化學工程 102 年程序設計考古題

自甲苯製造苯的程序如下： C6H5CH3 + H2 C6H6 + CH4 此反應伴隨一可逆之副反應，將苯轉化為較低價值的聯苯： 2 C6H6 C12H10 + H2 假設反應器之轉化率（以甲苯為基礎估算）為0.75，反應之選擇率（甲苯轉化為苯 占所有反應掉之甲苯之比率）為0.97。反應器之後接一液氣分離器，將氫氣與甲烷 完全與其他成分分離。苯、甲苯、聯苯假設可由蒸餾分離至純物質。並將氣體及甲 苯回流（recycle）至反應器，部分氣體排放（purge）。如下圖顯示： 排放與回流量之比例為α/(1-α)。進入反應器（進料加上回流總和）之氫與甲苯之莫 耳比為5：1。FT 為新鮮甲苯進料，RT 為甲苯回流。 請回答下列問題： 進料中維持氫過量的原因為何？（5 分） 排放（purge）之目的為何？（3 分） 在轉化率0.75，選擇率0.97 條件下，若苯之產量B 為265 kmol/h，新鮮甲苯之進 料量FT 為何？回流量RT 為何？（10 分） 請推導甲烷在回流與排放氣體中的莫耳分率(y)與α 之關係式。假設進料氫氣中不 含甲烷。（12 分） 反應器 排放（α） （氫、甲烷） 氣體 回流 （1-α） FT 甲苯回流 RT （苯、甲苯、聯苯） 苯（B） 聯苯 102年專門職業及技術人員高等考試建築師、技師、第二次 食品技師考試暨普通考試不動產經紀人、記帳士考試試題 類 科： 化學工程技師 全一張 （背面）

某公司有兩個投資方案，A 與B。兩案之現金流量（cash flow）如下表： 兩計畫的投資均預期五年結束。請比較此兩投資案的： 回收時間（Payback time）。（5 分） 淨現值（Net present value）（利率以7%計算）。（10 分） 貼現現金回報率（Discounted cash flow rate of return）。（10 分） 若以貼現現金回報率為比較基準，應選擇那一案？（5 分） 現金流量（百萬元） 年度 A B 0 -10 -10 1 1.6 6.4 2 2.8 5.2

4.0 4.0

5.2 2.8

6.4 1.6 三、一工廠產生500 m3/s 含0.1% SO2之廢氣（標準狀態下一莫耳氣體之體積為0.0224 m3）。 若須移去90%之SO2：  NaOH 溶液吸收再與氧反應成硫酸鈉，請計算NaOH 之用量（per year）。（10 分） 以碳酸鈣吸收再與氧反應成CaSO4‧2H2O，計算碳酸鈣之用量（per year）。 （10 分） 四、蒸發操作有單效及多效蒸發器之分。試從設備投資（換熱面積大小）及蒸汽用量 方面比較單效與三效蒸發器之優劣。（15 分） 解釋沸點上升（boiling point elevation）現象對蒸發操作之影響。（5 分）