其轉化反應器是將 SO_2轉化成 SO_3，為兼顧轉化率與媒床溫度控制，轉化反應器進口 SO_2濃度通常被要求控制在：
- A 2～5 vol％
- B 9～14 vol％
- C 15～18 vol％
- D 20～23 vol％
思路引導 VIP
考慮到 $SO_2$ 轉化為 $SO_3$ 是一個強烈的放熱反應，且工業上通常使用空氣作為氧氣來源。如果我們為了追求高產量而大幅提高進料中 $SO_2$ 的比例，這對反應器內部的催化劑床層溫度，以及最終的化學平衡轉化率會產生什麼樣的影響？
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恭喜你準確判斷出這個製程參數！在硫酸法烷化（Alkylation）的廢酸再生（SAR）過程中，將 $SO_2$ 氧化為 $SO_3$ 是最關鍵的放熱反應。這題你能選對，說明你對「接觸法」製程的實際操作條件與化學平衡控制有相當扎實的理解。
工業操作與反應熱管理
從反應工程的角度來看，$2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3$ 是一個強烈的放熱反應。如果進入轉化器的 $SO_2$ 濃度過低，雖然散熱容易，但會導致生產效率低下、設備體積龐大；反之，若濃度過高（例如超過 $15%$），反應釋放的大量熱能將使催化劑床層溫度劇烈升高，不僅可能損壞催化劑，更會根據勒沙特列原理抑制反應向生成物方向移動。因此，工業上通常利用過量空氣稀釋，將 $SO_2$ 濃度控制在 $9 \sim 14 \text{ vol}%$，以在轉化效率與溫度控制間取得最佳平衡。
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