反應工程及單元操作　申論題歷屆試題與參考架構

113 年（考試時間 120 分鐘）　原卷 PDF

1. 1

   某批次反應器體積為 V，內部進行二級不可逆反應 A→B 且反應速率為rA  kC A2 。已知初始反應物濃度為 C A 0 及轉化率為 X。

   （一）反應時間 t 與 X 間關係式。（10 分）

   （二）若反應為一級不可逆反應且 k  104 /秒 ，當轉化率達 90%時，操作時間約多少秒？（5 分）

   （15 分）

2. 2

   某塞流反應器（Plug flow reactor），入料莫爾流率為 FA 0，空間時間（space time）為 ，初始反應物濃度為 C A 0 及轉化率為 X。

   （一）試求 Damköhler number（Da）。（5 分）

   （二）若均為液相反應 A→B 且反應速率為 rA  kC A2 ，試以 Da 描述此反應器內轉化率 X。 （5 分）

   （三）若均為氣相反應 A→B＋C 且反應速率為  rA  kC A ，求反應器體積 V與 X 間關係式。 （10 分）

   （20 分）

3. 3

   某反應物 A 在連續攪拌反應器內同時進行三個平行反應生成三個產物X, B 與 Y，已知 B 為主產物，其對應反應速率式如下：k1 k2 A  X ,  rA1  k1  0.0002 ; A  B ,  rA 2  k2C A  0.0015  C A ; k3 A Y , rA3  k3C A2  0.005  C A2求反應器在操作反應物 A 於那一個濃度值（kmol/m3）下，對應產物 B的選擇性（selectivity）達最大。（10 分）

   （10 分）

4. 4

   圖一描述開始時連續式攪拌槽含有 500 kg 的 10%鹽水，當入料(1)位置以 10 kg/h 的 20%鹽水注入，均勻攪拌後在(2)位置以 5 kg/h 流出。（鹽水濃度皆為重量百分率）

   （一）寫出槽內總量 M(kg)與時間 t 關係式。（5 分）

   （二）寫出(2)位置鹽水濃度 w(%)與時間 t 關係式。（10 分）(1) initial 500 kg salt 10 kg/h solution (t = 0, 10% salt) (20% salt) control volume (2) 5 kg/h圖一

   （15 分）

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5. 5

   圖二描述①位置密度 ρ1 流體以速度 v1 進入截面積 A1 水平噴嘴，密度 ρ 2流體於②位置其截面積 A2 以速度 v2 噴出。若為層流（laminar flow） ，則(v ) 1定義動量速度因子   av  ，其中 ( v ) av v 2 dA 及 vav 為平均速度。(v ) av A A

   （一）寫出流體在截面積 A   R 2 管內的層流速度 v 與位置 r 及 vav 關係式。（5 分）

   （二）求  值。（10 分）

   ①

   ② A2 v1, ρ1 A1 r v2, ρ2圖二

   （15 分）

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6. 6

   圖三描述長度 L  0.964 m 的冷凝管，已知 r1  5 mm 與 r2  20 mm ，熱傳導係數為 k  0.151 W/m  K 。

   （一）若內外管壁溫度分別為 274.9 K 與 297.1 K，求移除多少熱流量（W） 。（5 分）

   （二）若管外包覆厚 20 mm 絕熱材質其熱傳導係數為 k  0.0692 W/m  K ，置於環 境 溫 度 為 285.1 K 且 熱 傳 係 數 （ heat transfer coefficient ）h  34 W/m 2  K 之流體中。求散失熱流量（W）與臨界半徑（critical radius）。（10 分）L r2 dr q r r1圖三

   （15 分）

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7. 7

   某純氮氣平行通過面積 0.6 m2 丙酮液體表面。若丙酮液體溫度 290 K，其蒸氣壓為 2.148104 Pa 且丙酮擴散至氮氣的質傳係數為 0.0324 m/s，求丙酮擴散至氮氣中的流量（kmol/s）？（10 分）

   （10 分）

其他等別的「反應工程及單元操作」

• 反應工程及單元操作（高考三級）（18 題）