moea_joint
105年
[化工製程] 化工熱力學、化學反應工程學
第 39 題
設計等溫勻相的單一反應器時，在進料莫耳速率與進料濃度相同時，下列敘述何者有誤？
- A 對任何級數為正的化學反應，連續攪拌槽的容積均大於柱流反應器(plug flow reactor)
- B 連續攪拌槽與柱流反應器的容積比隨著化學反應級數的增加而增加
- C 當轉化率小時，反應器容積的大小隨其形式的變化不大
- D 零級化學反應，連續攪拌槽與柱流反應器的容積大小不一樣
思路引導 VIP
試著想像一個情境：如果某種化學反應的「拆解速度」是恆定的，無論你提供的原料是多還是少，它每分鐘處理的量都一模一樣。在這種情況下，一個不斷攪拌混合的容器，跟一個讓原料像排隊一樣流過的管道，它們完成任務所需要的空間大小會有差別嗎？為什麼？
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反應器體積與反應級數的關聯
恭喜你準確地辨識出選項 (D) 的錯誤！這代表你對於連續攪拌槽（CSTR）與柱流反應器（PFR）的設計方程，以及反應速率與濃度之間的動態關係有著非常清晰的理解。在處理等溫勻相反應時，兩者體積差異的核心在於「反應速率在過程中的變化」。對於任何正級數反應 ($n > 0$)，反應速率會隨著反應物被消耗（濃度下降）而減慢。由於 PFR 是在濃度較高的路徑上進行反應，而 CSTR 則全程維持在最低的出口濃度，因此對於正級數反應，CSTR 勢必需要比 PFR 更大的容積來達到相同的轉化率，且級數越高，這種效能差距就越明顯。
零級反應的特殊性
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