化學工程 101 年程序控制考古題

某一製程包括一個反應器及兩支蒸餾塔，主要的干擾是進料組成經常變動。假設此 製程之各成分組成還算容易量測，試比較並簡單陳述(a)及(b)兩種控制方式對第二支 蒸餾塔塔底組成的控制效果（注意：僅組成之測量點不同）。（10 分）

圖為兩種常見的熱交換器溫度控制系統設計，均使用冷卻水控制某主要製程產品之 溫度。相對於設計(a)，試評論設計(b)的優點。（10 分）

如圖所示為某一蒸餾塔塔頂及塔底產品組成對獲利的關係（用相對於最佳獲利的百 分比表示），假設此蒸餾塔塔頂或塔底產品組成的控制難易度差異有限，但因故只 能針對塔頂或塔底其中之一的組成做較嚴格準確的單點控制，另一處之組成則只能 透過經常性的化驗結果作因應調整，因此變動幅度較大，有可能達到約±1.5%左右。 試簡單評論應該選擇塔頂或塔底產品組成做嚴格準確的單點控制？（10 分） （請接第二頁） 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：01560 類 科： 化學工程技師 全四頁 第二頁

圖為一packed-bed 反應器，由於放熱量頗高故使用熱交換器控制反應器最高溫處之 溫度，冷卻水之控制閥應該選擇儀控失效開（Failure Open）還是儀控失效關（Failure Close）？訊號選擇器(TY)應該選擇最大之訊號還是最小之訊號？控制器應選擇正作 用（Positive Action）還是反作用（Negative Action）？請簡述理由。（10 分）

某兩個串聯式反應器，當第一個反應器加熱流控制閥之閥開度增加10%後，第二個 反應器出口端之溫度變化如圖所示。試據此估算一階帶時延模式之參數值（方式不 限，參數不要求太精準）。（10 分） 六、如圖所示是一個閉環路控制系統（使用比例積分微分控制器但是參數未知），在設 定點增加10%後所呈現的控制效果（包括受控變數（controlled variable）及控制變 數（manipulated variable）），您的主管希望此受控變數能維持的更穩定，請提出 修改建議方向。（10 分） （請接第三頁） 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：01560 類 科： 化學工程技師 全四頁 第三頁 七、某一個閉環控制系統使用比例積分控制器且原並無任何穩態偏差，當時間為零時發 生一個D 大小的持續性干擾改變量，圖為幾個不同的比例積分控制器參數值所呈現 的控制結果（比例控制參數相同，積分控制參數不同），試比較這幾個積分控制器 參數值的相對大小（從小到大依序排列）。（請附簡要說明）（10 分） 八、如圖是一個包括三個混和槽的混和系統及其出口成分回饋控制圖，假設已知量測儀 器、程序及控制閥、控制器、干擾（B）等之轉移函數依序為 Gs(s)=1 (%/(mole/m3) ), Gp(s)Gv(s)=2/(10s+1)3 (mole/m3)/%), Gc(s)=2 (%/%) Gd(s)=1/(10s+1)3 ((mole/m3)/(mole/m3)), 假設此程序原來控制狀況良好（雖使用比例控制器但原並無穩態偏差），當時間為 零時B發生了一個5(mole/m3)大小的持續性干擾改變量，試問當控制回復穩定之後， 出口成分的改變量為何？（請附簡要推導過程）（10 分） 九、所示為一閉環控制系統方塊圖，原開環程序具備過阻尼（overdamped）動態特性， 當僅使用比例控制時，若希望此一閉環控制系統具備欠阻尼（underdamped）動態 特性，試求解此一比例控制器調諧值之可用範圍。（10 分） （請接第四頁） 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：01560 類 科： 化學工程技師 全四頁 第四頁 十、圖為一個攪拌槽熱交換器，已知主要控制目標是產物出口溫度，控制變數是加熱油 流量，但是加熱油流量常受其他共用加熱油之單元的干擾，並不太穩定。試為此程 序設計一套溫度-流量串級控制系統，並簡述使用溫度-流量串級控制之效果優於傳 統單環溫度控制器之處。在調諧此一溫度及流量控制器時，應該先調諧那一個（溫 度控制器或流量控制器）？（請簡述理由）（10 分）