高考申論題
109年
[化學工程] 化學反應工程學
第 五 題
五、有強放熱反應A→B；在實驗室利用近似球體小型批次反應器，進行恆溫反應，在1小時內反應轉化率達90%，沒有太多副產物，效果非常好。現今要建立一個近似球體大型批次反應器，把生產量增加1,000倍；請問下列何者正確？何者錯誤？並說明之。(1)反應時間會增加1,000倍。(2)反應過程生產總熱量會增加1,000倍。(3)反應器換熱面積增加1,000倍。(4)反應初期單位時間需要移走的熱量比較大。（20分）
📝 此題為申論題
思路引導 VIP
面對反應器放大（Scale-up）問題，考生應優先區分「強度性質（如反應時間、濃度、溫度）」與「廣延性質（如總熱量、體積）」。接著利用批次反應器的莫耳平衡式證明反應時間與體積無關；再結合球體幾何關係（體積成三次方、面積成二次方）推導換熱面積的變化；最後由能量平衡與速率定律推導產熱速率與反應時間的關係。
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【解題思路】利用批次反應器之莫耳平衡方程式、能量平衡及球體幾何特性，分析反應器放大（Scale-up）時各物理量之變化。 【詳解】 (1) 反應時間會增加1,000倍：【錯誤】
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