化學工程 106 年化學程序工業考古題

高純度氮氣在工業製程中的用途相當廣泛。試繪製以「變壓吸附法（Pressure Swing Adsorption, PSA）」由壓縮空氣製造高純度氮氣的流程，並敘述操作步驟。（20 分）

造成死亡的事故頻率（Fatal Accident Frequency Rate；FAFR）為工業傷害風險指標之 一，是每108 暴露小時的死亡人數，此指標可視為每1000 人之工作生命期中的死亡 人數，若某工廠的FAFR= 2，則對於該工廠工人每年工作300 天，每天工作8 小時， 請計算每人每年的死亡數。（10 分）

請試述下列名詞之意涵：（每小題5 分，共20 分） 共沸蒸餾（azeotropic distillation） 酯化反應（esterification reaction） 陰離子聚合反應（anionic polymerization） 介面活性劑的乳化（emulsification） 生物質快速熱解（fast pyrolysis of biomass）

50%重量百分濃度（wt%）成分A 和50%成分B 的混合物，以每小時1,000 公斤（1,000 kg/h） 的速度輸入一個分離單元後，分成甲、乙兩股混合物輸出，輸入此分離單元的A 及 B 成分中，分別有80%及20%進入甲股，其餘則流入乙股。試計算甲、乙二股分離 單元輸出混合物之流量及其中A 成分與B 成分之流量（kg/h）。（20 分）

試述下列名詞之意涵：（每小題5 分，共15 分） 半數致死劑量（Median Lethal Dose，簡稱LD50） 爆炸界限（Explosion Limit） 蒸氣密度（vapor density）

試述由矽砂製造晶圓片過程。（15 分）

接續題二，假設將乙股分離單元輸出混合物中的90%回流，並與原始分離單元之進 料混合後，再輸入此一分離單元，試計算甲、乙二股分離單元輸出混合物之流量及 其中A 與B 成分之流量（kg/h）。（20 分） 106年公務人員特種考試關務人員考試、 106年公務人員特種考試身心障礙人員考試及 106年國軍上校以上軍官轉任公務人員考試試題 全一張 （背面） 考試別： 關務人員考試 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）

在一個三成分系統內，成分B 具有揮發性，成分A 和C 沒有；200 公斤的M 混合物 與100 公斤的N 混合物混合（混合物組成如下），然後將混合溶液乾燥，此乾燥後的 剩留物再與等重量的C 成分混合，C 的密度是B 的1.5 倍，A 的1.25 倍，(a)畫出其 流程圖，(b)最終物質的重量和組成（wt%）為何？（20 分） 重量% 組成 M 混合物 N 混合物 A 10 70 B 40 10 C 50 20

試述氯乙烯（VCM）的製造方式。（10 分）

臺灣的水資源並不充足，海水淡化是一個很受重視的水資源來源之一，其中「多級 閃蒸法（Multi-Stage Flash, MSF）」的技術相對來說相當成熟。請繪製一個「多級閃 蒸法作海水淡化」之流程圖，並敘述其基本原理（註：可先作流程圖，再提出敘述； 亦可在流程圖示旁邊直接標示敘述）。（20 分）

純丙烯進入聚合反應器內，當聚合作用完成60%時，離開反應器的反應混合物具有 兩相，A 相產物為90%聚丙烯及10%丙烯，B 相為100%丙烯，經由分離器將A、B 分離，並將B 相回收到反應器，試畫出流程圖及計算回收比例是多少？（丙烯分子 量以42 計算）（20 分） 聚合反應式如下： 106年公務、關務人員升官等考試、106年交通 事業鐵路、公路、港務人員升資考試試題 代號：26540 全一張 （背面） 等 級： 薦任 類科（別）： 化學工程 科 目： 化學程序工業（包括質能均衡）

蒸餾塔的操作過程中（如圖1），其對外界環境特別敏感，如天候狀況及雷陣雨，當 外界空氣溫度驟降時，蒸餾塔的回流比也應調整。 利用能量平衡方式，設計一自動控制回流比。（10 分） 依圖繪出你設計的控制結構圖。（10 分） 圖1：蒸餾塔控制結構 106年公務人員高等考試三級考試試題 全一張 （背面） 類 科：化學工程 科 目：化學程序工業（包括質能均衡） F 0 A C F F 1 A C 2 A C

將625℃和1bar 狀態下之甲醇，以每小時1,000 gmol 之速度輸入至一絕熱反應器內， 其中有20%之甲醇進料進行了脫氫反應產生甲醛： CH3OH(g) → HCHO(g) + H2(g) 假設CH3OH、HCHO、H2 之熱容量分別為17、12、7 cal/gmol℃（定值），該反應於 25℃時的標準反應熱為20,380 cal/gmol，請問該反應於625℃時的反應熱估計為何？ 此一絕熱反應器內之溫度估計為何？（20 分）

在恆溫370 K 及恆壓1 atm 條件下，乙醇（成分A，分子量46）與水蒸氣（成分B， 分子量18）在氣膜厚度為0.2 mm，面積為20 m2 的垂直精餾塔中，進行穩態等莫耳 逆向擴散，乙醇由氣體傳到液體，水由液體傳到氣體，若已知乙醇在氣膜外某處之 莫耳分率為0.7，而乙醇在該處氣膜內之莫耳分率為0.2，擴散係數DAB = 0.079 m2/h， 理想氣體常數R = 8.314 Pa.m3/(g.mole.K)，(a)試估算乙醇與水蒸氣的個別成分擴散速 率為多少kg/h？(b)假設相同條件下，若是塔底端改用一種水蒸氣無法溶解於不揮發 溶劑中，而乙醇得以在水蒸氣靜滯層中進行穩態的單向擴散且溶解於此溶劑中，試 估算此時乙醇的擴散速率為多少kg/h？(c)則(b)比(a)較快或較慢多少%？（25 分）

在一反應爐中，醋酸（Acetic acid）被裂解產生中間物烯酮（Ketene），經由反應 CH3COOH(g) →CH2CO(g)+H2O(g) 。此外，有另一個反應也會進行CH3COOH(g) → CH4(g)+CO2(g)。反應操作在700℃下，若烯酮的轉換率為80%且產率為0.0722，在進料 醋酸100 kgmol/h 及300℃，反應爐應提供多大的熱源？（20 分） 已知標準反應熱（The standard heat of reaction）： kcal/gmol H f,CH 89 . 17 4 − = Δ ° ， kcal/gmol H f,CO 05 . 94 2 − = Δ ° ， kcal/gmol H COOH f,CO 93 . 103 3 − = Δ ° ， kcal/gmol H CO f,CH 60 . 14 2 − = Δ ° ， kcal/gmol H O f,H 80 . 57 2 − = Δ ° 各成分的比熱（ P C ）： J/gmol . Cp,CH 39 38 4 = ， J/gmol . Cp,CO 02 19 2 = ， J/gmol . C COOH p,CH 90

黏度為0.025 N.s/m2，密度為1840 kg/m3 之牛頓流體以0.0020 m3/s 之速度流經如圖之 套管（double pipe，內管為邊長1.5 cm 之正方形管，外管為內徑5.0 cm 之圓形管）， 試估算其雷諾數（Reynold’s number）。（10 分） 流體

3 = ， J/gmol . C CO p,CH 11 4 2 = ， J/gmol . C O p,H 05 34 2 = 六、考慮串連兩個連續攪拌反應器（如圖2），各槽分別保持固定的體積為V1 及V2，進料 的體積流率為F，而化學反應為2 次反應 2 A A kC r − = ，CA 為成分A 的溫度，假設兩個 反應器為完美攪拌且恆溫，寫出兩槽成分A 的動態方程式及相關條件，適當定義你 的方程式相關符號，若有需要可加入適當條件使方程式可解。（15 分） 圖2：兩個連續攪拌反應器 F F F CA0 CA2 CA1