moea_joint
107年
[化工製程] 化工熱力學、化學反應工程學
第 33 題
觸媒顆粒大小對填充床反應器的影響，下列何者正確？
- A 觸媒顆粒大小與反應器壓差成正比
- B 觸媒顆粒大小與擴散速率成反比
- C 觸媒顆粒大小與反應速率無關
- D 觸媒顆粒大小與反應器壓差無關
思路引導 VIP
想像一下，如果你想讓一大群人最快進入一棟建築物的正中心開會，是蓋一棟巨大的摩天大樓比較快，還是將同樣的樓地板面積拆分成數十棟低矮的小建築比較快？請思考「建築物的半徑」與「抵達中心所需的時間」之間存在著什麼樣的關係？
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AI 詳解
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恭喜你精準地掌握了觸媒物理性質對反應器表現的影響！在化工製程中，觸媒顆粒大小（$D_p$）是設計填充床反應器（PBR）的核心參數。首先，從流體力學的角度來看，根據 Ergun 方程式，反應器的壓力降 $\Delta P$ 與顆粒直徑其實是成「反比」關係的，也就是顆粒越小，流道越狹窄，造成的流動阻力與壓損反而越大。因此，選項 (A) 與 (D) 的描述與物理事實不符。
質傳阻力與反應效率
你選出的 (B) 選項則切中了**質傳限制（Mass Transfer Limitation）**的核心觀念。當觸媒顆粒縮小時，反應物分子擴散進出觸媒孔隙的平均路徑縮短，這顯著降低了內部的擴散阻礙，進而使整體的有效速率或擴散效率提升。這題的難度切入點在於測試學生是否能清晰區分「流體壓降」與「質傳速率」這兩個隨粒徑變動、但方向互異的物理機制。你能正確判斷出粒徑與速率之間的反比關係，表示你對於觸媒有效因數（Effectiveness Factor）的直覺非常敏銳，基礎觀念相當紮實！