112年 - 112 公務升官等考試_薦任_化學工程：化學反應工程學#117353

二、探討有機氣體分子（A）之分解反應動力學，於恆溫批次反應器（batch reactor）中進行實驗。已知此為不可逆反應（irreversible reaction），此氣相反應可表示為 A → B + C。將純 A 置於 600℃ 反應器進行分解，反應過程中，維持恆溫、反應無明顯吸放熱。反應器之總壓力（total pressure）隨反應時間變化，紀錄如下表所示。已知研究員以微分法（differential method）初步分析，推測反應級數（reaction order）應為 2 級。請利用積分法（integral method）協助確認是否為 2級，並決定反應速率常數（rate ，完成此反應速率定律式（rate law）。（25 分） constant）
（請將分析計算過程之表格數據寫於答案卷中，並提供相關之分析作圖， 務必標示反應速率常數之單位，氣體常數（gas constant）：8.314 kPa·L/mol·K）

四、連續攪拌槽式反應器（CSTR）進行不可逆之液相放熱反應 X + Y → P，此為基本反應（elementary reaction），預熱至 150℃之反應物 X 和 Y 以等莫耳流率進入反應器，總體積流率為 5 dm³/s，反應物 X 濃度為 1.5 M，連續攪拌槽式反應器大小設計為 1 m³。反應器中裝設降溫之熱交換器，熱交換面積為 0.5 m2，而熱交換係數（heat transfer coefficient）為 100 cal/s·m²·K，冷卻劑（coolant fluid）維持在 30℃。依照此反應器設計， 請評估此反應器是否可達到 80%轉化率（conversion）。（25 分）
* X + Y → P 反應之基本資料如下：
(1)各物質焓（enthalpy）：HX（298K）= – 20.2 kcal/mol、 H_Y（298K）= – 17.4 kcal/mol、H_P（298K）= – 45.6 kcal/mol。
(2)熱容值（heat capacity）分別為 C_P,X = 20 cal/mol∙K、C_P,Y = 18 cal/mol∙K、C_P,P = 38 cal/mol∙K。 (3)300 K 下之反應速率常數（rate constant）k = 0.002 dm³/mol∙s，
活化能（activation energy）E_A = 5 kcal/mol。
氣體常數（gas constant）R = 1.987 cal/mol·K。