化學工程 108 年程序設計考古題

某公司在某投資案中有A、B 兩個選擇，A、B 兩方案的初期投資額， 以及隨後每一年的年度現金流量（annual cash flow）如附表所示。假設 年利率（fractional interest rate, i）為10%，A、B 兩方案的計畫生命週期 時間（project lifetime, n）各為5、7 年，試問： 此公司應採用那一方案獲利較高？（15 分） 此獲利較高之方案，在年利率為多少時，其淨現值為0？（10 分） 註：請先列出計算公式並計算每一年的年度貼現現金流量（annual discounted cash flow），再計算淨現值（Net Present Value, NPV）。 A（i = 0.10） B（i = 0.10） Year annual cash flow annual discounted cash flow sum of annual discounted cash flow annual cash flow annual discounted cash flow sum of annual discounted cash flow 0 -100 -100 -100 -100 -100 -100 1 30 25

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30 ？ ？ 25 ？ ？

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25 二、某一化工製程經初步設計、計算之後，發現其中有兩股冷、熱流分別需 要升、降溫，其溫度變化範圍、流量、熱容量分別如表所示。 Stream Supply Temp. Target Temp. Flow Rate Heat Capacity TS (℃) TT (℃) F (kg/h) CP(kWh/kg-℃) Hot 210 90 20,000 0.001 Cold 60 160 15,000 0.002 此兩股冷、熱流之加熱負荷或冷卻負荷（load of hot utility or cold utility, kW）分別為何？（10 分） 檢視表中之溫度範圍之後，發現這兩股冷、熱流有熱整合的機會。假設 熱交換器中之冷、熱流最小允許溫差為10℃，請利用「問題表（problem table）」的方式，求出最理想的狀況下來自外部之最低熱、冷負荷值（loads of minimum hot and cold utilities, kW）。與前一小題之熱、冷負荷比較， 分別可以節省多少加熱負荷或冷卻負荷？其比例為何？（15 分） 三、苯（benzene）可由甲苯（toluene）加氫（hydrogen）反應製成，其中苯 還可能繼續反應產生副產物聯苯（diphenyl），兩個主要反應式如下所示： methane CH benzene H C hydrogen H toluene CH H C 4 6 6 2 3 5 6 + → + benzene H 2C 6 6 ⇄ hydrogen H diphenyl H C 2 10 12 + 製程簡圖如下所示，在此假設各分離設備都能完全分離圖中所示的各成 分，所供應的氫氣中含有10%的甲烷（methane）： 為了盡量降低聯苯比率，因此在此一高溫氣相反應器中通常使用大量的 過量氫氣，在此假設進入反應器中的氫氣與甲苯的比例（mole ratio）固 定為5。在此反應器中，甲苯的轉化率為X = 0～1；此製程中主要產品 苯的選擇率（亦即苯的淨產量FB 與反應物甲苯在此製程中的消耗量FT 的比例）為S = 0～1，假設S 與X 之關係為： ) y selectivit : ; conversion : ( 1 95 .0 S X X X S − − = 附圖的製程中，若使用過量氫氣且轉化率不高，則將浪費大量的氫氣以 及甲苯，請修正此設計以降低反應物的消耗，修正必須注意到不可以造 成甲烷在製程中累積。（註：請於試卷中繪出修正後的流程圖）（15 分） 假設所需的苯產量為FB = 1,000 kmol/h，選定的反應率為X = 0.5，則 此一製程所需要輸入的甲苯流量是多少？反應器的輸入與輸出甲苯 流量分別是多少？（15 分） 四、一工程師擬設計一組蒸餾塔以分離一股含有A、B、C、D 四成分的混合 物，經初步模擬，發現下列各種狀況之下，使用蒸餾塔分離時，塔內的 氣體流量如表所示，其中，A/BCD 表示此一蒸餾塔能完全分離A（自塔 頂）及BCD（自塔底）。 試列出所有可能的蒸餾順序以依序分餾出A、B、C、D。（5 分） 試分別計算各種可能的蒸餾順序所需之塔內氣體總流量。（10 分） 依塔內氣體總流量最低之原則，選擇並繪出最佳的蒸餾順序。（5 分） “/”代表 分離任務 氣體流量 (Kmol/h) “/”代表 分離任務 氣體流量 (Kmol/h) “/”代表 分離任務 氣體流量 (Kmol/h) A/BCD 140 A/BC 110 A/B 80 AB/CD 180 AB/C 140 B/C 120 ABC/D 260 B/CD 160 C/D 200 BC/D 240