化學工程 104 年化學程序工業考古題

頁岩氣中含有甲烷及少量的乙烷及丙烷，若將乙烷分離出來可製成乙烯，乙烷製成 乙烯有兩種方法，一種是水蒸氣反應，一種是與氧反應，請敘述此兩種方法的反應 式及其適合操作的有利反應條件（溫度及壓力）及其優缺點。（10 分）

㈠請說明汽油與柴油的不同處。（5 分） ㈡生質柴油的製法為何？請以化學反應式說明。（5 分） ㈢工業上製造對-二甲苯（para-xylene）的方法主要有甲苯歧化（disproportionation） 及烷基轉化（transalkylation），請詳述此兩種製程。（5 分）

㈠二氧化碳的再利用是一熱門的話題，二氧化碳與氫氣反應可生成甲醇，請寫出其 反應式，並敘述此方法的優缺點。（5 分） ㈡依其反應式，此反應為放熱反應，理論上在低溫操作下有利，但至今沒有好的反 應製程可在低溫下操作，請敘述其原因。（5 分） ㈢氫氣的來源主要是由甲烷蒸氣重組產生，但此反應會產生二氧化碳，因此對於減 少二氧化碳的排放並沒有好處，因此有人利用二氧化碳與碳反應產生一氧化碳， 再與氫來反應，請敘述此製程的優缺點。（5 分）

今有一工廠使用天然氣甲烷作為鍋爐的燃料，但環保監測人員在20 天中照了煙囪 的照片顯示有濃煙，廠長知道工廠的鍋爐正常運作，不會有空氣污染的問題，他認為 是旁邊一家工廠使用以煤為原料導致的污染。100 kg 的煤含有71 kg 的碳和5.6 kg 的 氫氣。請計算為何燃燒天然瓦斯的工廠的煙囪比燃燒煤的工廠有較濃的煙。（20 分）

蒸發罐（boiler）內的管子會被水中的氧氧化，可加入亞硫酸鈉以去除水中的氧，其 反應式如下： 2Na2SO3+O2→2Na2SO4 請計算83,330,000 磅的水，其含有10 ppm（百萬分之一）溶解的氧，加入35%過 量的亞硫酸鈉，須加入多少磅的亞硫酸鈉？（20 分）

加熱釜含有1,000 罐紅豆湯，今將其全部加熱到100°C，若在其將所有的罐移出加 熱釜前需要冷卻至40°C，若冷卻水的進口溫度是15°C，出口溫度是35°C，紅豆湯 的比熱是4.1 kJ/kg °C，罐子的比熱是0.50 kJ/kg °C，每個罐子的重量是60 克，其 內含有0.45 公斤的紅豆湯，假設加熱釜的壁在超過40°C 時其焓（heat content）是 1.6×104 kJ，加熱釜的壁完全隔熱，請計算須使用多少冷卻水？（20 分）

在一鍋爐的液位控制系統中，如下圖，當在蒸氣需求有很大的改變時，操作的程序 會變得非常敏感，甚至造成水位震盪或不穩定的行為。說明如何設計一前饋與回饋 控制（Feedforward and feedback control）（10 分）。並畫出其對應的方塊圖（Block diagram）（10 分）。 To Steam Users Make-up Water LT