高考申論題
110年
[化學工程] 化學反應工程學
第 一 題
📖 題組：
七、化學工程師設計流體化床反應器進行不可逆氣體化學反應 A→B，已知反應級數為一級而且使用 60 kg 的觸媒，可以得到 62%轉化率。 (一)請問如果觸媒使用量提高為 70 kg，轉化率提升為多少？（8 分） (二)如果將 60 kg 的觸媒流體化床反應器改為填充床反應器，此填充床反應器操作時存在壓力降落現象，壓力降落與觸媒量的關係方程式如下：dP / dW = - 0.2 atm / kg，進口壓力為 20 大氣壓，請問可以得到的轉化率是多少？（12 分）
七、化學工程師設計流體化床反應器進行不可逆氣體化學反應 A→B，已知反應級數為一級而且使用 60 kg 的觸媒，可以得到 62%轉化率。 (一)請問如果觸媒使用量提高為 70 kg，轉化率提升為多少？（8 分） (二)如果將 60 kg 的觸媒流體化床反應器改為填充床反應器，此填充床反應器操作時存在壓力降落現象，壓力降落與觸媒量的關係方程式如下：dP / dW = - 0.2 atm / kg，進口壓力為 20 大氣壓，請問可以得到的轉化率是多少？（12 分）
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
請問如果觸媒使用量提高為 70 kg，轉化率提升為多少？（8 分）
思路引導 VIP
- 定義反應器模型：流體化床反應器在理想簡化下，常視為完全混合（類 CSTR）或是一級反應動力學下的 $\ln(1-X) = -k'W$（若視為栓流或整體一級特徵）。通常題目未說明時，一級反應在觸媒反應器中遵循 $1-X = e^{-k'W}$（因 $F_{A0} dX = -r_A' dW$）。
- 求解參數：利用 $W=60, X=0.62$ 求出 $k'$。
小題 (二)
如果將 60 kg 的觸媒流體化床反應器改為填充床反應器，此填充床反應器操作時存在壓力降落現象，壓力降落與填充觸媒量的關係方程式如下：dP / dW = - 0.2 atm / kg，進口壓力為 20 大氣壓，請問可以得到的轉化率是多少？（12 分）
思路引導 VIP
- 考慮壓力降對速率的影響：氣體反應速率 $-r_A' = k' C_A$。當存在壓力降時，$C_A = C_{A0}(1-X)(P/P_0)$。
- 建立微分方程式：$F_{A0} rac{dX}{dW} = -r_A' = k' C_{A0} (1-X) rac{P}{P_0}$。