民國114年 高考三級 化學工程 反應工程及單元操作收錄考選部官方試題，共 5 題可線上瀏覽，考選部未公告本科目答案。
氣相反應A + B → C + D 在一恆溫填充床反應器（packed bed reactor）內 以固體觸媒X 進行非均相催化。透過微分反應器（differential reactor） 量測，觀察到A 的反應消耗速率（−ݎ ᇱ）有以下四種趨勢：在其它分壓 不變下，增加A 的分壓導致−ݎ ᇱ先線性上升再持平；在其它分壓不變下， 增加B 的分壓導致−ݎ ᇱ持續線性上升；在其它分壓不變下，增加C 的分 壓導致−ݎ ᇱ持續線性下降；在其它分壓不變下，增加D 的分壓對−ݎ ᇱ沒有 影響。 試詳述微分反應器的運作概念。（5 分） 試推導此非均相催化的反應速率定律式，並求得在反應溫度較高時的 反應級數（reaction order）。（15 分）
A → X → Z 為一液相系列反應（series reaction），其中A → X 和X → Z 兩步驟皆為基元反應（elementary reaction），而其反應速率常數分別為 ݇ଵ（= 0.5 h-1）和݇ଶ（= 0.2 h-1）。此系列反應在一恆溫連續攪拌槽式反應 器（continuously stirred tank reactor, CSTR ）進行，其進料濃度為 ܥ（= 10 mol L-1），空間時間（space time）為߬。 試詳述空間時間的物理意義。（5 分） 當空間時間為6 h 時，試求得A、X 及Z 在反應器的濃度。（10 分） 當產物Z 有最大的產生速率時，試求此時的空間時間及Z 的產生速 率。（10 分）
當氮氣在室溫一大氣壓下流過含有A 液體的容器產生了含有A 氣體的 氮氣流，其中A 氣體的莫耳濃度為其飽和莫耳濃度的20%。將此含有氣 體A 的氮氣流以10 mol min-1 的莫耳流速通入含有1000 莫耳的固體B 在同樣的溫度壓力下進行吸附。吸附過程中僅有A 氣體被固體B 吸附， 系統溫度由熱交換器控制在室溫，假設過程中壓力沒有明顯改變，而A 氣體在固體B 的吸附熱和其凝結熱相似。已知每莫耳的B 可吸附0.05 莫 耳的A 氣體。已知A 液體在室溫一大氣壓下的飽和蒸氣壓為100 mmHg、 蒸發熱為30 kJ mol-1。試計算氣體A 在固體B 上達到吸附飽和需要多久 的時間，和熱交換器需提供的熱交換功率？（15 分）
使用泵將湖水從湖邊透過水管輸送到湖邊山上的貯水桶。輸送管中水的 體積流量為ܳ。貯水桶距湖面的高度為Z，而輸送管與湖面的夾角為ߠ。 輸送管的內直徑為ܦ，管內的阻力損失（friction loss）可表示為輸送管的 長度乘上係數f。重力加速度為݃，水的密度為d。試推導出泵功率的表 示式並說明推導過程中所做的假設。（15 分）
反應物A 從流體相擴散經過一靜止層（stagnant film）到固體觸媒的外表 面並進行表面反應A →2B。擴散過程為穩態（steady state）。反應物A 在流體內的莫耳濃度為ݕ。靜止層的厚度為δ。總濃度為c，擴散係數 （diffusivity）為ܦ。整體過程是質傳限制（mass-transfer-limited）。假設 流體相和靜止層界面坐標z 為0、固體觸媒外表面坐標z 為δ，試推導反 應物A 莫耳濃度隨坐標z 變化的表示式ݕ(z)。（25 分）