化學工程 105 年化學程序工業考古題

高分子（Polymer）包含塑膠（Plastics）與橡膠（Rubber），塑膠又可分成熱塑體 （Thermoplastics）與熱固體（Thermosets）兩大類。請試述此兩大類塑膠的主要性質 差異，並各舉一例。（5 分）

解釋名詞：（每小題5 分，共20 分）  鑄鐵（Cast Iron）  水力類析法（Hydraulic Classification） 油當量 （Oil Equivalence）  陽離子交換樹脂（Cation Exchange Resin）

萃取分餾（extractive distillation）經常使用於沸點差異不大混合物之分離，例如以糠 醛（沸點161.7℃）作為溶劑，進行正丁烯（沸點-6.3℃）、正丁烷（沸點-0.5℃）、 1,3-丁二烯（沸點4.4℃）混合物之萃取分餾程序。請說明萃取分餾之原理及糠醛之 角色。（16 分）

2015 年全臺所消耗的天然氣中，大約將近一半來自遙遠的卡達。試問在長途運輸的 過程中，如何維持天然氣的低溫液態狀態？（5 分）

敘述在化學工業將芳香族的苯、甲苯和二甲苯之各異構物（Benzene, Toluene, Xylene, BTX）混合物分離的方法。（15 分）

化工製程設計常使用三種流程圖：方塊流程圖（block flow diagram, BFD）、程序流程 圖（process flow diagram, PFD）、管件及儀表圖（pipe & instrument diagram, P&ID）， 請說明各種流程圖包含之內容及繪製要求。（24 分）

某一化學工廠採用丙烯氨氧化法（propylene ammoxidation ）製造丙烯腈 （acrylonitrile），試寫出此一化學反應式。（5 分）

啤酒是國人常喝的含酒精飲料，請說明啤酒釀造的方法。（15 分）

某進料(F)流經反應器而生成產物(P)，惟進料亦可經由另一反應途徑衍生廢棄物 (W)，上述兩反應途徑屬於並聯反應，且屬於進料之二階（second order）不可逆反應： 何謂阿瑞尼斯定律（Arrhenius Law）？（5 分） 請以反應活化能解說，反應溫度提升較有助於產物或廢棄物之生成。（15 分）

某一蔗糖廠採用一組順流式3 效蒸發裝置濃縮清淨稀甘蔗糖汁，成為大約60%的糖 漿，以利後續之強熱蒸發、結晶、分離等製糖過程。試繪出此順流式3 效蒸發程序 之製程流程圖並註明此三個蒸發罐之相對壓力大小。（5 分）

純硼砂結晶（Na2B4O7 •10H2O）的製造程序，是將原料Na2B4O7 溶解在沸水中，再慢 慢降溫後，硼砂將會逐漸結晶析出。如將100 kg 的Na2B4O7 溶解在200 kg 的沸水中， 然後慢慢降溫到55℃，分析在剩下溶液中含有12.4 wt%的Na2B4O7，請計算純硼砂結 晶Na2B4O7 •10H2O 回收的重量（kg）。（分子量：Na2B4O7 = 201.27，H2O = 18）（20 分）

甲苯進行氫化反應而生成苯及甲烷，若反應器之進出料流量及成分如下表所示，請 分別以甲苯及氫氣為基準，計算轉化率（conversion）及產率（yield）。（20 分） 成分 進料(kg mol/hr) 出料(kg mol/hr) H2 1758 1480 CH4 704 983 C6H6 13 290 C6H5CH3 322 44 C12H10 0 3

某能源開發單位正在推廣利用表層與深層海水間之溫差，採用有機朗肯循環（organic Rankine cycle, ORC）技術發電。假設工作流體為液態氨，試以一流程圖敘述ORC 之 操作流程，其中需敘明主要設備及其功能、工作流體之相對壓力高低及每階段流體 之氣液相、表層與深層海水相對溫度高低。（10 分）

鈦（Titanium, Ti）是近代新開發的金屬，請敘述鈦及鈦合金的特性和用途。（15 分）

液態正丁烯（n-butene）流經固定床反應器而轉化為異丁烯（i-butene），其流程及反 應條件如下圖所示，進料含有40 wt%之正丁烯，其餘成分為正丁烷（不參與反應）。 若製程出口之流量（P, kg/min）為迴流量（R, kg/min）之8 倍，請計算正丁烯流經反 應器之單程（one pass）轉化率。（20 分） Recycle Product i-butene 4wt% n-butene 40wt% n-butane 60wt%

為因應石化燃料價格不斷高漲的危機，某部門提議大規模種植麻風樹（Jatropha curcas） 等能源作物以生產生質柴油（biodiesel）。試列出用此一方式生產生質柴油的主要步 驟，其中需寫出轉酯化的反應式，並敘明所選擇的反應物及產生的副產物。（10 分）

如下表所示，從3 個已知成分的氣體鋼瓶，要摻配製成混合氣2.5 莫耳的成分。請評 估計算是否可從3 個鋼瓶的氣體摻配而得？如果可以，需從3 個鋼瓶各取多少莫耳？ （15 分） 氣體鋼瓶（mole%） 混合氣（mole%） Gas 1 2 3 SO2 0.23 0.20 0.54 0.25 H2S 0.36 0.33 0.27 0.23 CS2 0.41 0.47 0.17 0.52

臺灣目前燃煤發電的比重仍然超過40%，為降低溫室氣體的排放量，相關單位正在 嘗試使用醇胺水溶液吸收法，吸收並封存燃煤發電廠鍋爐煙道氣內的二氧化碳。試 繪一流程圖並述明醇胺水溶液吸收及再生單元的操作流程。答題時須註明流程圖中 各股流體的相對溫度高低，並定性敘述CO2 濃度大小。（10 分）

假設可以用理想液體混合原則摻配汽油原料並計算摻配所得汽油之辛烷值（註：此 一假設與實務未必完全符合）。某一大型汽油儲槽，原有30 公秉辛烷值80 的油品， 現以每分鐘500 公升的速率加入辛烷值116 的甲基第三丁基醚（MTBE）並完全混合， 試問多久之後此一儲油槽內之汽油的辛烷值可以達到92？此時儲油槽內之汽油有多 少公升？（10 分） 105年特種考試地方政府公務人員考試試題 全一張 （背面） 等 別： 三等考試 類 科： 化學工程 科 目： 化學程序工業（包括質能均衡） 九、某人使用天然氣熱水器，將100 公升原水溫度為10℃的冷水加熱至40℃。假設此天 然氣熱水器之熱效率為75%，一立方米天然氣之熱值為10,000 kcal、售價為20 元， 試問所需之天然氣費用為何？（15 分） 十、某一蒸餾塔之進料量F 為1000 mol/h，成分（mol%）為：30% Propane（C3）、20% Isobutane（iC4）、30% Isopentane（iC5）、20% Normal pentane（C5）；塔頂產物（Distillate, D）含括所有C3 及四成之iC5 進料，且iC4 成分占30%；塔底產物（Bottoms, B）則 含括所有的C5 進料。試先列出此問題的變數、平衡方程式、給定的已知數據或條件， 接著計算此問題之自由度，最後再分別求出塔頂、塔底之流量及組成。（25 分）