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國營聯招 化工製程化工熱力學、化學反應工程學100 年第 59 題單選題考點:先CSTR後PFR最優考點:PFR串連次優

請參考下列反應速率與反應物濃度及轉化率關係圖,請問如何安排兩級反應器串連配置可以獲得最小反應器體積設計:

題目圖片
A先 CSTR 再接 PFR正確答案
B兩個 PFR 串連
C兩個 CSTR 串連
D先 PFR 再接 CSTR
答案與詳解
A
正確答案
從1/(-rA)對X圖判斷:低轉化率區CSTR面積小、高轉化率區PFR面積小,故先CSTR後PFR可獲最小總體積。

逐選項解析

A先 CSTR 再接 PFR先CSTR後PFR最優✓ 正確
由圖可知反應速率在低轉化率時較低、中段出現極大值,為自催化或非單調型反應。在低X區域CSTR操作點對應的矩形面積最小,高X區PFR積分面積最小,因此先CSTR推至速率最大點再接PFR最為節省體積,為正解。
B兩個 PFR 串連PFR串連次優✕ 錯誤
兩個PFR串連等效於單一大型PFR,對於自催化型反應在低轉化率段1/(-rA)較大,PFR積分面積遠大於CSTR矩形面積,故不是最小體積配置。
C兩個 CSTR 串連✕ 錯誤
D先 PFR 再接 CSTR✕ 易錯陷阱

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