化學工程 112 年化學程序工業考古題

某一公司生產硫酸，年產量75,000 公噸，每一公噸之生產成本為新臺幣 （以下同）2,500 元，加上其他固定投資折舊及固定操作成本，總操作成本為 200,000,000 + 2,500 × T 其中T 為年產硫酸公噸數。 假設年產量維持75,000 公噸，請問每公噸最低售價（成本價）為何？ （10 分） 假設年產量增產為92,000 公噸，但增產之每公噸硫酸需多負擔3,500 元 之運輸及銷售費用。請問每公噸最低售價（成本價）為何？（5 分） 假設目前國際上硫酸每公噸可以賣13,500 元，請問以75,000（公噸/年） 之年產量下，每年之利潤為多少元？（5 分） 工廠若更新製程，可將每公噸硫酸之生產成本降低至2,000 元/公噸，但 需增加新投資1,500 萬元。若年產量在維持75,000 公噸/年，請問此項 新投資之年投資報酬率為何？（5 分）

112年公務、關務人員升官等考試、112年 交通事業鐵路、港務人員升資考試試題 等 級：薦任 類科（別）：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： 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。 本科目除專門名詞或數理公式外，應使用本國文字作答。 何謂工業減廢？（10 分）請列舉三種工業減廢之方式。（15 分） 為何目前世界各國積極發展再生能源，以取代石化燃料？（8 分） 氫氣是一種可以取代傳統化石燃料的潔淨燃料，可以利用再生能源電 力進行鹼性電解產出氫氣，請寫出其化學反應方程式。（8 分） 除了水電解法外，請寫出另外三種氫氣的製造方式。（9 分） 何謂過氧化物？（6 分）其特性與用途為何？（6 分）有何危險性或毒 性？（6 分） 過氧化氫、硼砂及氫氧化鈉可反應生成過硼酸鈉，請寫出其反應式。 （7 分） 於一均勻恆溫之液體聚合反應槽中，當單體之濃度為0.1 mol/L 及0.5 mol/L 時，於反應30 分鐘後均有20%單體消失。 請推算反應槽中之化學反應級數。（5 分） 請計算反應速率常數。（10 分） 反應需時多久可達轉化率99%？（10 分）

試說明電透析（Electro-dialysis, ED）之基本原理與用途。（25分）

生物產業可使用生質生產化學品，是近年綠色化工技術之一環。 好氧發酵需要通氣體進發酵槽，進氣量通常超過10,000 公升/分鐘。如 此大量的氣體需要除去裡面所有的微生物，以免污染發酵槽。請提出可 行的方法並解釋其原理。（10 分） 發酵需要之培養液亦必須滅菌。請描述大量培養液之滅菌程序。（10 分）

有A與B液體混合物，其中A的重量占40%，B的重量占60%，可利用蒸餾 程序將A與B分離，混合物由蒸餾塔中間進料每小時1000 kg，進料中有 10% A由塔底產物餾出，蒸餾塔頂餾出物含99% A： 試計算蒸餾塔頂A與B的流率為每小時多少kg？（15分） 試計算蒸餾塔底A與B的流率為每小時多少kg？（10分）

油脂是民生相關的化學品，請回答下列問題： 一些食用油會進行氫化反應，其目的為何？寫出其相關化學式。（10 分） 交酯化反應可製造生化柴油。請寫出化學式並列出可能之催化劑。（10 分） 寫出從油脂製造肥皂之皂化反應。（5 分）

以銅-鋅為觸媒，在250℃及50 atm條件下，以合成氣連續製造甲醇： 試寫出其反應式。（4分） 若以純氫氣與純CO為進料，CO與氫氣的進料莫耳比為1：3，試計算要 生產100 kg/hr的甲醇，至少需要多少氫氣與CO的進料莫耳流率？（原 子量：O = 16，H = 1，C = 12）（21分）

一氣相反應 A B 在一柱狀流反應器進行，如圖所示。單次通過之反應率為50%。A 與B 在 反應器後面之分離裝置，徹底分離。未反應的A 迴流（recycle）至進料口重 新與新鮮進料混合，送入反應器。新鮮進料含有99.5 mol%A 與0.5 mol% E。 E 為不參加反應之惰性（inert）物質。迴流會使E 逐漸累積，而須進行排除 （purge）。假設進料口處能容忍的最高E 含量為10 moles E/100 moles A。 假設新鮮A 之進料流量為50 kmol/h，請回答下列問題： 排除（purge）之流量為何？其中之組成為何？（15 分） B 之產率（B 之生成莫耳數/A 進料之莫耳數）為何？（15 分）

一絕熱穩定操作的蒸氣渦輪（turbine）可用來當作小型發電機。渦輪 的進料蒸氣條件為Min = 3 kg/s；Tin = 600℃；Pin = 10 bar；進口熱焓 （enthalpy ）= 3698 kJ/kg ，渦輪的出口蒸氣條件為Tout = 400℃； Pout = 1.0 bar；出口熱焓（enthalpy）= 3278 kJ/kg。假設動能與位能的變化 可忽略： 試寫出質量與能量平衡式。（10分） 試計算此蒸氣渦輪可產生多少功？（15分）

芳香烴及非芳香烴之分離程序，工業上經常使用萃取蒸餾技術，請回答 下列問題： 何謂「萃取蒸餾」？（11 分） 請列舉芳香烴萃取蒸餾分離常使用之三種溶劑。（9 分）