化學工程 110 年化學程序工業考古題

110 年特種考試地方政府公務人員考試試題 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） 考試時間：2 小時 座號： ㈡不必抄題，作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上，於本試題上作答者，不予計分。 ㈢本科目得以本國文字或英文作答。 酒精完全燃燒反應式：C2H5OH(l)+3O2(g) →2CO2(g)+3H2O(l)，使用固定 體積的彈卡計（bomb calorimeter），在25℃下量得1364.47 kJmol-1，請計 算其燃燒焓(ΔHc)，假設為理想氣體，理想氣體常數R = 8.314 Jk-1mol-1。 （20 分） 有關高分子（塑膠），請回答下列問題： ㈠試舉出三種方法可以將單體（monomer）聚合成長鏈段的高分子。（10 分） ㈡試舉出三種工業中常見的熱塑性塑膠，寫出其原料，並畫出其重複單 元結構。（10 分） 下圖為異丁醇（2-methyl-1-propanol）與異戊醇（3-methyl-1-butanol）在 不同比例下的相圖（P1*為異丁醇的蒸氣壓、P2*為異戊醇的蒸氣壓、x2 為 異戊醇在液相的莫爾分率）。請問圖中的p 點的總壓力為多少？（以P1*、 P2*、x2 表示），並且估計在p 點上，異戊醇的莫爾分率在液態（liquid） 與氣態（vapor）比例為多少？（20 分） 2-Methyl-1-propanol 3-Methyl-1-butanol Mole fraction of 2 in the liquid, x2 (upper curve) Mole fraction of 2 in the vapor, y2 (lower curve) Temperature Constant at 323.1 K Liquid Liquid curve Vapor curve Vapor Liquid P/kPa Vapor 100 20 80 60 P1* 40 00 1.0 0.6 0.4 0.8 0.2 xT x2 y2 P2* l' p' v v' p l 工廠在生產酒精時，酒精濃度達到95.6%後就無法再經由蒸餾進行分離， 此時達到共沸點（azeotropic point）。 ㈠請問共沸點是什麼？（10 分） ㈡請問工廠要生產99.5%的酒精，有什麼方法可以獲得高濃度的酒精？ （10 分） 已知在一觸媒（catalyst）的作用上，1,3,5-三甲苯(C9H12)生產間二甲苯 (C8H10)時，部分的間二甲苯(C8H10)反應生成甲苯(C7H8)： C9H12 + H2 → C8H10 + CH4 (1) C8H10 + H2 → C7H8 + CH4 (2) 第一個反應會反應完全；第二個反應在工程上不被需求，因為間二甲苯 的售價為18 元/公斤，而甲苯的售價為6 元/公斤。甲烷(CH4)可在工廠中 被回收。每生產500 公斤甲苯(C7H8)，造成一公斤催化劑的降解，而反應 過的催化劑必須在有毒廢物的垃圾填埋場中處理，成本為750 元/公斤。若 間二甲苯(C8H10)對甲苯(C7H8)的選擇性為0.7，即每生產1 mol 甲苯會生 成0.7 mol 間二甲苯，則每100 公斤1,3,5-三甲苯(C9H12)反應中獲利或賠 本多少？假設氫氣(H2)的成本可以忽略。（20 分）

運油車在油槽無蒸氣控制下，輸油至油槽時其逸散量為2.80 kg/m3，若 油槽設有油氣逸散控制設施，則逸散量為0.09 kg/m3，油氣密度為0.8 g/mL，請回答以下問題：（每小題10 分，共20 分） ㈠請說明油槽蒸氣逸散控制之方式。 ㈡若每週加油4.0 m3，每公升汽油30 元，則每年節省油費為多少？

化工廠常使用鍋爐產生蒸汽供製程使用，請回答以下問題： ㈠以高壓蒸汽為例，請繪圖說明化工廠蒸汽產生與循環使用流程。（5 分） ㈡請說明鍋爐用水需要那些前處理？（10 分） ㈢若鍋爐加熱產生的是過飽和蒸汽，因此需要再加入飽和水（bfw）使過 飽和蒸汽膨脹，以產生高壓蒸汽。每產生1000 kg 高壓蒸汽，估算需 加入多少bfw 的水？請參考以下資訊。（10 分） 參考資訊 ⑴bfw 飽和水為0.7 barg，115℃，熱焓：483.0 kJ/kg，汽化熱：2216.0 kJ/kg；高壓蒸汽為41.0 barg，254℃，熱焓：2797.6 kJ/kg；過飽和蒸 汽為45.3 barg，400℃，熱焓：3204.3 kJ/kg ⑵假設蒸汽比熱1.92 kJ/kg K

福馬林為37%甲醛，可用以消毒，漂白及作為黏合劑，工業上常用甲醇 經催化後產生甲醛，其反應（條件為185 kPa，200℃）如下： CH3OH + 1/2 O2 → HCHO + H2O CH3OH → HCHO + H2 ㈠若甲醛單程轉化率為85%，福馬林產能若欲為10 T/h，估算甲醇進料 應為多少？製程回流甲醇為多少？（10 分） ㈡請說明反應後物流如何分離？以流程圖說明。（10 分） ㈢甲醛為不穩定物質，會產生那些不穩定作用？應如何處理？（5 分）