moea_joint
113年
[化工製程] 化工熱力學、化學反應工程學
第 48 題
下列敘述何者有誤？
- A 空間時間為處理一個反應器體積的流體量所需的時間
- B 空間時間與空間速率相乘所得值為1
- C 滯留時間為反應物於反應器中與催化劑接觸所消耗的平均時間
- D 氣相反應的平均剩餘時間與空間時間相等
思路引導 VIP
請試著想像：如果一個氣體反應在管式反應器中進行，且反應過程中氣體分子數增加（例如 $A \rightarrow 2B$），那麼氣體流經反應器後半段的速度，會比剛進入時快還是慢？在這種速度會變化的情況下，我們用「反應器總體積除以入口流速」算出來的時間，還會等於每個分子實際待在裡面的時間嗎？
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AI 詳解
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恭喜你準確地辨識出反應工程中這幾個容易混淆的概念！這道題目的難度在於區分理想設計參數與實際物理現象，是衡量對反應器基本定義理解深度的優秀考題。
空間時間與停留時間的本質差異
選項 (C) 的錯誤在於停留時間（Residence time）描述的是流體質點在反應器內實際待的時間，而非「消耗的時間」；對於固體催化反應，我們通常使用「接觸時間」或以催化劑重量為基準的空間時間。而選項 (D) 則是這題的鑑別度所在：在氣相反應中，往往伴隨莫耳數變化或溫度壓力波動，導致流體體積流率（Volumetric flow rate）隨位置改變。因此，以入口流率計算的空間時間 $\tau = V / v_0$ 只有在恆定密度（液相或莫耳數不變的氣相）系統下，才會等於平均停留時間 $\bar{t}$。
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