化學工程 110 年程序設計考古題（共 5 題）
資料來源：考選部歷屆試題｜法律人 LawPlayer 整理
https://lawplayer.com/exam/chemical-engineering/110-%E7%A8%8B%E5%BA%8F%E8%A8%AD%E8%A8%88

第 1 題
恆溫反應
2 A + B C
在一個容積不變的批次反應器中進行。其反應速率式為
r = k CA CB
其中，k = 9.92 x 10-3 m3/kmol-s。反應之初始狀況為CA0 = 0.12 kmol/m3，
CB0 = 0.08 kmol/m3.
請回答下列問題：
㈠此反應會先用盡的化合物（limiting reagent）為A 或B？（5 分）
㈡此limiting reagent 達到95%反應率所需之時間。（10 分）
㈢若C 可以與A 繼續反應生成其他副產物，C + A D，D + A E。
如希望提高C 的選擇率（selectivity），應採何種方式改善？（請以定
性方式說明）（5 分）

第 2 題
工廠有一熱流（hot stream 1：Hs1）需從350℃降溫至150℃。有兩冷流
（Cs1 及Cs2）各需從50℃加溫至100℃及從140℃加溫至190℃。其熱含
流量（heat capacity flow rate = 重量流量x 熱含= KJ/s）分別為100(Hs1)
及200(Cs1 及Cs2)。
㈠請分別說明下列圖一所示之兩種換熱順序，所需之總熱傳面積。假設
總合熱傳係數皆為150（KJ/m2-s℃）。（20 分）
㈡從以上之結果，換熱器效率（以換熱面積而論），冷熱流接觸之順序有
何可遵循之規律？（5 分）
350℃
150℃
Hs1
Cs1
Cs2
100℃
50℃190℃
140℃
350℃
150℃
Hs1
Cs2
Cs1
190℃
140℃100℃
50℃
圖一

第 3 題
一個單效蒸發器用來濃縮進料量為7 kg/s 之水溶液，將其從10 %固含量
濃縮至50 %固含量。使用205 kPa 之蒸汽，蒸發器內之壓力13.5 kPa。
假設蒸汽以飽和液體凝結，進料液體之溫度為294 K，總熱傳係數為
9 kW/m2-K，液體之比熱為3.56 kJ/kg-K。請參考所附之蒸汽表，計算：
㈠產品（即50%固含量溶液）與移除水分的量，蒸汽所需提供的熱能。（10 分）
㈡所需之熱傳面積及蒸汽之用量。（10 分）
㈢蒸汽之效度（economy）為何？（5 分）
蒸汽表
Absolute
pressure
(kPa,
kN/m2)
Temperature
(℃)
Specific Enthalpy of
Liquid
- hl -
(kJ/kg)
Vaporization
- he -
(kJ/kg)
Steam
- hs -
(kJ/kg)
0.8
3.8
15.8
2.0
17.5
73.5
5.0
32.9
137.8
10.0
45.8
191.8
20.0
60.1
251.5
28
67.5
282.7
35
72.7
304.3
45
78.7
329.6
55
83.7
350.6
65
88.0
368.6
75
91.8
384.5
85
95.2
398.6
95
98.2
411.5
100
99.6
417.5
101.33(1)
100
419.1
110
102.3
428.8
130
107.1
449.2
150
111.4
467.1
170
115.2
483.2
190
118.6
497.8
220
123.3
517.6
260
128.7
540.9
(1)大氣壓力
(1) 100
419.1
110
102.3
428.8
130
107.1
449.2
150
111.4
467.1
170
115.2
483.2
190
118.6
497.8
220
123.3
517.6
260
128.7
540.9
(1) 大氣壓力

第 4 題
化工廠常見高聳的燃燒塔，是工業安全的設施之一。請說明其用途、構
造及設計之原理（高度）。（15 分）

第 5 題
製造氨之製程中（見圖二），氫與氮氣按照所需比例3：1 混合進入反應
器。反應器之轉化率為25%。生成之氨在冷凝器中回收，未反應的反應
物送回反應器。在進料中含有氬氣，其含量為每100 mol（氫+氮）進料
氣中含0.2 mol 氬氣。由於回流操作會累積氬氣，氬氣在反應系統中，最
高限度為在每100 mol（氫+氮）中含5 mol 氫氣。所以有一定量的回流
氣體需要排除。請計算下列問題：
㈠回流比（recycle ratio, R/F）。（6 分）
㈡排除率（purge ratio, P/R）。（6 分）
（F, R, P 均為氫+氮之莫耳流量）
㈢每100 mol 氫+氮進料可生成之氨量。（3 分）
進料F
75 mol H2
25 mol N2
0.2 mol Ar
轉化率25%
圖二
排除P
回流R
NH3
冷凝器
反應器

題目為考試當年公告版本，實務標準請以現行規範為準。