化學工程 108 年化學程序工業考古題

據估計，全球將近九成 是氨的主要生產方法之 造方式。（20 分）

400 bar、500℃的理想氣體，透過焦耳-湯姆森（Joule-Thomson）膨脹至 1 bar，試問膨脹後的溫度為何？（理想氣體比熱為常數）（20 分）

一鋼鐵工廠產生標準狀態下100 m3/s 含20% CO2 之廢氣（標準狀態下一 莫耳氣體之體積為0.0224 m3）。若須移去此廢氣中90%之CO2： 此一廢氣若以1N NaOH 溶液吸收，請寫出化學反應式。（5 分） 計算前項所用之1N NaOH 之消耗量，請以公斤/每年為單位作答。（10 分） 此一廢氣若以氧化鈣溶液吸收，其中之CO2 完全反應成碳酸鈣 （CaCO3），計算碳酸鈣之產量，請以公斤/每年為單位作答。（註：鈣 之分子量為40。）（5 分） 請敘述化工製程減少排放二氧化碳的意義，並試舉例說明三種減排做 法。（5 分）

某公司擬至一熱帶地區 之後，再加入甲醇（m 作成生質柴油。試寫出 三酸甘油酯（triglycer

純丙烷氣體1 莫耳，與20 莫耳空氣混合燃燒，60%丙烷燃燒成CO2 與 水，20%丙烷燃燒成CO 與水，其它丙烷未燃燒，試問出口組成為何？ （20 分）

一蒸汽鍋爐以丙烷及10%過量空氣燃燒來加熱，進料氣體皆處於25℃。 丙烷 + 氧 Æ 二氧化碳 + 水， ∆ܪ298 ° = -534 kcal/g-mol 丙烷 假設丙烷完全反應： 求出口氣體組成。（5 分） 求理論上最高可達到之絕熱火焰溫度。（10 分） 若蒸汽加熱之熱量需求為1×106 kcal/s，求丙烷之用量，以（kg/s）為單 位作答。假設鍋爐內氣體之丙烷完全消耗，氣體溫度為500 K。（10 分） 相關氣體之莫耳熱容量（CP）估算方法如下： CP = A + B T, 此式中T 以（K）為單位，CP 的單位是cal/(g-mol)(K) 化學成分名稱 A B O2 7.16 1.00×10-3 N2 6.83 0.90×10-3 H2O 7.30 2.46×10-3 CO2 10.57 2.10×10-3

某公司擬利用冷凍法自 進料量等基本資料如圖 其外層仍會沾黏少許濃 b 為0.01（亦即沾黏濃 一），當濃鹽水中鹽之重 分鐘所得之淡水量（包 比率為何？（20 分） 種考試地方政府公務人員考試 包括質能均衡） 座 試題題號及答案依照順序寫在試卷上，於本試題 英文作答。 成的氨是用來生產氮肥，目前H 之一，試寫出其反應式，並敘述反 區投資種植棕櫚（palm），壓榨出 methanol）進行轉酯化反應（tran 出此一轉酯化反應式。註：假設 ride），其分子式如圖所示。（20 自海水中製造淡水，其簡易流程 圖所示。假設所分離出來的碎冰 濃鹽水，此沾黏濃鹽水之重量分 濃鹽水與冰合計，沾黏濃鹽水的重 之重量分率（weight fraction）c 為 包括其中的少許鹽份）為何？此 考試試題 座號： 題上作答者，不予計分。 Haber–Bosch 法仍然 述反應物之來源與製 出棕櫚油（palm oil） nsesterification），製 設棕櫚油主要成份為 分） 程、海水進料成分與 冰本身並無鹽份，但 率（weight fraction） 的重量分率為百分之 為0.05 時，請問每 此淡水中鹽份的重量

試述以聚丙烯腈（polyacrylonitrile, PAN）為原料製碳纖維的程序。（20 分）

一個從合成氣製備甲醇的程序，其反應式如下： CO + 2H2 Æ CH3OH 反應器之轉化率（conversion）為15%。未反應之反應物在與產物甲醇 分離後，回流反應器，如上圖所示。進料中一氧化碳與氫氣之莫耳比為 1：2。若甲醇之產量為5000 公升/小時，甲醇之比重為0.78。 計算進料及回流的莫耳流速，答案請以（kg-mol/h）為單位。（18 分） 若進料中，氫氣過量，例如一氧化碳與氫氣之莫耳比為1：2.2，上圖 中的回流還可以維持程序之穩定操作嗎？為什麼？（2 分） 進料中一氧化碳與氫氣之莫耳比為1：2，但含有0.1 % mol 之CO2， 若欲維持反應器內CO2 濃度在1% mol，請問排放（purge）/回流 （recycle）之莫耳流量比為何？（5 分）

某果汁工廠擬將含水量 20 wt%的濃縮果汁，為 含水量僅為5 wt%，再 及原料進料量如圖所示

試問在潮濕環境中鐡材腐蝕之陽極及陰極反應式為何？並以示意圖表 示。另外，為何一般海邊橋樑的鐡材腐蝕較嚴重而需要較頻繁的檢查與 維護？（20 分）

工業安全及污染防治是化工程序重要的考量點。請就以下相關事項作 答：（每小題5 分，共25 分） 解釋化學物質之閃點（flash point ）與自燃溫度（autoignition temperature）。 解釋爆燃（deflagration）與爆炸（detonation）。 解釋並說明燃燒塔之作用及其裝置。 氮氧化物是空氣污染的重要源頭，請說明化工程序中，如何減少氮氧 化物之生成，及如何減少其排放。 可燃液體洩漏會造成危害。請比較說明：⑴儲存於正常沸點之上的可 燃液體，⑵儲存於正常沸點之下的液體，造成危害的情形。

如圖所示，某一製程使 （C6H6）由40℃加熱 交換後之熱水為60℃ 烷的流量。（20 分） F1 = 量80 wt%的新鮮果汁透過蒸發方 為了盡量保存果汁風味，擬將部 再參配部分新鮮原汁，調配成為最 示。試計算此一製程中每一股流 使用一常壓（1 atm）水蒸氣將 至90℃，水蒸氣溫度為130℃， 。H2O 與環己烷之物性資料如表所 方式濃縮成為含水量 部分新鮮原汁濃縮至 為最終產品，其製程 流之流量。（20 分） 不明流量之環己烷 ，流量為1 kg/s，熱 表所示。請求出環己

一套管熱交換器的內管通入25℃的水，流率0.5 kg/s，加熱成85℃。環 部通入100℃的飽和水蒸汽，若水蒸汽被凝結成等溫的凝結水而排出， 則水蒸汽的消耗量為多少kg/s？已知水的比熱為4.2 kJ/（kg．℃），100℃ 水蒸汽的凝結熱為2257 kJ/kg。（20 分）