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。過量空氣百分比為何？ （20 分）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 3695 3752 3699 4903 500 6644 6811 6652 9204 600 9627 9970 9665 13807 700 12652 13225 12748 18656 800 15756 16564 15899 23710 900 18961 19970 19125 28936 1000 22171 23434 22413 34308

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。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）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 全一張 （背面）

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： 為何需分流器將部分氣體排出此程序？（5 分） 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） 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