高考申論題
105年
[化學工程] 化學反應工程學
第 一 題
體積為 10 cm³（實驗室用）之連續攪拌槽反應器（continuous stirred tank reactor, CSTR）用於研究 A → B 反應。A 的進料濃度皆維持在 0.05 mol/cm³，當進料體積流率為 2.0、1.0 及 0.5 cm³/s 時，CSTR 出口處 A 的轉化率（conversion）分別為 0.333、0.5 及 0.667。現在進行放大設計，若 A 的進料濃度為 0.05 mol/cm³，進料的體積流率為 50 cm³/s，反應器的體積為 2000 cm³，出口處的轉化率為多少？（20 分）
📝 此題為申論題
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看到反應器放大設計題目，首要任務是「利用小尺度實驗數據求出反應動力學參數（反應級數與速率常數）」。請先列出 CSTR 的一般莫耳平衡方程式 $V = F_{A0}X / (-r_A)$，帶入三組實驗條件求出反應速率與濃度的關係，判定為一級反應後，再將求得的速率常數代入大尺度 CSTR 的設計方程式求解。求解過程需先確認系統為恆容反應。
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【解題關鍵】利用連續攪拌槽反應器（CSTR）莫耳平衡方程式 $V = \frac{F_{A0}X}{-r_A}$ 結合實驗數據求出反應級數與速率常數，再代入放大設計方程式求解。 【解答】 計算：Step 1→2→3 逐步推導
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