化學工程 112 年程序設計考古題

某製程模擬軟體完成模擬後，產生附件之報表結果，請參考該表回答以 下問題。 ㈠嘗試畫出製程流程圖，應標示各單位（unit）與物流（stream）、物流方 向、以及根據數據判斷unit 功能使用合適的unit 圖示。（15 分） ㈡說明各單元可能的功能與操作參數。（15 分） ㈢請由整體製程的所有進料（inlet）和所有出料（outlet）物流，計算確 認整體是否達到質量平衡（mass balance）。（10 分） ㈣請由附件之報表資訊寫出可能的反應方程式，並計算轉化率。（20 分） 附件 製程模擬結果表

設計一個放熱反應的連續攪拌槽反應器（CSTR）中，相關描述如下： ⑴為移除反應熱，CSTR 內裝有冷卻蛇管與熱電耦，量測到的溫度訊號 送到一溫度指示控制器（TIC），此TIC 依量測到的溫度與設定值（set point）之差異，採用PID 控制邏輯，控制冷卻水之進口流量； ⑵CSTR 內裝有差壓計，液位差壓訊號送到一液位指示控制器（LIC）， 此LIC 依量測到的液位與設定值之差異，採用PID 控制邏輯，控制 CSTR 之出口流量。 在穩定（steady）操作的情況下，可得到所要的轉化率（conversion）。如 果操作不當，會發生失控反應（runaway reaction），使CSTR 內反應液溫 度上升。溫度上升會提高反應速率常數（rate coefficient），使反應速率變 得更快，又放出更多的反應熱，此失控的連鎖反應會使CSTR 之溫度過 高，CSTR 內之液體會汽化，導致壓力變大而有反應器爆炸的危險。應 對策略為： 甲、CSTR 內可裝設另一熱電耦，當此溫度超過最大設定值時，流量指 示控制器（FIC）送出訊號，驅動電磁閥，將進入CSTR 內之原料A 緊急關閉，一旦原料A 不再進入CSTR 內，當A 被消耗殆盡後，反 應自然停止，就不會有壓力過高而爆炸的危險； 乙、另一個安全上的設計是在CSTR 上加裝一個洩壓閥，當CSTR 內壓 力超過最大設定值時，洩壓閥會開啟將反應器洩壓，也可以避免發 生爆炸的危險。 問題： ㈠畫出題目所描述之反應系統流程圖，應標示題目所述或必需之元件、 管線及名稱。（20 分） ㈡畫出頂頭事件（Top event）為反應器爆炸的失誤樹，內含 （AND） 與 （OR）。（20 分）