104年公務人員高等考試三級考試試題 代號：27180 類 科： 化學工程
科 目： 化學反應工程學
考試時間： 2 小時 座號：
※注意： 可以使用電子計算器。
不必抄題，作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上，於本試題上作答者，不予計分。
（請接背面）
全一張
（正面）
一、說明或推導證明為何理想塞流式反應器（plug flow reactor, PFR）可視為無窮多理 想連續攪拌槽式反應器（continuous stirred tank reactor, CSTR）串聯的反應器。（5 分）
生物化學反應進行過程中，可能出現「產物抑制」（product inhibition）現象；意 思是：當產物濃度逐漸升高時，會導致反應速率下降。請說明當出現「產物抑制」
現象時，應該選擇塞流式反應器（PFR）或連續攪拌槽式反應器（CSTR），以減 輕它的影響。（注意：無解釋說明不予給分）（5 分）
某知名化學反應工程教科書上有一段敘述：「連續攪拌槽式反應器（CSTR）的 缺點是單位體積轉化率是所有流動式反應器（flow reactors）中最低的」，請詮釋 這段敘述的理論基礎、正確性或其適用範圍。（5 分）
二、某一液體化學反應 A → B 在恆溫批式反應器（batch reactor）中進行，反應物 A 起 始濃度 CA0 = 0.5 g-mole/L，反應轉化率達到 90%所需時間為 48 分鐘，已知此液體 反應為二級反應；計算此反應轉化率達到 99%所需時間，並說明為何轉化率由 90%
到 99%所需時間有巨大差異。（8 分）
三、已知一個基本（elementary）氣體反應 A → B + 2 D 之反應活化能為 85 kJ/mol，在 50℃時反應速率常數 k 值為 10-4 min-1。
假設在一個連續攪拌槽式反應器（CSTR）中進行，A 進料流速 2.5 mol/min，固 定溫度 127℃，壓力為 10 大氣壓，求到達轉化率 80%所需反應器體積？（8 分）
（注意：需考慮反應前後體積差異影響）
假設在一個塞流式反應器（PFR）中進行，A 進料流速 2.5 mol/min，固定溫度 127℃，壓力為 10 大氣壓，求到達轉化率 80%所需反應器體積？（9 分）
（注意：需考慮反應前後體積差異影響）
四、利用一個批式反應器進行氣體解離反應 A → B + C，假設在固定溫度且反應器體積 固定下測得總壓力隨時間變化數據如下表，已知反應起始時反應器內為純 A 氣體，
且此反應為一級反應，請求出此反應速率常數 k 值大小？（15 分）
時間, min 0 3.4 28.1 54.4 82.4 96.3 總壓力, mm 322 325 345 365 385 395
104年公務人員高等考試三級考試試題 代號：27180 類 科： 化學工程
科 目： 化學反應工程學
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（背面）
五、一個基本（elementary）串聯反應（series reactions） 在批式反應器中進行。
（每小題 10 分，共 20 分）
假設 A 起始濃度為 CA0，B 和 C 起始濃度為零（CB0 = 0，CC0 = 0 ），請推導 B 濃度隨反應時間變化關係式和 B 濃度達到最高值的反應時間。
利用推導關係式，假設 A 起始濃度為 1 kmol/m3，經過 1.5 分鐘後 A 濃度降為 0.23 kmol/m3，B 濃度提升為 0.68 kmol/m3；決定 k1值、k2值及 B 濃度達到最高 值的反應時間。
六、利用一非均勻相觸媒（Heterogeneous catalysis reaction）進行反應 A ↔ B+
C
已知 反應速率式如下：2
C 3 B
2 A
1 A A
) P K P
K P
K (1 r kP
+ +
= +
−
依據 Langmuir-Hinshelwood 原理，非均勻相觸媒反應分為：吸附（adsorption）、表 面反應（surface reaction）、脫附（desorption）三大步驟，已知此非均勻相觸媒反 應速率決定步驟為表面反應。
設觸媒表面活性中心為 S，說明此反應可能的反應機構，並推導證明。（20 分）
〔注意：反應速率式中可能參數或變數只限於：氣體分壓（PA、PB與 PC）、反應 速率常數（吸附 kA、表面反應 kS、脫附 kD）、平衡常數（吸附 KA、表 面反應 KS、脫附 KD或自行定義）和整體活性部位濃度（Ct）。〕
說明如何利用起始速率（initial rate）方法，設計實驗證明反應速率式正確？
（5 分）
A B C
