化學工程 101 年程序設計考古題

混合氣體(90%CO, 10%O2)與過量空氣(79%N2, 21%O2)分別於298 K, 1.0 大氣壓下進 入燃燒器內燃燒。在絕熱條件下，出口氣體溫度為900 K。㈠過量空氣百分比為何？ （20 分）㈡出口氣體組成之莫耳分率為何？（15 分） CO之標準生成熱（heat of formation, 25 oC）為-110.52 仟焦耳/莫耳(kJ/mol)，CO2 之標準生成熱（heat of formation,25 oC）為-393.51 仟焦耳/莫耳，不同氣體隨溫度 變化之燃燒氣焓值(enthalpies of combustion gases,焦耳/莫耳(J/mol))數據如下： 溫度，K N2 O2 CO CO2 273 0 0 0 0 298 728 732 728 912 300 786 790 786 986 400 500 600 700 800 900

有一製程如下圖所示，相關操作參數如圖中所附。由儲槽出口(“1”)至反應器入口(“2”) 之液體流體(密度為1000 kg/m3)體積流率為1.0 m3/min。假設流體為紊流（turbulent flow），出口(“1”)與入口(“2”)之流速相同。㈠依照基量比例方法（base case ratio）， 若要增加30%體積流率，反應器入口(“2”)之壓力不變，則由儲槽出口(“1”)之壓力應 為多少巴（bar）？（15 分）㈡若圖示之流程，開始投資之支出為500 萬元，一年 後收入為200 萬元，從第二年至第四年因維護更新器材，每年支出100 萬元，第五 年收入200 萬元，第六年再支出100 萬元，請問六年後投資金額共多少萬元？假設 有效年利率（effective annual interest rate）為3.0%。（15 分） 儲槽 熱交換器 反應器 “2” 位置 壓力(bar) 高度(m) “1” 4.2 20 “1” “2” 1.2 40 101年專門職業及技術人員高等考試建築師、技師、第2次 食品技師考試暨普通考試不動產經紀人、記帳士考試試題 代號：01540 類 科： 化學工程技師

有一化工製程，其進料含98%反應物(A)與2%惰性物質(B)，經反應以生成產物(C)。 各單元依序為混和槽（mixer），反應器（reactor），平衡或突沸蒸餾器（flash）， 熱交換器（heat exchanger），分流器（splitter）與壓縮機（compressor），流程圖如 下所示： ㈠為何需分流器將部分氣體排出此程序？（5 分） ㈡對於平衡蒸餾器之操作，若增加溫度或降低壓力以增加產物(C)之純度（purity）， 請問有何缺失需考量？（5 分） ㈢穩定操作下考慮在理想狀態，若平衡蒸餾器之進料為944.2 莫耳/時(mol/h)，進料組 成之A、B、C 莫耳分率分別為0.244、0.076 與0.680。平衡蒸餾器之操作溫度為 403 K，壓力為12 巴（bar）： 由平衡蒸餾器上方流出之氣體流量為多少莫耳/時；（15 分） 由下方流出之液體組成莫耳分率為何？（5 分） 由上方流出之氣體組成莫耳分率為何？（5 分） 蒸氣壓(PP*)與溫度(T)之關係：P *=Exp(C -C /(C +T))，P* 1 2 3 P 為毫米汞柱(mmHg)， 溫度(T)為K，C1、C2、C3為常數，1.0 毫米汞柱=1.333×10-3巴。 化合物 C1 C2 C3 A 15.7027 1807.53 -26.15 B 15.7260 1872.46 -25.16 C 15.8089 2654.81 -47.30 壓縮機 混合槽 反應器 平衡蒸餾 熱交換器 分流器 排氣 產物 進料