化學工程 100 年化學程序工業考古題

試以化學反應式寫出下列二項有關空氣污染防治的反應。 SCR（selective catalytic reduction）（5 分） Claus process（5 分）

造紙機的生產率為340 噸/天（TPD）。造紙機進料口和出料口的乾度（dryness）分別 為40%和95%。蒸發水分的溫度為80℃，為了蒸發水分，進料供應設定為3.5 kg/cm2， 在此條件下水蒸氣的潛熱為513 kcal/kg。假設此造紙機一天24 小時都在運轉，試 回答下列問題：（15 分） 估計多少水分將被蒸發？ 為蒸發水分，進料每小時的供應量應為多少？ （提示：蒸發水分的焓為632 kcal/kg）

解釋名詞：（每小題5 分，共20 分） 超臨界萃取（supercritical extraction） 逆滲透（reverse osmosis） 重組（reforming） 生質醇類汽油

試以化學反應式表示硫酸及硝酸的工業製造法。（10 分）

利用吸收塔吸收空氣中的SO2。空氣流入的流速為2 kg/m2s，NRe = 5160，摩擦因子 R/ρu2 = 0.02。請計算SO2在下列條件中的質傳係數（kN/m2）。（15 分） 擴散係數SO2 = 0.116 cm2/s，氣體黏度= 0.018 mNs/m2，氣體密度= 1.154 kg/m3 所需公式如下： d 17 .0 56 .0 Bm d j Re B D P P u h = = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ρ μ ⎟⎠ ⎞ ⎜⎝ ⎛ ⎟⎠ ⎞ ⎜⎝ ⎛ − ⎟⎠ ⎞ ⎜⎝ ⎛ ⎟⎠ ⎞ ⎜⎝ ⎛ = P P RT h k Bm d G

試述環氧乙烷的工業製法，（10 分）此法是否可用於生產環氧丙烷？（5 分）又環 氧乙烷的主要工業用途為何？（5 分）

煉鐵高爐中有那些重要的化學反應？試寫出其反應式。（10 分）

水銀溢出發生在一個密閉的空間中，請問當水銀溫度為23℃時，最高濃度為多少？ 水銀曝露在空氣中的標準限制為0.1 mg/m3，請問水銀的最高濃度是否在此限制內？ 水銀的蒸氣壓如下：（15 分） T（℃） Vapor pressure（bar） 10 7.101×10-7 20 1.729×10-6 30 3.968×10-6

生物處理法是廢水處理常用的方法： 好氧性微生物和厭氧性微生物的性質有何區別？（10 分） 何謂活性污泥？活性污泥法適合處理那一種廢水？（10 分）

試以化學反應式表示由乙烯製成聚氯乙烯（PVC）的過程。（10 分）

平板式過濾8 m3的泥漿需要1800s，11 m3則需要3600s。請計算以3 m3的水清洗所 需要的時間（秒）。請忽略質傳阻抗。所需公式如下：（20 分） 2 2 V ) P ( A 2 v r t Δ − μ = 100 年公務人員升官等考試、100 年關務人員升官等考試試題 代號：36440 類 科： 化學工程 全一張 （背面）

簡述高分子總體聚合（Bulk polymerization）及溶液聚合（Solution polymerization） 方法，（15 分）並比較優劣點。（5 分）

試以化學反應式解釋下列名詞： 蒸汽重組（steam reforming）（5 分） 水氣轉移反應（water-gas shift reaction）（5 分） 六、甲基第三丁基醚（methyl tert-butyl ether，簡稱MTBE）為重要的汽油添加劑，試寫 出其結構式及產製原料，MTBE 的那些特性使它成為優良的汽油添加劑？（10 分） 七、今有含30 wt% Na2CO3（MW=106）的水溶液10,000 公斤，在結晶槽中冷卻至20℃ 後得到Na2CO3⋅10H2O（MW=286.2）結晶，若在20℃時每1 公斤的水最多可溶解 0.215 公斤的Na2CO3，試計算得到的結晶有多少公斤？（20 分） 八、甲醛（formaldehyde）可由甲醇（methanol）氧化生成， O(g) H CO(g) H (g) O 2 1 OH(g) CH 2 2 2 3 + → + 今以甲醇及氧為進料，其流速分別為100 mol/min 及50 mol/min，溫度為100℃，設 反應轉化率為100%，出料溫度為200℃，試計算所需之熱（cal/min）。已知以下數 據： o Hf,298 Δ （cal/mol） pc （cal/(mol K)） OH(g) CH3 -48080 11.91 (g) O2 0 7.17 CO(g) H2 -27700 9.15 O(g) H2 -57800 8.18 表中Δ 為在298K 之標準形成熱（standard enthalpy of formation）； 為平均熱 容量（average heat capacity）。（20 分） o Hf,298 pc

工業上製造丁酮所涉及的單元操作如下圖，此圖為簡化過後的流程圖。其中B代表 化學反應槽內進行2-丁醇的脫氫反應而生成丁酮，反應溫度為450℃，並以氧化鋅 作為催化劑。下表有各支流詳細的組成和流速資料，單位為kg h-1。請回答下列問題 ：（20 分） B A C D 4 2 3 1

一個蒸餾塔分離苯和甲苯如下圖，液體進料10000 kg/hr 含50%的苯（Bz）和50% 甲苯（Tol），經蒸餾分離後，塔頂氣相出口有8000 kg/hr，經冷凝後獲得液體成分 95%苯和5%甲苯，部分液體回流入蒸餾塔，在塔底液體獲得成分4%苯和96%甲苯。 請計算回流比（R/D）是多少？（20 分） F, Liquid 10000 kg/hr 0.50 Bz 0.50 Tol W, Liquid 0.04 Bz 0.96 Tol D, Liquid 0.95 Bz 0.05 Tol R = ? Condenser V, Vapor 8000 kg/hr

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9 cooling water 5 10 寫出2-丁醇脫氫反應形成丁酮的平衡化學式。 完成流程圖中第6 支流的質量平衡式，並算出X、Y和Z的流速（單位kg h-1）。 流程圖中A、C 和D 各表示何種單元操作，並分別解釋其原因。 六、欲完全燃燒1 公斤的煤炭需要12 公斤的空氣，而煤炭的熱值為4200 kcal/kg，其灰分 含量為22%。請問燃燒5 公斤的煤炭能產生多少公斤的煙道氣（flue gas）？（15 分）