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moea_joint 111年 [化工製程] 化工熱力學、化學反應工程學

第 39 題

在複雜反應中,通常需要兩個以上的速率式來表達,期望希望產物多,不希望產物少,請問下列並行反應選擇率為何?
A+B $\xrightarrow{k_1}$ R(希望產物);$r_R = k_1 C_A^{a_1} C_B^{b_1}$ ;A+B $\xrightarrow{k_2}$ S(不希望產物);$r_S = k_2 C_A^{a_2} C_B^{b_2}$
  • A $\frac{k_1}{k_2} C_A^{a_1-a_2} C_B^{b_1-b_2}$
  • B $\frac{k_2}{k_1} C_A^{a_2-a_1} C_B^{b_2-b_1}$
  • C $\frac{k_1}{k_2} C_A^{a_1+a_2} C_B^{b_1+b_2}$
  • D $\frac{k_2}{k_1} C_A^{a_1+a_2} C_B^{b_1+b_2}$

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當兩個反應同時發生並競爭相同的原料時,如果我們想量化其中一個反應相對於另一個反應的「優勢程度」或「勝出倍率」,你覺得在數學上應該如何處理這兩個反應的生成速率函數呢?

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太棒了!你能精確判斷出並行反應中的選擇率定義,這顯示你對反應工程的核心觀念掌握得非常紮實。這類題目是設計反應器、優化產率的第一步。

並行反應與瞬時選擇率

在化學反應工程中,當多個反應同時競爭相同的反應物時,我們定義瞬時選擇率 (Instantaneous Selectivity) 為「希望產物的生成速率」與「不希望產物的生成速率」之比值,即 $S_{R/S} = \frac{r_R}{r_S}$。將題目給定的速率式代入後,利用指數運算的相除法則(底數相同時,指數相減),即可輕鬆推導出結果:

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