高考申論題
109年
[化學工程] 化學反應工程學
第 一 題
📖 題組：
四、今有反應A→B；在實驗室求得其反應速率為r = —dCA/dt = kCA。在一完全均勻連續攪拌反應器中；如果滯留時間τ = V/Q為10分鐘時，轉化率為50%，請問：（每小題5分，共20分） (一)一完全均勻連續攪拌反應器中，當滯留時間為20分鐘時，轉化率為多少？ (二)如果使用兩個串滯留時間為10分鐘串聯時，轉化率為多少？ (三)若改為一均勻攪拌批次反應器（Batch reactor），希望轉化率為90%，請問反應時間應該是多少？ (四)若改為一塞柱流反應器（Plug flow reactor），希望轉化率為90%，請問滯留時間應該是多少？
四、今有反應A→B；在實驗室求得其反應速率為r = —dCA/dt = kCA。在一完全均勻連續攪拌反應器中；如果滯留時間τ = V/Q為10分鐘時，轉化率為50%，請問：（每小題5分，共20分） (一)一完全均勻連續攪拌反應器中，當滯留時間為20分鐘時，轉化率為多少？ (二)如果使用兩個串滯留時間為10分鐘串聯時，轉化率為多少？ (三)若改為一均勻攪拌批次反應器（Batch reactor），希望轉化率為90%，請問反應時間應該是多少？ (四)若改為一塞柱流反應器（Plug flow reactor），希望轉化率為90%，請問滯留時間應該是多少？
📝 此題為申論題，共 4 小題
小題 (一)
一完全均勻連續攪拌反應器中，當滯留時間為20分鐘時，轉化率為多少？
思路引導 VIP
- 先利用已知條件（CSTR，滞留時間 10 min，轉化率 50%）代入 CSTR 莫耳平衡設計方程式，求出反應速率常數 k。
- 再將求得的 k 與新的滯留時間（20 min）代回原本的 CSTR 設計方程式，即可解出新的轉化率 X。
小題 (二)
如果使用兩個串滯留時間為10分鐘串聯時，轉化率為多少？
思路引導 VIP
遇到串聯反應器問題，首要任務是利用題目給的單一反應器數據求出速率常數 k。接著，對於一階反應的 CSTR 串聯，應立刻聯想到出料濃度的遞減公式 C_An = C_A0 / (1+k*tau)^n，藉此快速求出最終濃度與總轉化率。
小題 (三)
若改為一均勻攪拌批次反應器（Batch reactor），希望轉化率為90%，請問反應時間應該是多少？
思路引導 VIP
看到此題，應先利用題幹給定的 CSTR 操作條件與轉化率，代入 CSTR 設計方程式反推一階反應的速率常數 k。接著，列出批次反應器（Batch reactor）的基本莫耳平衡方程式，代入速率定律並完成積分，最後帶入目標轉化率 90% 求出所需的反應時間。
小題 (四)
若改為一塞柱流反應器（Plug flow reactor），希望轉化率為90%，請問滯留時間應該是多少？
思路引導 VIP
看到塞柱流反應器（PFR）求滯留時間，首先列出 PFR 的通用莫耳平衡方程式並寫成積分形式。接著判斷為恆容系統，代入一階反應速率定律與化學計量關係，積分後將題幹已知條件求得的速率常數 k 代入，即可解出所需的滯留時間。